第4章 MATLAB计算的可视化和GUI设计

在Matlab中使用GUI设计用户界面引言Graphical User Interface (GUI) 是现代计算机软件中常用的一种类型用户界面，它通过图形化的形式提供了直观、易用的操作方式。

Matlab作为一种功能强大的数值计算软件，也提供了丰富的GUI设计工具，使得用户可以通过简单的拖拽和设置，快速地创建出美观实用的用户界面。

本文将介绍在Matlab中使用GUI设计用户界面的基本原理和步骤，并结合实例演示具体操作。

一、Matlab中的GUI设计工具Matlab提供了几种常用的GUI设计工具，包括GUIDE（GUI Development Environment）和App Designer。

GUIDE是Matlab较早期的一个GUI设计工具，提供了可视化的编辑界面，方便用户进行界面布局和交互事件的设置。

而App Designer是Matlab较新推出的GUI设计工具，相比GUIDE具有更加丰富的功能和更好的可视化编辑体验。

在本文中，我们将以App Designer为例来介绍Matlab中的GUI设计过程。

二、创建GUI应用程序在Matlab的主界面中，点击"APPS"菜单，选择"App Designer"打开App Designer界面，然后点击"Create App"按钮创建一个新的GUI应用程序。

在弹出的对话框中输入应用程序的名称并设置保存位置，点击"Create"按钮即可创建一个空的GUI应用程序。

三、设计用户界面在App Designer中，可以通过拖拽和调整控件来设计用户界面。

常用的控件包括按钮、文本框、下拉菜单、滑块等，用户可以根据需求自由选择和排列这些控件。

同时，还可以设置控件的属性，如大小、颜色、字体等，以及添加交互事件，如按下按钮后执行的操作。

四、设置控件属性和交互事件在设计好用户界面后，需要为每个控件设置相应的属性和交互事件。

(1)利用Matlab的图形用户界面（GUI）功能，设计并实现实验主界面；(2) 实现在“符号计算”图形用户界面中的各项符号计算功能，如实现Matlab的求极限、求导、求不定积分与定积分、级数求和、方程组的符号求解、常微分方程的符号求解等符号计算；(3) 利用Matlab的二维、三维绘图功能，实现图形用户界面（GUI）中的部分符号计算的可视化，即给出符号计算实例的同时实现该实例的图形化描述。

如下图给出了一个简单的GUI界面，学生可以参考如下图设计出自己的GUI界面。

程序如下：hf=figure('Position',[200,200,700,500],...'Name','信计08（2）班阿卜杜热黑木20080803417', ...'NumberTitle','off','MenuBar','none');uicontrol(hf,'Style','Frame','Position',[0,0.15,0.45,1],...'Units','normalized','Back',[0,1,1]);COMM1=['n=str2num(get(he1,''String''));', ...%求导连接'b=sym(get(he7,''String''));',...'dec=diff(b,n);', ...'set(he8,''string'',char(dec));'];COMM2=['a=str2num(get(he2,''String''));', ...%求极限连接'f=sym(get(he7,''String''));',...'lim=limit(f,a);', ...'set(he8,''string'',char(lim));'];COMM3=['g=sym(get(he7,''String''));',... %不定积分连接'int_1=int(g);', ...'set(he8,''string'',char(int_1));'];COMM4=['a=str2num(get(he3,''String''));', ... %级数求和连接'b=str2num(get(he5,''String''));', ...'f=sym(get(he7,''String''));',...'sum_1=symsum(f,a,b);', ...'set(he8,''string'',char(sum_1));'];COMM5=['a=str2num(get(he4,''String''));', ... %定积分连接'b=str2num(get(he6,''String''));', ...'f=sym(get(he7,''String''));',...'int_2=int(f,a,b);', ...'set(he8,''string'',char(int_2));'];COMM6=['f=get(he7,''String'');',...'dsolve_1=dsolve(f,''x'');', ...'set(he8,''string'',char(dsolve_1));'];COMM7=['f=get(he7,''String'');',...'ezplot(f);'];COMM8=['g=get(he8,''String'');',...'ezplot(g);'];uicontrol(hf,'Style','Push','Position',[0.02,0.9,0.11,0.06],...'String','求导','Units','normalized','Call',COMM1); uicontrol(hf,'Style','Text','Position',[0.17,0.85,0.08,0.1],...'Units','normalized','Horizontal','center',...'String','阶数','Back',[0,1,1]);he1=uicontrol(hf,'Style','Edit','Position',[0.25,0.9,0.15,0.06],...'Units','normalized','Back',[0,1,0]);uicontrol(hf,'Style','Push','Position',[0.02,0.72,0.13,0.06],...'String','求极限','Units','normalized','Call',COMM2);uicontrol(hf,'Style','Text','Position',[0.17,0.67,0.08,0.1],...'Units','normalized','Horizontal','center',...'String','极限点','Back',[0,1,1]);he2=uicontrol(hf,'Style','Edit','Position',[0.25,0.72,0.15,0.06],...'Units','normalized','Back',[0,1,0]);uicontrol(hf,'Style','Push','Position',[0.02,0.58,0.13,0.06],...'String','不定积分','Units','normalized','Call',COMM3);uicontrol(hf,'Style','Push','Position',[0.02,0.45,0.13,0.06],...'String','级数求和','Units','normalized','Call',COMM4);uicontrol(hf,'Style','Text','Position',[0.31,0.44,0.06,0.06],...'Units','normalized','Horizontal','center',...'String','上限','Back',[0,1,1]);he5=uicontrol(hf,'Style','Edit','Position',[0.38,0.45,0.06,0.06],...'Units','normalized','Back',[0,1,0]);uicontrol(hf,'Style','Text','Position',[0.17,0.44,0.06,0.06],...'Units','normalized','Horizontal','center',...'String','下限','Back',[0,1,1]);he3=uicontrol(hf,'Style','Edit','Position',[0.24,0.45,0.06,0.06],...'Units','normalized','Back',[0,1,0]);uicontrol(hf,'Style','Push','Position',[0.02,0.32,0.13,0.06],...'String','求定积分','Units','normalized','Call',COMM5);uicontrol(hf,'Style','Text','Position',[0.31,0.31,0.06,0.06],...'Units','normalized','Horizontal','center',...'String','上限','Back',[0,1,1]);he6=uicontrol(hf,'Style','Edit','Position',[0.38,0.32,0.06,0.06],...'Units','normalized','Back',[0,1,0]);uicontrol(hf,'Style','Text','Position',[0.17,0.3,0.08,0.06],...'Units','normalized','Horizontal','center',...'String','下限','Back',[0,1,1]);he4=uicontrol(hf,'Style','Edit','Position',[0.24,0.32,0.06,0.06],...'Units','normalized','Back',[0,1,0]);uicontrol(hf,'Style','Push','Position',[0.02,0.2,0.16,0.06],...'String','解微分方程','Units','normalized','Call',COMM6);uicontrol(hf,'Style','text','Position',[0.48,0.9,0.13,0.06],...'String','原函数','Units','normalized');he7=uicontrol(hf,'Style','edit','Position',[0.65,0.9,0.30,0.06],...'String','','Units','normalized','Back',[0,1,0]);uicontrol(hf,'Style','text','Position',[0.48,0.77,0.13,0.06],...'String','结果函数','Units','normalized');he8=uicontrol(hf,'Style','text','Position',[0.65,0.77,0.30,0.06],...'String','','Units','normalized','Back',[0,1,0]);h_axes=axes('position',[0.55,0.2,0.4,0.5]);uicontrol(hf,'Style','push','Position',[0.58,0.02,0.13,0.06],...'String','初始绘图','Units','normalized','call',COMM7);uicontrol(hf,'Style','push','Position',[0.80,0.02,0.13,0.06],...'String','结果绘图','Units','normalized','call',COMM8);uicontrol(hf,'Style','Push','Position',[0.02,0.02,0.08,0.06],...'String','退出','Units','normalized','Call', 'close');。

【例4.7】 在同一窗口画出函数sinx在区间[0，2]的曲线和cosx在区间[， ]的曲线，如图4.8（a）所示。 >> x1=0:0.1:2*pi; >> plot(x1,sin(x1)) >> hold on >> x2=pi:.1:pi; >> plot(x2,cos(x2))
4．双纵坐标图 语法： plotyy(x1,y1,x2,y2) %以左、右不同纵轴绘制2条曲线 【例4.7续】 用plotyy函数实现在同一图形窗口绘制2条曲线，如图4.8（b） 所示。 >> plotyy(x1,sin(x1),x2,cos(x2)) 程序分析：plotyy函数用不同颜色绘制2条曲线，纵坐标轴在左右两边，横坐 标为～2。

3．同一窗口多次叠绘 在当前坐标系中绘图时，每调用1次plot函数，会擦掉图形窗口中已有的图形。
为了在1个坐标系中增加新的图形对象，可以用“hold”命令保留原图形对象。 语法： hold on hold off hold
%使当前坐标系和图形保留 %使当前坐标系和图形不保留 %在以上2个命令中切换
纵、横轴采用等长刻度，且坐标 框紧贴数据范围
默认矩形坐标系 产生正方形坐标系
把数据范围直接设为坐标范围
保持高、宽比不变，用于三维旋 转时避免图形大小变化
设 定 坐 标 范 围 ， 必 须 满 足 xmin<xmax, ymin<ymax ，可以取 inf axis vis3d 或inf

2．分格线 使用grid命令显示分格线。 语法： grid on %显示分格线 grid off %不显示分格线 grid %在以上2个命令间切换 【例4.9】 在2个子图中使用坐标轴、分格线和坐标框控制，如图4.10所示。 >> x=0:0.1:2*pi; >> subplot(2,1,1) >> plot(sin(x),cos(x)) >> axis equal %纵、横轴采用等长刻度 >> grid on %加分格线 >> subplot(2,1,2) >> plot(x,exp(x)) >> axis([0,3,0,2]) %改变坐标轴范围

课题三MATLAB的GUI程序设计图形用户界面（GUI）则是由窗口、光标、按键、菜单、文字说明等对象构成的一个用户界面。

用户通过一定的方法（如鼠标或键盘）选择、激活这些图形对象，使计算机产生某种动作或变化，比如实现计算、绘图等。

Matlab中设计图形用户界面的方法有两种：使用可视化的界面环境和通过编写程序。

我要做的主要通过使用可视化的界面环境来实现GUI界面的设计1．首先我们新建一个GUI文件：File/New/GUI 如下图所示选择Blank GUI(Default)2.在界面上安装8个编辑文本框、4个静态文本框与2个push putton，如图所示：3.可以双击每个模块并设置其属性值，修改font size的大小为12，push button1中的string 修改为“+”，push button1中的string修改为“=”，并且设置8个编辑文本框、4个静态文本框的string为空，设置4个静态文本框的颜色为红色，设置完之后如图4.保存至桌面，文件名为c2，保存之后跳到m文件编辑界面，如图：5.添加程序。

在function pushbutton2_Callback(hObject, eventdata, handles)下编写如下程序：s1=str2double(get(handles.edit1,'String')); %把edit1里面的字符赋给s1s2=str2double(get(handles.edit5,'String')); %把edit5里面的字符赋给s2set(handles.text1,'String',s1+s2);%s1和s2求和，并以字符串的形式保存到text1中s3=str2double(get(handles.edit2,'String')); %把edit2里面的字符赋给s3s4=str2double(get(handles.edit6,'String')); %把edit6里面的字符赋给s4set(handles.text2,'String',s3+s4);%s3和s4求和，并以字符串的形式保存到text2中s5=str2double(get(handles.edit3,'String'));s6=str2double(get(handles.edit7,'String'));set(handles.text3,'String',s5+s6);s7=str2double(get(handles.edit4,'String'));s8=str2double(get(handles.edit8,'String'));set(handles.text4,'String',s7+s8);6.在m编辑器界面运行，或在GUI界面运行则会出现如图界面：7.在方框中随便填入矩阵，例如[1 1;2 2]和[1 2;3 4],点一下等于将会得到两个二维矩阵的和。