管網(wǎng)造價(jià)設(shè)計(jì)分析c語言課程設(shè)計(jì).doc

2014年東南大學(xué) c語言課程設(shè)計(jì)報(bào)告 xxx xxxxxxx東南大學(xué)c語言課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程名稱：計(jì)算機(jī)綜合課程設(shè)計(jì) 學(xué) 院：土木工程學(xué)院 設(shè)計(jì)題目：管網(wǎng)造價(jià)設(shè)計(jì)分析 級(jí) 別：b級(jí) 學(xué)生姓名：xxxxxx 學(xué) 號(hào)：xxxxxxxxxxxxxxxxx 同組學(xué)生： 指導(dǎo)教師：盧瑞華 2014年9月1號(hào)20目 錄課程設(shè)計(jì)任務(wù)書（功能簡(jiǎn)介、課程設(shè)計(jì)要求）3系統(tǒng)設(shè)計(jì)（包括總體結(jié)構(gòu)、模塊、功能等，輔以程序設(shè)計(jì)組成框圖、流程圖解釋）；4模塊設(shè)計(jì)（主要模塊功能、源代碼、注釋（如函數(shù)功能、入口及出口參數(shù)說明，函數(shù)調(diào)用關(guān)系描述等）；.8調(diào)試及測(cè)試：（調(diào)試方法，測(cè)試結(jié)果的分析與討論，截屏、正確性分析）；.11設(shè)計(jì)總結(jié)：（編程中遇到的問題及解決方法）；.14參考文獻(xiàn).181. c語言課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生選題說明:以所發(fā)課程設(shè)計(jì)要求為準(zhǔn)，請(qǐng)同學(xué)們仔細(xì)閱讀；本任務(wù)書提供的設(shè)計(jì)案例僅供選題參考；也可自選，但難易程度需難度相當(dāng)；鼓勵(lì)結(jié)合本專業(yè)（土木工程、力學(xué)）知識(shí)進(jìn)行選題，編制程序解決專業(yè)實(shí)際問題。限2人選的題目可由1-2人完成（a級(jí)）；限1人選的題目只能由1人單獨(dú)完成（b級(jí)）； 設(shè)計(jì)總體要求:采用模塊化程序設(shè)計(jì)；鼓勵(lì)可視化編程；源程序中應(yīng)有足夠的注釋；學(xué)生可自行增加新功能模塊（視情況可另外加分）；必須上機(jī)調(diào)試通過；注重算法運(yùn)用，優(yōu)化存儲(chǔ)效率與運(yùn)算效率；需提交源程序(含有注釋)及相關(guān)文件(數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)庫文件)；提交設(shè)計(jì)報(bào)告書，具體要求見以下說明。設(shè)計(jì)報(bào)告格式：目 錄課程設(shè)計(jì)任務(wù)書（功能簡(jiǎn)介、課程設(shè)計(jì)要求）；系統(tǒng)設(shè)計(jì)（包括總體結(jié)構(gòu)、模塊、功能等，輔以程序設(shè)計(jì)組成框圖、流程圖解釋）；模塊設(shè)計(jì)（主要模塊功能、源代碼、注釋（如函數(shù)功能、入口及出口參數(shù)說明，函數(shù)調(diào)用關(guān)系描述等）；調(diào)試及測(cè)試：（調(diào)試方法，測(cè)試結(jié)果的分析與討論，截屏、正確性分析）；設(shè)計(jì)總結(jié)：（編程中遇到的問題及解決方法）；心得體會(huì)及致謝；參考文獻(xiàn) 程序功能簡(jiǎn)介：本程序是用來計(jì)算分析關(guān)于工程造價(jià)中管網(wǎng)單位造價(jià)的，而這個(gè)數(shù)學(xué)模型的方程為。你自己將需要分析的數(shù)據(jù)手動(dòng)輸入，本程序就可以將這個(gè)非線性方程的回歸方程給計(jì)算出來，其中關(guān)于z的精度和取值范圍都可以自己動(dòng)手輸入。這就是本程序的簡(jiǎn)要功能介紹。2. 系統(tǒng)要求2.1功能要求：對(duì)某地給水管網(wǎng)d=200mm以上的管道進(jìn)行了單位造價(jià)的綜合分析計(jì)算。造價(jià)構(gòu)成包括：（1）管材價(jià)格；（2）運(yùn)輸管理費(fèi)用；（3）施工費(fèi)用；（4）挖填溝槽費(fèi)用；（5）路面修復(fù)費(fèi)用；（6）消火栓費(fèi)用；（7）閘門費(fèi)用；（8）閘門井、支墩等構(gòu)筑物；（9）管配件費(fèi)用；（10）特殊措施費(fèi)用。得到管徑與單價(jià)如表所示。表2 管徑造價(jià)表管徑d(mm)200250300350400450500單價(jià)d(元/m)82.90102.10120.69140.78166.15229.08257.21管徑d(mm)600700800900100011001200單價(jià)d(元/m)324.17377.87452.46517.40659.19747.94854.47試采用常規(guī)回歸分析，通過c語言編程確定管道造價(jià)的數(shù)學(xué)模型參數(shù)。管道造價(jià)的數(shù)學(xué)模型： 式中：d管徑（m）； c單位造價(jià)（元/m）； a,b,z系數(shù)。2.2模塊設(shè)計(jì)分析2.2.1數(shù)學(xué)模型分析因?yàn)檫@是一個(gè)純非線性方程，直接運(yùn)用研究一般的例如方程的方法是行不通的，那么，在這里，就要引入一種數(shù)學(xué)思想，就是黃金分割與最小二乘法。黃金分割最小二乘法作為一種迭代的方法，可以獲得據(jù)怒的最優(yōu)解，因此可以在這里采用這種方法的。首先介紹一下最小二乘法，因?yàn)樵诤罄m(xù)的計(jì)算中，將會(huì)用到最小二乘法。在研究兩個(gè)變量的關(guān)系時(shí)，通常會(huì)用到一系列的點(diǎn)坐標(biāo)，將這些坐標(biāo)描繪在坐標(biāo)軸上時(shí)，如若發(fā)現(xiàn)這些點(diǎn)是分布在一直線的附近，那么我們可以將之設(shè)為一個(gè)一元一次的方程：，其中，均為待定的數(shù)。那么，要想求出這些未知的數(shù)，根據(jù)最小二乘法原理可以知道，通過計(jì)算實(shí)際值和用設(shè)的方程所得到的差的平方和，比較這些和，得到的值最小時(shí)所對(duì)應(yīng)的值就是要求的參數(shù)。就根據(jù)這種思想，通過運(yùn)用高等數(shù)學(xué)的知識(shí)，可以得到關(guān)于參數(shù)的計(jì)算方法：（為參數(shù)，為方差）以上這些是研究的一元一次的線性回歸方程，那么，對(duì)于題目要求的純非線性方程來說，也是可以采用這種思路的。我們可以假設(shè)z為一個(gè)常量，就像一元一次方程中的一次方一樣。那么，我們就可以想研究線性回歸方程那樣來研究問題了。所以，就要用到黃金分割法，將z值分成很多的值，每一個(gè)z值，將會(huì)對(duì)應(yīng)一個(gè)方差，最后將算到的很多方差進(jìn)行對(duì)比，得到最小的方差對(duì)應(yīng)的就求出了z值，對(duì)應(yīng)的a,b值就可以得到了。同樣的道理，在每一個(gè)z值下得到的a,b值：；因此根據(jù)這個(gè)思路，就可以將程序的思路設(shè)計(jì)出來：a. 輸入信息：將要計(jì)算的管徑和對(duì)應(yīng)的單價(jià)輸入文本文件中，自己宏定義要輸入的數(shù)據(jù)有多少組，然后輸入關(guān)于z的取值范圍和精度；b. 數(shù)據(jù)計(jì)算：設(shè)計(jì)函數(shù)，將單價(jià)的和與管徑z次方的和分別計(jì)算出來；設(shè)計(jì)函數(shù)，將管徑的z次方與之對(duì)應(yīng)的單價(jià)的成績計(jì)算出來；設(shè)計(jì)函數(shù)，將管徑的z次方的和計(jì)算出來；c. 儲(chǔ)存數(shù)據(jù)：定義數(shù)組a10000,b10000,k10000,分別用來記錄每一個(gè)z值得到的a,b,和方差；d. 比較數(shù)據(jù)：將得到的數(shù)組k10000用冒泡法得到最小的值，并且用一個(gè)中間變量記錄下來數(shù)組中最小的值；e. 輸出結(jié)果：將得到的最佳擬合曲線輸出。f. 開始循環(huán)：系統(tǒng)會(huì)給出是否還要繼續(xù)的提示，這樣只需組建一次，就可以計(jì)算很多次，可以用于比較不同精度時(shí)的函數(shù)曲線了。2.2.2模塊設(shè)計(jì)分析 系統(tǒng)功能模塊圖退出程序主菜單計(jì)算輸入數(shù)據(jù)輸出結(jié)果 排序mabi 2.2.3程序工作分析1) 將待輸入的數(shù)按表輸入文本文件中：管徑d(mm)200250300350400450500單價(jià)d(元/m)82.90102.10120.69140.78166.15229.08257.21管徑d(mm)600700800900100011001200單價(jià)d(元/m)324.17377.87452.46517.40659.19747.94854.472) 數(shù)據(jù)求和：根據(jù)各個(gè)函數(shù)將待要計(jì)算的數(shù)據(jù)計(jì)算出來；3) 計(jì)算公式：根據(jù)黃金分割最小二乘法的公式將每一個(gè)z值要求得的a，b計(jì)算出來；4) 記錄功能：將每一個(gè)z值所對(duì)應(yīng)的a,b,及方差都記錄在已知的數(shù)組中；排序功能：對(duì)得到的方差數(shù)組進(jìn)行冒泡法排序，就會(huì)選出該數(shù)組中的最小值，從而得到對(duì)應(yīng)的a,b值；輸出功能：將得到的最佳擬合曲線輸出；循環(huán)功能：再次將z的精度改變，比較不同精度時(shí)的數(shù)據(jù)差別。3. 模塊設(shè)計(jì)#include-/編譯預(yù)處理#include-/因?yàn)槌绦蛏婕暗酱畏降挠?jì)算，所以要用到數(shù)學(xué)函數(shù)#include-/涉及到文件夾的使用#define n 5- -/宏定義數(shù)據(jù)的組數(shù)，這樣方便以后的計(jì)算float add(float a21000,int n,float m) -/計(jì)算單價(jià)的和與管徑的z次方的和的平均值的函數(shù)float sum=0;int i;if(n=1)-/這是計(jì)算單價(jià)的和for(i=0;in;i+)sum+=ani;else if(n=0) /這是計(jì)算管徑的z次方的和for(i=0;in;i+)sum+=pow(a0i,m);return (sum/n);float product(float b21000,float p)-/計(jì)算管徑z次方與之對(duì)應(yīng)的單價(jià)的乘積的和的函數(shù)float su=0;int i;for(i=0;in;i+)su+=(pow(b0i,p)*b1i);return (su);float guanjing(float c21000,float q)-/計(jì)算管徑的2z次方的和的函數(shù) float s=0;int i;for(i=0;in;i+)s+=pow(c0i,2*q);return (s);int main()float add(float a21000,int n,float m);float product(float b21000,float p);float guanjing(float c21000,float q);float num21000;float a10000,b10000,k10000;/定義關(guān)于a和b的數(shù)組，ki表示在每一個(gè)z值所得到的方差int i,j,n=0；float a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7,z;-/這些數(shù)是計(jì)算過程的中間值，方便觀看float min,sum;-/定義min用來比較方差時(shí)的中間變量。sum是為了計(jì)算方差時(shí)用到的ifloat min,max;-/關(guān)于z的取值范圍定義file *fp;-/定義文件夾指針 fp=fopen(“數(shù)據(jù)輸入.txt”,”r”);-/使文件指針指向數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的文件for(i=0;i2;i+)-/用循環(huán)輸入管徑和單價(jià) for(j=0;jn;j+)fscanf(fp,%f,&numij);-/從文件中讀取數(shù)據(jù)fscanf(fp,”n”);prinft(“您從文件中讀取的數(shù)組如下：n);for(i=0;i2;i+)-/將讀取的文件向屏幕輸出if(i=0)printf(“管徑（毫米）：”);if(i=1)printf(“單價(jià)（元）：”);for(j=0;jn;j+)printf(“%8.2f”.&numij);printf(“n”); printf(請(qǐng)輸入關(guān)于z的取值范圍（用minmax來表示）：);scanf(%f%f,&min,&max)；-/從鍵盤中得到z值得范圍a1=add(num,1,0);-/求出單價(jià)的平均值 while(n=0)-/開始循環(huán)，用n來做nt r=0;-/在用冒泡法比較時(shí)，用來記錄方差最小時(shí)的i值scanf(%f%f,&min,&max);for(z=min,i=0;z=max;z+=0.01,i+)-/開始循環(huán)，每次z值是增加0.。01float sum=0;a2=product(num,z);-/計(jì)算管徑z次方與之對(duì)應(yīng)的單價(jià)的乘積的和a3=add(num,0,z);-/計(jì)算在每一個(gè)z值下的管徑的z次方的平均值a4=guanjing(num,z);-/計(jì)算在每一個(gè) z值下的管徑的2*z次方的和a5=n*pow(a3,2); bi=(a2-n*a3*a1)/(a4-a5);-/得到管徑前面的系數(shù)ai=a1-a3*bi;-/得到常量for(j=0;jn;j+)-/開始計(jì)算在每一個(gè)z值下所得到的方差a6=bi*(pow(num0j,z);- /計(jì)算b*dz的值a7=ai+a6-num1j; -/計(jì)算c(i)與c的平均值的差積，為方差的計(jì)算做準(zhǔn)備sum+=pow(a7,2);/這里為了提高運(yùn)算速度，就只運(yùn)算平方和，不在計(jì)算接下來的開方了;ki=sum;-/將得到的方差賦給ki; min=k0;-/開始用冒泡法的到最小的ki.也就是最小的方差for(i=0;iki)min=ki;r=i;-/這里用r來記錄下最小的方差是哪個(gè)，從而找到最小的方差printf(您得到的最佳擬合曲線為：c=%f+%f*d%f。n,ar,br,min+0.01*r);-/輸出的到的擬合的曲線printf(如果繼續(xù)輸入，請(qǐng)按【0】鍵；否者按【1】鍵退出：);scanf(%d,&n);-/循環(huán)結(jié)束return 0;4.調(diào)試及測(cè)試1 信息存儲(chǔ)：2 開始界面：3 輸入信息4 開始循環(huán)：5 程序結(jié)束5.調(diào)試中的問題：1.關(guān)于記錄系數(shù)sum的問題：在本程序的比較模塊中，有一個(gè)記錄方差的中間量sum，在初始程序中，它的定義如下：也就是說，未對(duì)sum的初始值賦值，結(jié)果在運(yùn)行程序的時(shí)候，系統(tǒng)就一直提示無法從內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)。后來經(jīng)過檢查以后，才發(fā)現(xiàn)原來是sum這里出現(xiàn)了問題。因?yàn)槿绻麤]有初始化的話，那么系統(tǒng)會(huì)給它賦一個(gè)隨機(jī)的值，它就會(huì)影響整個(gè)的程序運(yùn)行。后來將其賦值為0以后，那么問題就得到解決了。2. 關(guān)于從文件中讀取數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤：一開始，程序建立的結(jié)構(gòu)體數(shù)組，其設(shè)置如下：結(jié)果，用了文件指針后，就無法實(shí)現(xiàn)從文件中既讀取字符串，又讀取了數(shù)組。雖然通過在網(wǎng)上查找資料，可以做到這一點(diǎn)，但是其運(yùn)用的是c+，不符合我們的要求。所以就將此結(jié)構(gòu)體去掉了，而是直接定義了一個(gè)數(shù)組，在輸出數(shù)組的時(shí)候，就將“管徑”和“單價(jià)”直接輸出，然后再輸出這樣，就回避了難以解決的問題，也充分運(yùn)用了自己的知識(shí)。3. 在程序中的警告：這是在程序中出現(xiàn)的警告，程序顯示在定義數(shù)據(jù)類型時(shí)，double和float型之間的轉(zhuǎn)換存在數(shù)據(jù)可能丟失的警告，經(jīng)過在同學(xué)的幫助下，我才明白對(duì)于本題而言，數(shù)據(jù)不會(huì)溢出，因此暫認(rèn)為可以。而且在全部定義為double型數(shù)據(jù)時(shí)易出現(xiàn)一些問題。所以個(gè)人在設(shè)計(jì)程序時(shí)將部分不會(huì)存在數(shù)據(jù)溢出的變量定義為float型。6.設(shè)計(jì)總結(jié)當(dāng)初一看到這個(gè)題是首先想到的是平常學(xué)習(xí)中較為常用的一般線性回歸方程，但經(jīng)過仔細(xì)研究題目，才發(fā)現(xiàn)其存在一個(gè)次方系數(shù)，導(dǎo)致了這個(gè)問題的復(fù)雜化。所以就開始查找一些關(guān)于此方面的書籍。在一本關(guān)于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的書上邊，我知道了這是屬于一個(gè)純非線性的回歸方程，也就是說它不可以化成一般的回歸方程上邊。雖然可以用數(shù)學(xué)的方法將它計(jì)算出來，但是要用到積分的知識(shí)，由于種種限制，故無法實(shí)現(xiàn)用直接得到結(jié)果。后來，又在關(guān)于管網(wǎng)造價(jià)的相關(guān)書籍中，查到了如何用程序來計(jì)算這種函數(shù)的方法，其就是黃金分割最小二乘法。他可以借助電腦快速的計(jì)算能力，很方便的找到最佳擬合的曲線。后來也經(jīng)過了老師的認(rèn)可，說這種方法是正確的。 編寫成程序時(shí)，為了黃金分割最小二乘法的公式的計(jì)算方便定義了3個(gè)函數(shù)，求取一些在黃金分割最小二乘法的公式中需要用到的值。 此外，本程序還是設(shè)定了一些其他的功能，例如可以自己定義z的范圍和精度，并且解決了從文件中讀取數(shù)據(jù)的問題，大大的提高了工作效率。還有值得提的一點(diǎn)就是可以一直使用不同的精度，來得到不同的結(jié)果，完全可以滿足使用者的要求，可以比較不同精度時(shí)的差別，得到自己滿意的答案。在這里，我題外說一下，為什么要設(shè)計(jì)循環(huán)結(jié)構(gòu)呢？其實(shí)一開始程序只能計(jì)算一個(gè)精度，后來，我自己在運(yùn)行這個(gè)程序時(shí)發(fā)現(xiàn)，不同的精度值所得出來的結(jié)果有時(shí)候會(huì)有很大的差別，我就想，這應(yīng)該是計(jì)算過程中數(shù)據(jù)的丟失所造成的吧。那么，為了給使用者提供一個(gè)完全自主的模式，我就開始引入這個(gè)循環(huán)功能，就對(duì)一組數(shù)據(jù)的到很多個(gè)不同的曲線，到時(shí)候，使用者就會(huì)選擇自己說要用到的結(jié)果。不過，本程序比較遺憾的地方就是無法將得到的最佳擬合曲線儲(chǔ)存在文件中以供使用者以后的讀取。不是不會(huì)這么將數(shù)據(jù)讀到文件中，而是不知道怎么將既有字符串，又有數(shù)據(jù)的一串文字讀到文件中，這也是被本程序最為遺憾的地方，希望看到本程序的人，可以幫助我修改或者提出寶貴的意見，本人在這里將不勝感激。7.心得體會(huì)及致謝 課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程.隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新日異，當(dāng)今計(jì)算機(jī)應(yīng)用在生活中可以說得