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如何对工程中的数值和单位建模？（另外奉送100分）

2003-07-02 07:13:11 120 阅读 AI 写同款 · GEO 优化AI 选题数据监测一键分发 ›

fengfeng2003 墨衍会员 · AI 创作全网分发关注 + 加入社区

MATLAB工程实战避坑指南：从数值计算到Simulink建模 MATLAB作为工程计算与系统建模的核心平台，其本质远超编程语言范畴，实为面向物理系统、可追溯、可验证的工程思维操作系统。理解其数值计算的浮点误差机制、矩阵运算的状态空间建模逻辑、可视化背后的物理量纲约束，以及Simulink多域耦合求解原理，是保障仿真可信度与结果落地的关键。在电机控制、潮汐分析、电池热失控预警、脑网络建模等真实场景中，`ttest2`的方差齐性判断、`fftshift`的频谱物理对齐、`parfor`的任务粒度匹配等细节，直接决定项目成败。本文聚焦MATLAB在工业级应用中的隐性规则与高阅读详情

一个最简单的例子：
理想气体状态方程PV＝RT
已知PVT中的两个可求其余一个参数。若PVT可允许任何合法单位，则在设计过程中应
设计一个单位类将参数的数值部分和单位部分分开（根据：《UML和模式应用》）
具体如何设计呢？
请各位大侠帮忙！多谢！
如给出满意解释或源码说明，另外奉送100分。

...全文

巷道支护数值建模与工程实践指南岩土工程数值模拟是地下工程稳定性分析的核心技术，通过建立巷道支护系统的力学模型，可以预测围岩变形和应力分布。其基本原理包括本构模型选择（如Mohr-Coulomb、Hoek-Brown准则）和接触面处理技术，结合FEniCS、ANSYS等软件实现。该技术能有效优化锚杆布置角度（15°-20°最佳）和衬砌厚度（巷道跨度1/20-1/15），在矿山巷道、隧道工程中具有重要应用价值。现代工程实践中，常采用Python脚本实现参数化建模，并通过现场监测数据验证模型精度（误差控制在10%以内）。阅读详情

fengfeng2003

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digital1 2003-07-06

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有两种方法

1 都在operand中实现，使用方便但是扩展性不好，每次有新操作的时候需要在operand中加函数

2 在operand中实现getstandard(）,然后：

int main()
{
Operand V=new Operand(ConcreteUnit1());
Operand T=new Operand(ConcreteUnit2());
const double R=123.4;
Operand P=T*cos(R.getStandard())/sin(V.getStandard());

}

我觉得第二种方式好些

所有程序都是伪代码，没有上机测试，可能存在问题

fengfeng2003 2003-07-06

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To digital1(d_jt)

问题又来了，
如果是一个角度量，定义Operand时不仅有＋，－，×，/还要有sin,cos...操作
这些函数要是都定义的话，就会有很多成员函数，这应该怎么办啊。

digital1 2003-07-05

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to stonespace(stonespace)

不建议在客户端
SimpleUnit mmHg("mmHg",10130);

客户端尽量少的知道内容

to fengfeng2003()

traits是stl中实现不一致性的。
如一般的加法都一样，但long double的就不一样，可以用traits

另外，我觉得象单位这种永远不变的东西，无所谓你用多少类来实现，一个原则，客户端使用方便才是最重要的，

unit类我给出的是最简单的实现，如果你要考虑效率和资源占用问题，可以使用singleton模式来实现

如果不想麻烦，我觉得我前面给出的实现方式对本问题是最优考虑

stonespace 2003-07-05

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很简单，就象你说的定义一个Unit基类，也不一定要用template，直接定义为类就行。原来template的参数作为构造函数的参数就行。然后还是原来的思路，用实例定义一个单位：

class SimpleUnit :public Unit
{
public:
virtual double ConvertToStandardUnit(double dbValue);
virtual string Print(double dbValue);
public:
SimpleUnit(string UnitName,double ConversionFactor);
};

SimpleUnit MPa("MPa",1e6);
SimpleUnit mmHg("mmHg",10130);

如果某各单位比如SUnit1不能用比例换算的，可以专门定义一个派生类：
class SUnit1 :public Unit
{
public:
virtual double ConvertToStandardUnit(double dbValue);
virtual string Print(double dbValue);
public:
SUnit1();
};

SUnit1 unit;
overwrite单位换算函数，但是还是用实例表示单位。

其实我认为单位只影响到I/O，所以Unit类只需要有一个把当前单位换算为标准单位的方法就行，然后再有格式化输入输出的方法。

如果要做得很灵活，这些表示单位的实例可以放在一个表中，比如vector<Unit *> vtAllUnit中，然后界面输入输出数据的时候，先在vtAllUnit选择一个单位，用选中单位实例把数据转换之后，再进一步处理。

做的好的话，Unit还应该有一个方法，取得单位适用的物理量的类别，比如是V还是P等等。

digital1 2003-07-04

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另外
PressureUnit<"mmHg",10130> mmHg;
还需要客户知道10130等具体内容，这很不好啊

digital1 2003-07-04

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这种方法挺好的，我也考虑过，不过，单位换算不是只有简单的比例啊，比如温度，华氏，绝对温度之间等等，你是不是还要用traits？

其实类多一点也无所谓啊，

呵呵，其实对大量的相同的简单换算可以gp，其他的就不要用gp了

stonespace 2003-07-04

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>我初步考虑这样：为压力，温度等每一个物理量单位建立类，不知你的想法怎样？

我认为这样处理最好。在设计阶段考虑的类，应该从实现角度去考虑，设计阶段的类应该可以处于不同的状态，并且用数据成员保存状态。“单位”对人来说是一个概念，但是很明显，一个特定的单位本身是没有任何可变化的属性，如果强行设计为一个类，会发现这个类不需要有数据成员，而只有方法。通常如果方法不是很多的话，这种情况不应该设计为类，而应该当作一个“值”，即用一个实例表示，就像你设计的PressureUnit<"MPa",1e6> MPa一样。MPa这个实例表示一个单位。

fengfeng2003 2003-07-04

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To stonespace

这只是我的初步设想，但是具体的实现应该怎样呢，能麻烦你解释一下吗？
我想应该设计一个纯虚构的Unit基类，PressureUnit,TemperatureUnit从Unit派生
得到，而后再生成PressureUnit等的各个具体单位。
还有就是，不是比例换算应如何处理呢？

fengfeng2003 2003-07-04

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To digital1:

对啊，如果不是简单的比例怎么办啊？
你说的traits是什么意思，能给我解释一下吗？
多谢！

digital1 2003-07-03

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说明
Operand(IUnit unit)构造函数少了一个参数，就是operand的数值

在operator*/中调用unit的getstandart方法，或者在operand类中增加getstandart方法，

fengfeng2003 2003-07-03

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压力，温度，比容三个物理量常用的单位加起来有十多个，每一个都派生一个类的话
岂不是要有十多个类，如果在实际应用中变量再多的话，是不是造成了类的爆炸。

我初步考虑这样：为压力，温度等每一个物理量单位建立类，不知你的想法怎样？
template<string UnitName,double ConversionFactor>
class PressureUnit
{
.......
};

PressureUnit<"MPa",1e6> MPa;
PressureUnit<"mmHg",10130> mmHg;
.......

digital1 2003-07-02

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interface IUnit
{
public double getStandard(double in);//根据输入数值计算标准单位数值
}

class ConcreteUnit:public IUnit //某个具体的单位，实现interface中的方法

class Operand//操作数
{
Operand(IUnit unit);
operator*
operator/
}

int main()
{
Operand V=new Operand(ConcreteUnit1());
Operand T=new Operand(ConcreteUnit2());
const double R=123.4;
Operand P=T*R/V;

}

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