本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于矩陣?yán)碚摰牟逯禂?shù)據(jù)文件格式定義方法。

背景技術(shù)：

在生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)研究中，某一變量(或函數(shù))有時(shí)不能直接給出表達(dá)式，而只能給出函數(shù)在若干個(gè)點(diǎn)上的函數(shù)值或?qū)?shù)值，實(shí)踐中，通常采用多項(xiàng)式插值、樣條插值等相應(yīng)的數(shù)值分析方法對(duì)插值數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，以獲得變量(或函數(shù))在不同的被插點(diǎn)上的數(shù)值，插值算法在數(shù)值計(jì)算、圖像處理、建模仿真、計(jì)算機(jī)科學(xué)計(jì)算等各領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用。

插值算法依據(jù)所研究的函數(shù)自變量的個(gè)數(shù)可分為一維插值、二維插值，乃至多維插值，與之相對(duì)應(yīng)的插值數(shù)據(jù)亦可分為一維插值數(shù)據(jù)、二維插值數(shù)據(jù)等等，以空氣動(dòng)力學(xué)計(jì)算為例，一個(gè)物體在某一方向上所受的某一氣動(dòng)力系數(shù)與其速度、姿態(tài)等狀態(tài)相關(guān)，可通過(guò)試驗(yàn)獲得氣動(dòng)系數(shù)在不同速度、姿態(tài)等狀態(tài)上的數(shù)值。在不同的研究階段或應(yīng)用背景下，插值數(shù)據(jù)常面臨跨平臺(tái)使用的需求，以建模仿真為例，在系統(tǒng)建模階段，由于windows操作系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，一般以其作為模型開(kāi)發(fā)平臺(tái)，而在模型校驗(yàn)階段，一般以linux+rtai或vxworks等實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)作為模型運(yùn)行平臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)半實(shí)物仿真。

插值數(shù)據(jù)的處理通常有表1所示的兩種方式，兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)際工程中均有應(yīng)用，第二種方式重點(diǎn)在于定義一種合理的插值數(shù)據(jù)文件格式以充分表達(dá)插值數(shù)據(jù)屬性，滿足各種插值算法的需要。專(zhuān)利(公開(kāi)號(hào)為cn104881464a)申請(qǐng)描述了一種數(shù)據(jù)文件格式定義方法，通過(guò)一個(gè)配置文件加數(shù)據(jù)文件的方式表達(dá)數(shù)據(jù)屬性，其中，配置文件描述了數(shù)據(jù)文件中數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)類(lèi)型、長(zhǎng)度、有效值范圍等信息，若利用該方法描述插值數(shù)據(jù)，則僅能描述二維插值數(shù)據(jù)，無(wú)法描述多維插值數(shù)據(jù)。

表1插值數(shù)據(jù)處理的常見(jiàn)方式及其優(yōu)缺點(diǎn)

基于此，如何設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)單、明晰的多維插值數(shù)據(jù)表達(dá)方法，在一個(gè)文件中描述一個(gè)任意維數(shù)的插值變量(或函數(shù))所需的全部插值數(shù)據(jù)，便利插值數(shù)據(jù)的規(guī)范化跨平臺(tái)使用需求，成為了亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：如何設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)單、明晰的多維插值數(shù)據(jù)表達(dá)方法，在一個(gè)文件中描述一個(gè)任意維數(shù)的插值變量(或函數(shù))所需的全部插值數(shù)據(jù)，便利插值數(shù)據(jù)的規(guī)范化跨平臺(tái)使用需求。

(二)技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于矩陣?yán)碚摰牟逯禂?shù)據(jù)文件格式定義方法，包括數(shù)據(jù)文件基本格式定義步驟以及插值數(shù)據(jù)格式編排步驟；

所述數(shù)據(jù)文件基本格式定義步驟包括：

插值數(shù)據(jù)文件名定義：所述插值數(shù)據(jù)文件名與插值變量或函數(shù)相關(guān)，用于區(qū)分不同數(shù)據(jù)文件，按變量名或函數(shù)名命名規(guī)范定義；

文件擴(kuò)展名設(shè)計(jì)：采用.txt或.dat文件格式設(shè)計(jì)；

文件編碼格式設(shè)計(jì)：采用ascii編碼格式設(shè)計(jì)；

所述插值數(shù)據(jù)格式編排步驟包括：

文件內(nèi)容區(qū)塊劃分：將插值數(shù)據(jù)文件內(nèi)容自上而下分為三個(gè)區(qū)域，各區(qū)域之間以連續(xù)兩個(gè)空行分隔：

變量維數(shù)區(qū)：定義插值數(shù)據(jù)的維數(shù)以及各維插值節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)；

插值節(jié)點(diǎn)區(qū)：定義各維插值節(jié)點(diǎn)的數(shù)值；

變量數(shù)值區(qū)：定義插值數(shù)據(jù)在各維度的各插值節(jié)點(diǎn)下的函數(shù)值或?qū)?shù)值。

優(yōu)選地，所述插值數(shù)據(jù)格式編排步驟中，所述變量維數(shù)區(qū)占據(jù)兩行，第一行為該插值數(shù)據(jù)的維數(shù)，以變量n表示，第二行為各維插值節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，以numi表示，i＝1,2,…,n表示第i維，各數(shù)值之間以一個(gè)空格區(qū)分，一個(gè)‘□’表示一個(gè)空格，則變量維數(shù)區(qū)為：

n

num1□num2…□numi□…numn

優(yōu)選地，所述插值數(shù)據(jù)格式編排步驟中，所述插值節(jié)點(diǎn)區(qū)占據(jù)n行，每行對(duì)應(yīng)一個(gè)維度，第i行共有numi個(gè)數(shù)值，以xi表示第i維各插值節(jié)點(diǎn)的數(shù)值，即各數(shù)值之間以一個(gè)空格區(qū)分，表示第i維第numi個(gè)插值節(jié)點(diǎn)數(shù)值，則插值節(jié)點(diǎn)區(qū)為：

優(yōu)選地，所述插值數(shù)據(jù)格式編排步驟中，設(shè)一個(gè)n維插值數(shù)據(jù)y在各維度插值節(jié)點(diǎn)下的函數(shù)值或?qū)?shù)值組成n維矩陣按第n維插值節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)可分為numn個(gè)n-1維矩陣，即

其中，矩陣按第n-1維插值節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)分為numn-1個(gè)n-2維矩陣，即

按此方式逐步劃分，當(dāng)n≥3時(shí)，共可劃分個(gè)二維矩陣，當(dāng)n≤2時(shí)，只有一個(gè)二維矩陣，每個(gè)二維矩陣均為num1行num2列；

插值數(shù)據(jù)在各維度的各插值節(jié)點(diǎn)下的函數(shù)值或?qū)?shù)值以二維矩陣的形式按順序依次排列，各數(shù)值之間以一個(gè)空格區(qū)分，各二維矩陣之間以連續(xù)兩個(gè)空行分隔，以表示其對(duì)應(yīng)的第3至n維插值節(jié)點(diǎn)分別為(x31,x41…,x(n-1)1,xn1)，表示插值數(shù)據(jù)在插值節(jié)點(diǎn)(x1i,x22,x31,x41…,x(n-1)1,xn1)下的函數(shù)值或?qū)?shù)值，則變量數(shù)值區(qū)為：

(三)有益效果

本發(fā)明提出一種簡(jiǎn)單、明晰的多維插值數(shù)據(jù)表達(dá)方法，該方法利用矩陣?yán)碚搶?duì)多維插值數(shù)據(jù)進(jìn)行化簡(jiǎn)，用多個(gè)二維矩陣表達(dá)插值變量在各維度各插值節(jié)點(diǎn)下的函數(shù)值或?qū)?shù)值，通過(guò)合理的文件內(nèi)容區(qū)塊劃分，在一個(gè)文件中描述一個(gè)任意維數(shù)的插值變量(或函數(shù))所需的全部插值數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)了在一個(gè)文件中描述一個(gè)任意維數(shù)的插值變量(或函數(shù))所需的全部插值數(shù)據(jù)，便利了插值數(shù)據(jù)的規(guī)范化跨平臺(tái)使用需求。

附圖說(shuō)明

圖1為氣動(dòng)參數(shù)值矩陣排列示意圖。

圖2為一維氣動(dòng)參數(shù)插值文件示例截圖；

圖3為二維氣動(dòng)參數(shù)插值文件示例截圖；

圖4為三維氣動(dòng)參數(shù)插值文件示例截圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、內(nèi)容、和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

本發(fā)明的基于矩陣?yán)碚摰牟逯禂?shù)據(jù)文件格式定義方法包括數(shù)據(jù)文件基本格式定義以及插值數(shù)據(jù)編排格式設(shè)計(jì)兩大步驟。

(1)數(shù)據(jù)文件基本格式定義：

1)文件名定義

插值數(shù)據(jù)文件名與所研究的插值變量(或函數(shù))相關(guān)，用于區(qū)分不同數(shù)據(jù)文件。文件名命名格式參考相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)變量名命名標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，易于理解，以某氣動(dòng)力系數(shù)為例，其插值數(shù)據(jù)文件名為c_y_delta_z。

2)文件擴(kuò)展名設(shè)計(jì)

文件擴(kuò)展名采用.txt或.dat等通用文件格式。

3)文件編碼設(shè)計(jì)

文件編碼格式采用最基本的ascii編碼格式，以最大可能保證數(shù)據(jù)文件的平臺(tái)通用性。

(2)插值數(shù)據(jù)編排格式設(shè)計(jì)：

1)文件內(nèi)容區(qū)塊劃分

數(shù)據(jù)文件內(nèi)容自上而下，共分為三個(gè)區(qū)域，各區(qū)域之間以連續(xù)兩個(gè)空行分隔：

變量維數(shù)區(qū)：定義該插值變量的維數(shù)以及各維插值節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)；

插值節(jié)點(diǎn)區(qū)：定義各維插值節(jié)點(diǎn)的數(shù)值；

變量數(shù)值區(qū)：定義該插值變量在各維度各插值節(jié)點(diǎn)下的函數(shù)值或?qū)?shù)值。

變量維數(shù)區(qū)：

該區(qū)域占據(jù)兩行，第一行為該插值變量的維數(shù)，以變量n表示，第二行為各維插值節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，以numi表示，i＝1,2,…,n表示第i維，各數(shù)值之間以一個(gè)空格區(qū)分，格式如下，其中一個(gè)‘□’表示一個(gè)空格(下同)：

n

num1□num2…□numi□…numn

插值節(jié)點(diǎn)區(qū)：

該區(qū)域占據(jù)n行，每行對(duì)應(yīng)一個(gè)維度，第i行共有numi個(gè)數(shù)值，以xi表示第i維各插值節(jié)點(diǎn)的數(shù)值，即各數(shù)值之間以一個(gè)空格區(qū)分，格式如下，其中表示第i維第numi個(gè)插值節(jié)點(diǎn)數(shù)值：

變量數(shù)值區(qū)：

某n維插值變量y在各維度插值節(jié)點(diǎn)下的函數(shù)值或?qū)?shù)值組成n維矩陣按第n維插值節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)可分為numn個(gè)n-1維矩陣，即

其中，矩陣可按第n-1維插值節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)分為numn-1個(gè)n-2維矩陣，即

按上述方法逐步劃分，如圖1所示，當(dāng)n≥3時(shí)，共可劃分個(gè)二維矩陣，當(dāng)n≤2時(shí)，只有一個(gè)二維矩陣，每個(gè)二維矩陣均為num1行num2列。

插值變量在各維度各插值節(jié)點(diǎn)下的函數(shù)值或?qū)?shù)值以二維矩陣的形式按上述順序依次排列，各數(shù)值之間以一個(gè)空格區(qū)分，各二維矩陣之間以連續(xù)兩個(gè)空行分隔，以為例，表示其對(duì)應(yīng)的第3至n維插值節(jié)點(diǎn)分別為(x31,x41…,x(n-1)1,xn1)，格式如下，其中表示插值變量在插值節(jié)點(diǎn)(x1i,x22,x31,x41…,x(n-1)1,xn1)下的函數(shù)值或?qū)?shù)值。

依據(jù)上述方法和步驟，如下給出了常用的一維、二維、三維插值數(shù)據(jù)文件示例。

(1)一維插值數(shù)據(jù)文件示例

一維插值數(shù)據(jù)文件示例如圖2所示，該參數(shù)共有4個(gè)插值節(jié)點(diǎn)，分別為0.4000000.6000000.7000000.800000，其對(duì)應(yīng)的函數(shù)值或?qū)?shù)值分別為0.31120.36260.36620.4112。

(2)二維插值數(shù)據(jù)文件示例

二維插值數(shù)據(jù)文件示例如下圖3所示，該參數(shù)第一維有10個(gè)插值節(jié)點(diǎn)，分別為-4.000000-2.0000000.0000001.0000002.0000003.0000004.0000006.0000008.00000010.000000，第二維有5個(gè)插值節(jié)點(diǎn)，分別為0.0000002.0000004.0000006.0000008.000000，對(duì)應(yīng)的函數(shù)值或?qū)?shù)值組成10行5列的二維矩陣。矩陣中數(shù)值0.095600對(duì)應(yīng)的插值節(jié)點(diǎn)為(4.000000,2.000000)。

(3)三維插值數(shù)據(jù)文件示例

三維插值數(shù)據(jù)文件示例如圖4所示，各維插值節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)分別為5、4、3，變量數(shù)值區(qū)共有3個(gè)二維矩陣，每個(gè)矩陣均為5行4列，第二個(gè)矩陣中參數(shù)值0.058800對(duì)應(yīng)的插值節(jié)點(diǎn)為(2.000000,10.000000,0.700000)。

可以看出，采用本發(fā)明的方法可克服專(zhuān)利(公開(kāi)號(hào)cn104881464a)的不足，利用矩陣?yán)碚摚枚鄠€(gè)二維矩陣表達(dá)插值變量在各維度各插值節(jié)點(diǎn)下的函數(shù)值或?qū)?shù)值，通過(guò)合理的文件內(nèi)容區(qū)塊劃分，在一個(gè)文件中描述一個(gè)任意維數(shù)的插值變量(或函數(shù))所需的全部插值數(shù)據(jù)，便利插值數(shù)據(jù)的規(guī)范化跨平臺(tái)使用。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。