飛行器實時仿真算法研究本科畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 比較合理，現在對Vector類編碼時非常簡單，很多方法已經通過兩個基類實現過了。但是注意Vector類包含向量元素, 并且提供盡可能多的構造函數，以便使用能使不同的數據類型轉為Vector類型。接口大致如下：//向量類template typename Tclass Vector : public AlmostVectorT{ private: //保存向量元素 valarrayT vectorData_。 slice slice_。 public: //重寫基類的虛函數 virtual const sliceamp。 getSlice() const 。 virtual const valarrayTamp。 constVal() const。 //由STL valarray 構造 Vector(const valarrayTamp。 val) 。 Vector(const valarrayTamp。 val, const sliceamp。 s)。 ................................ Vector(const T * p, size_t n) 。 //以下兩個構造函數是為了 //Vector Vector //VectorView Vector //ConstVectorView Vector Vector(const GneVectorT amp。 vec) 。 Vector(const GneVectorT amp。 vec, const slice amp。 s)。 …}。 VectorView接口 template typename T class VectorView : public AlmostVectorT //可變視圖 { private: valarrayT* pVectorData_。 slice viewSlice_。 public: //重寫基類的虛函數 virtual const sliceamp。 getSlice() const 。 virtual const valarrayTamp。 constVal() const。 //下面兩個構造函數是為了 //Vector MatrixView //VectorView VectorView VectorView(AlmostVectorT amp。 vec) 。 .................... virtual valarrayTamp。 val() 。 ……. }。 補充說明上面接口中使用到的slice類型是C++標準庫中valarray類的組成部分，大致結構如下:class slice{public: ...................protected: size_t _Start, _Len, _Stride。}。 可以看到slice類主要保存三個數據，即1． 向量的第一個元素的下標，_Start2． 向量的長度，_Len3． 步長，即每個元素之間的間隔，_Stride這種類型可以完全使用到我們的視圖類中，這也是為什么選擇valarray模板作為內置向量類型的原因之一。上面對接口的陳述中沒有提到Vector類型的輸入和輸出，這里作已簡要說明。由于輸出只需要對對象具有只讀權限即可，而輸入則要求對對象的讀寫權限。所以輸出可以放到GneVector底層基類中，作為所有派生類的共有函數。而輸入則需放到AlmostVector類中，作為Vector和VectorView類的共有函數。決定某個函數放在基類還是派生類需要很周全的考慮，基類和派生類可以比作一個杠桿，不能一頭很重，一頭很輕，代碼失衡會導致后期的編碼和維護非常困難。輸入輸出函數的聲明如下：friend std::ostreamamp。 operator ( std::ostream amp。os, const GneVectorT amp。avec)。friend std::istreamamp。 operator ( std::istream amp。is, AlmostVectorT amp。avec)。 最后介紹本類初始化時的一個特點。 初始化一個向量對象有很多種方法，最直接的方法是給每一個元素賦值，如下： for(size_t i=0。 iN。 ++i) { v[i] = /* whatever */ } 但是這樣很不方便，尤其是當我們想給v賦一系列不同的值時，在for循環中是比較麻煩的。當然也可以用下面這種方式實現： double var[5] = { , , , 1, }。 Vectordouble v(var, 5)。 但這種方法的不便之處是使用了局部變量。依我來看，最理想的方法是把初始化列表放到構造函數中，如下：Vectordouble v({ , , , 1, }, 5)。 // Error – invalid不幸的是這不符合C++的語法規則，變通一下，使用如下方式： Vectordouble v((double[]) { , , , 1, }, 5)。 // Usually OK這種方法通常是不會錯的，但是也有可能有些編譯器會報錯，我也不知道這算不算標準C++語法，因為沒有一本C++書(我讀過的)講到過這種初始化方式。 為了解決這個問題，我使用了操作符，把我的類對象當做標準輸出。從而可以使用如下方式進行初始化： Vectordouble v(5)。 v , , , 1, 。 //或者 v 1 。 輸入數據的個數必須和對象的大小一致，否則會觸發庫中的出錯處理函數。上面的方式的優點是，初始化列表里的數據不限制為常量。通常來說，初始化列表必須是在編譯時可確定的，但用上面的方式，初始化列表里的元素可以使變量，甚至是一個函數的返回值，只要能轉換為Vector模板對應的實例化類型就可以了。當然v也可以在其他任何時候重新使用此方法賦值。 另外，由于使用標準庫的valarray模板，所以在所有這些類的實現中，甚至沒有主動使用C++標準內存分配和刪除操作符new，delete，一個也沒有出現。 最后，GneVector類和AlomostVector類都含有純虛函數，所以無法實例化，這正是我想要的，給用戶使用的類是Vector、VectorView和ConstVectorView三個類。GSL提供的矩陣類型使用起來非常麻煩，由于是對c語言中的數組進行包裝，所以用戶時刻都要注意內存的變化，花費大量精力減少內存泄露,并且每種數據類型都有不同的函數版本，且不支持用戶自定義類型，所以我決定使用GSL的算法，重寫構架矩陣類，并且給出C++的接口，支持多種類型，包括未知的用戶自定義類型，盡量減少用戶對程序本身的維護工作量，使用戶能專注于算法本身。根據上一節中向量類的分析可知，valarray是個非常方便好用的標準模板，所以這里也使用它作為我們的向量結構體。但是如何把它當做二維數據來讀取是個問題。這里我寫了個很簡單的類mslice，類似于上節中的slice，但是適用于二維數據。class mslice { public: …………. private: size_t startRow_。 size_t startCol_。 size_t rows_。 size_t cols_。 }。mslice類保存4條信息：1． startRow_，起始行。2． startCol_，起始列。3． rows_，行數。4． cols_，列數。根據這四條信息就可以確定當前的valarray變量是如何表示一個矩陣的。 由于矩陣和向量的需求分析有很多相似的地方，比如都要求有視圖類，所以可以使用向量類的構架方法。構架如下：圖32 繼承關系圖 還有5個類接口和上節中的Vector類相似，由于基類設計良好，這些派生類的實現非常簡單，在此不一一列出，詳見原代碼。一個好的隨機數生成算法必須能夠在理論上和統計上同時滿足所需特性。滿足理論上的隨機是很難的，但我們也可以接受那些具有長周期，低的序列相關性的算法。對隨機數算法的測試通常是使用數值仿真來做統計測試，用隨機數來估計一些能用概率論求解出精確值的量，然后和精確值做比較即可測量該算法的隨機性。GSL提供了大量的隨機數生成器，但是由于給出是C的接口，使用起來非常麻煩，用戶要負責大量的內存開辟和銷毀工作。我要做的就是使用GSL提供的算法，給出隨機數生成器的C++統一接口，并且在運行時可以改變隨機數算法和種子。每一個隨機數的實例都有自己的狀態量，即可以同時使用多個相同的隨機數算法實例，它們之間是相互獨立的，互不影響的，所以可以在多線程環境下運行。需要注意的是，隨機數生成器并不是正弦或余弦等函數，對隨機數生成器的連續調用會產生不同的值，這正是我們想要的特性。但為了達到這種效果，生成器必須對一些狀態量進行跟蹤，某些情況下，這些狀態是個整數(比如上次生的隨機數)，但在更多的情況中，這些狀態量會很復雜，有可能是一個數列，而且每種隨機數生成算法使用的狀態量的大小和個數都不一樣。但是用戶使用的時候，不必關心狀態到底是怎么變的，這是算法內部要考慮的事。 類名為CRandom，首先分析GSL提供的隨機數算法里的共有屬性，所有的算法都有種子的設置，最大值，最小值，當前的狀態量，算法名稱，當然最重要的是有返回介于最大值和最小值之間隨機數的方法。至于使用哪種算法可以在構造函數里使用枚舉變量進行選擇，同時提供一個改變算法的成員函數已實現運行時改變算法。所以類CRandom的接口大致如下 class CRandom { public: /*構造函數提供默認隨機數算法,也可以動態設置*/ CRandom(RNG_ORDER type = RNG_TAUS)。 virtual ~CRand