CN112784037A - 一种基于vba的二元函数可视化演示系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种基于VBA的二元函数可视化演示系统及方法，包括处理器以及与处理器通信的显示器，所述处理器搭载有第一表格、第二表格及对应的VBA编译系统；获取待可视化的二元函数及对应的参数数据；将获取的二元函数和参数数据输入到第一表格中的单元格中，使用VBA编译中的变量来保存第一表格单元格的值；利用VBA编译结合第一表格中的数据，生成第二表格中的坐标轴；在第二表格中设定二元函数各变量的离散值，计算函数值，并填写到第二表格中的函数值区域，并对函数值区域进行渐变颜色的设置，进而得到二元函数的演示图像，利用显示器进行演示图像的显示；实现了二元函数的快速直观显示，极大的提升了二元函数的教学演示效果。

Description

一种基于VBA的二元函数可视化演示系统及方法
技术领域
本公开涉及教学演示技术领域，特别涉及一种基于VBA的二元函数可视化演示方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
函数的可视化方法和系统是数据可视化的子领域之一，同时也是研究函数的一种重要的辅助方法。
发明人发现，在电子表格软中，软件本身没有直接对二元函数的可视化功能，教学人员往往需要借助其他高端软件或者间接方法才能实现函数的演示。
目前，间接的方法需要对一个区域中的表格手动填入函数数值并通过设定颜色规则来完成；在填入函数值的过程中需要手动设定函数的自变量值和计算值，且需要函数值的公式拷贝，操作较为繁琐，而且利用这种方法生成的图片不具备坐标轴，需要手动的制作刻度并进行标注或设置，而这个步骤本身较函数值的设置更为复杂和繁琐；还有方法根据数据进行基于等高线3D图的图表的插入，该方法的局限性在于尽管能生成多种颜色的等高线图，但该图不具有连续函数的颜色渐变属性，同时函数值的计算也需要手动填写表格；而且，目前的二元函数实时图像的传输效果较差，尚无法实现教学演示数据的实时传输。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种基于VBA的二元函数可视化演示系统及方法，使用VBA代码对参数(包括函数、步长和定义域等)进行处理并绘制函数值和坐标轴，并通过代码对包含函数值的单元格设置颜色规则来生成二元函数的热图效果，实现了二元函数的快速直观显示，极大的提升了二元函数的教学演示效果。
为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：
本公开第一方面提供了一种基于VBA的二元函数可视化演示系统。
一种基于VBA的二元函数可视化演示系统，包括处理器以及与处理器通信的显示器，所述处理器搭载有第一表格、第二表格及对应的VBA编译系统；
获取待可视化的二元函数及对应的参数数据；
将获取的二元函数和参数数据输入到第一表格中的单元格中，使用VBA编译中的变量来保存第一表格单元格的值；
利用VBA编译结合第一表格中的数据，生成第二表格中的坐标轴；
在第二表格中设定二元函数各变量的离散值，计算函数值，并填写到第二表格中的函数值区域，并对函数值区域进行渐变颜色的设置，进而得到二元函数的演示图像，利用显示器进行演示图像的显示。
作为可能的一些实现方式，所述处理器通过无线模块与上位机和/或至少一个移动智能终端通信连接，用于实时的将生成的二元函数图像所在区域进行图像截取并发送给上位机和/或多个移动智能终端。
本公开第二方面提供了一种基于VBA的二元函数可视化演示方法。
一种基于VBA的二元函数可视化演示方法，包括以下步骤：
获取待可视化的二元函数及对应的参数数据；
将获取的二元函数和参数数据输入到第一表格中的单元格中，使用VBA编译中的变量来保存第一表格单元格的值；
利用VBA编译结合第一表格中的数据，生成第二表格中的坐标轴；
在第二表格中设定二元函数各变量的离散值，计算函数值，并填写到第二表格中的函数值区域，并对函数值区域进行渐变颜色的设置，进而得到二元函数的演示图像。
本公开第三方面提供了一种电子设备。
一种电子设备，包括处理器以及与处理器通信的显示器，所述处理器搭载有第一表格、第二表格及对应的VBA编译系统；
获取待可视化的二元函数及对应的参数数据；
将获取的二元函数和参数数据输入到第一表格中的单元格中，使用VBA编译中的变量来保存第一表格单元格的值；
利用VBA编译结合第一表格中的数据，生成第二表格中的坐标轴；
在第二表格中设定二元函数各变量的离散值，计算函数值，并填写到第二表格中的函数值区域，并对函数值区域进行渐变颜色的设置，进而得到二元函数的演示图像，利用显示器进行演示图像的显示。
与现有技术相比，本公开的有益效果是：
1、本公开所述的可视化演示系统及方法，使用VBA代码对参数(包括函数、步长和定义域等)进行处理并绘制函数值和坐标轴，并通过代码对包含函数值的单元格设置颜色规则来生成二元函数的热图效果，实现了二元函数的快速直观显示，极大的提升了二元函数的教学演示效果。
2、本公开所述的可视化演示系统及方法，可以协助没有任何编程经验的使用者快速生成二元函数热图，系统提供简洁易用的用户界面，使用较为方便，系统生成的图片具备函数可视化的必要元素，例如坐标轴和坐标点，另一方面，系统完全使用各种表格编辑软件实现，软件较为常见，适用性较强。
3、本公开所述的可视化演示系统及方法，基于表格编辑软件中的单元格进行的图像生成，因此可以直接对页面中的单元格进行调整和设置，对比对插入的图表的编辑要更加方便，例如使用对单元格的宽度或高度的设置进行放缩，或直接在单元格周围添加相关的文字说明和其他元素。
4、本公开所述的可视化演示系统及方法，系统实现所使用的VBA代码逻辑较为清晰，模块化程度较高，对于具备一定VBA宏编程基础的使用者可以根据需求在代码中的步骤进行修改，例如设定相关的颜色进行不同效果的热图展示等功能。
5、本公开所述的可视化演示系统及方法，能够实现对生成的二元函数图像的快速抓取，进而将抓取的图像实时的传输给上位机或者其他智能终端，提高了教学演示或者数据共享效果。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1为本公开实施例1提供的包含主要参数的界面截图。
图2为本公开实施例1提供的x和y轴数据示意图。
图3为本公开实施例1提供的通过合并进行刻度数字的现实示意图。
图4为本公开实施例1提供的函数(1-x^2+y^3)*2.7^(-(x^2+y^2)/2)的生成图片。
图5为本公开实施例1提供的函数(x^2+y^2)/2的生成图片。
图6为本公开实施例1提供的函数sin((x^2+y^2)/2)的生成图片。
图7为本公开实施例1提供的设置中心单元格边界线以显示虚线的函数sin((x^2+y^2)/2)的生成图片。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1：
本公开实施例1提供了一种基于VBA的二元函数可视化演示系统，包括处理器以及与处理器通信的显示器，所述处理器搭载有第一表格、第二表格及对应的VBA编译系统，具体的可视化方法如下：
S1：设置界面和图片页面并在界面中建立交互元素；
S2：在VBA代码中准备变量并读取界面参数；
S3：使用VBA代码实现函数值的计算和颜色规则设置；
S4：使用VBA代码实现坐标轴的生成及其他设置。
本实施例中，表格优选的使用EXCEL表格编辑软件中的表格，可以理解的，在其他一些实施方式中，也可以是WPS OFFICE表格编辑软件中的表格，也可以是LotusSmartSuite等，本领域技术人员可以根据具体工况进行选择，这里不再赘述。
S1中，包括以下步骤：
系统包含两个页面：用户使用页面和图片生成页面。两个页面分别取名为“Interface”和“Graph”，其中第一个页面作为交互界面，接收主要参数，界面的设置可以根据需要进行任意的指定，本实现的界面结构如图1所示。
图1中的元素根据其名字都容易理解，例如单元格F4就是二元函数图片中期望的自变量x范围的最小值，其他最值类似，其中计算步长是用来调节函数计算粒度的参数。
例如0.1的意思是x或者y值每增加0.1个单位就会计算函数值，刻度步长是用来控制坐标轴的刻度点的现实。
函数位置使用字符串来填写二元函数表达式，该表达式只要符合VBA代码结构的式子都可以识别，对于自然对数或者具有其他常数的公式也通过取近似值来得到，例如自然对数或者圆周率可以分别取2.718和3.1415来进行近似。
对了对表格中的参数进行方便的读取，分别对相应的单元格进行了命名。
S2中，包括以下步骤：
参数的读取直接使用VBA代码中的变量来保存界面页面中的单元格的值。示例代码如下。
Figure BDA0002907764350000061
Figure BDA0002907764350000071
代码的主要思路是设置临时变量并赋值，其中变量名与界面页面中的单元格名相同，变量名一般具备一定含义，因此具备一定的注释功能，例如xMin表示x的最小值，页面变量为shInterface，用于指示Interface页面，由于其他变量的设置类似，上述代码并不包括所有的变量。
S3中，包括以下步骤：
为了计算函数值，首先需要在Graph页面中合适的位置填写x和y的离散值。例如，x的范围为[0,1]，步长为0.1，则需要在合适的单元格中填写0.1，0.2，…，0.9，1.0，用于计算实际的函数值，示意图如图2所示。
图中D2单元格作为一个起始位置用来控制整个图片在页面中的偏移位置。该变量用于控制图片位置，其他实现中也可以使用A1单元格。D13单元格作为坐标轴的起点位置，是由y轴的步长决定。实现该图的主要代码如下。
Figure BDA0002907764350000081
代码的主要思路是首先计算所有离散点的数量，使用变量xCellTotal和yCellTotal保存，例如图2中x和y都需要填入10个数，这两个变量的计算使用范围和计算步长的商得到。
后面的步骤主要使用循环和对起始点的位置的设置并结合Offset函数对单元格进行复制。代码中的两个for循环即为该步骤的具体实现。其中offsetPoint为图2中示意的D2单元格，graphStartPos为D13单元格。
在填写完x和y的离散值后，需要计算函数值并填写到函数值区域，即图2中E3到N12所包含的矩形区域(深色位置)，主要代码如下：
Figure BDA0002907764350000091
Figure BDA0002907764350000101
其中注释表标注的第一部分主要功能是x和y的离散值所在的行和列数，例如，图2中x值所在的行序号为13，y值所在的列序号为D(或者4)，这两个值使用xRowPos和yColPos来保存。
第二部分是定义函数值区域的Range变量，取名为valueRange，第三部分的循环为函数值的计算。
其中formulaString的值是界面页面中函数表达值字符串的值，使用替换函数Replace将字符串中的x和y替换为x和y的离散值。
随后使用Evaluate函数来计算该字符串转换为函数后的数值，其中x和y的离散值只用Cells对象并结合xRowPos和yColPos来定位。
由于最后在图片中不希望出现函数值的具体数值，循环最后一句使用的是数据内容格式化将数值隐藏，整个代码的功能也可以使用Excel表格的公式和拷贝来手动完成，本实施例为了实现自动化使用了VBA代码来完成。
在计算完函数值后，对函数值区域进行渐变颜色的设置。该功能的VBA代码可以直接通过录制宏得到，因此这里略过。
S4中，包括以下步骤：
坐标轴的生成和刻度的生成主要使用单元格的边界实线的设置和单元格的合并功能来完成。
例如，如图3所示，将单元格D13和D14合并并填入x轴的最小值0，即可以模拟刻度的数字，而刻度线则可以通过设图3中单元格E13的格式，设置左侧边界线为实线，而x和y轴则可以通过对函数值区域的左侧和下侧的边界线设置实线来完成。
对x轴刻度数字填写的具体的代码如下。
Figure BDA0002907764350000111
Figure BDA0002907764350000121
代码中的第一部分是设置第一个刻度数字，代码中的变量r保存的是需要合并的单元格，第二部分是设置后续的刻度数字，第二部分使用的是循环来遍历x范围与刻度步长的商，循环中的步骤同第一个刻度相似，都是使用r来对单元格进行合并，并填写刻度值，并设置居中，对于y轴的设置相似。
最后对于刻度线的设置可以通过录制宏进行参考完成，过程较为基本这里掠过。
图4～图7为不同函数的最终结果图片，函数见图片说明，其中每个函数的计算步长设置为0.1，刻度步长为1。
实施例2：
本公开实施例2提供了一种基于VBA的二元函数可视化演示方法，包括以下步骤：
获取待可视化的二元函数及对应的参数数据；
将获取的二元函数和参数数据输入到第一表格中的单元格中，使用VBA编译中的变量来保存第一表格单元格的值；
利用VBA编译结合第一表格中的数据，生成第二表格中的坐标轴；
在第二表格中设定二元函数各变量的离散值，计算函数值，并填写到第二表格中的函数值区域，并对函数值区域进行渐变颜色的设置，进而得到二元函数的演示图像。
具体方法见实施例1，这里不再赘述。
实施例3：
本公开实施例3提供了一种电子设备，包括处理器以及与处理器通信的显示器，所述处理器搭载有第一表格、第二表格及对应的VBA编译系统；
获取待可视化的二元函数及对应的参数数据；
将获取的二元函数和参数数据输入到第一表格中的单元格中，使用VBA编译中的变量来保存第一表格单元格的值；
利用VBA编译结合第一表格中的数据，生成第二表格中的坐标轴；
在第二表格中设定二元函数各变量的离散值，计算函数值，并填写到第二表格中的函数值区域，并对函数值区域进行渐变颜色的设置，进而得到二元函数的演示图像，利用显示器进行演示图像的显示。
具体工作方法见实施例1中的方法，这里不再赘述。
本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本公开可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本公开是参照根据本公开实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)等。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于VBA的二元函数可视化演示系统，其特征在于：
包括处理器以及与处理器通信的显示器，所述处理器搭载有第一表格、第二表格及对应的VBA编译系统；
获取待可视化的二元函数及对应的参数数据；
将获取的二元函数和参数数据输入到第一表格中的单元格中，使用VBA编译中的变量来保存第一表格单元格的值；
利用VBA编译结合第一表格中的数据，生成第二表格中的坐标轴；
在第二表格中设定二元函数各变量的离散值，计算函数值，并填写到第二表格中的函数值区域，并对函数值区域进行渐变颜色的设置，进而得到二元函数的演示图像，利用显示器进行演示图像的显示。
2.如权利要求1所述的基于VBA的二元函数可视化演示系统，其特征在于：
所述处理器通过无线模块与上位机和/或至少一个移动智能终端通信连接，用于实时的将生成的二元函数图像所在区域进行图像截取并发送给上位机和/或多个移动智能终端；
或者，
参数数据包括二元函数的自变量上下界数值、因变量的上下界数值以及自变量和因变量的计算步长和刻度步长。
3.如权利要求1所述的基于VBA的二元函数可视化演示系统，其特征在于：
在VBA中，设置临时变量并赋值，且变量名与界面页面中的单元格名相同。
4.如权利要求1所述的基于VBA的二元函数可视化演示系统，其特征在于：
第二表格中的第一单元格作为起始位置用来控制整个图片在页面中的偏移位置。
5.如权利要求1所述的基于VBA的二元函数可视化演示系统，其特征在于：
计算所有离散点的数量，使用变量xCellTotal和yCellTotal保存；
使用循环和对起始点的位置的设置结合Offset函数对单元格进行复制。
6.如权利要求1所述的基于VBA的二元函数可视化演示系统，其特征在于：
设定自变量和因变量的离散值所在的行和列数，定义函数值区域的范围变量；
循环为函数值的计算，使用替换函数Replace将字符串中的自变量和因变量替换为自变量和因变量的离散值；
使用Evaluate函数来计算该字符串转换为函数后的数值。
7.如权利要求6所述的基于VBA的二元函数可视化演示系统，其特征在于：
自变量和因变量的离散值只用Cells对象并结合xRowPos和yColPos来定位，循环最后一句使用的是数据内容格式化将数值隐藏。
8.如权利要求1所述的基于VBA的二元函数可视化演示系统，其特征在于：
坐标轴的生成和刻度的生成使用单元格的边界实线的设置和单元格的合并来完成。
9.一种基于VBA的二元函数可视化演示方法，其特征在于：包括以下步骤：
获取待可视化的二元函数及对应的参数数据；
将获取的二元函数和参数数据输入到第一表格中的单元格中，使用VBA编译中的变量来保存第一表格单元格的值；
利用VBA编译结合第一表格中的数据，生成第二表格中的坐标轴；
在第二表格中设定二元函数各变量的离散值，计算函数值，并填写到第二表格中的函数值区域，并对函数值区域进行渐变颜色的设置，进而得到二元函数的演示图像。
10.一种电子设备，其特征在于：
包括处理器以及与处理器通信的显示器，所述处理器搭载有第一表格、第二表格及对应的VBA编译系统；
获取待可视化的二元函数及对应的参数数据；
将获取的二元函数和参数数据输入到第一表格中的单元格中，使用VBA编译中的变量来保存第一表格单元格的值；
利用VBA编译结合第一表格中的数据，生成第二表格中的坐标轴；
在第二表格中设定二元函数各变量的离散值，计算函数值，并填写到第二表格中的函数值区域，并对函数值区域进行渐变颜色的设置，进而得到二元函数的演示图像，利用显示器进行演示图像的显示。
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