数值分析实验系统

基于终端UI的交互式数值计算工具，采用C++20实现

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文档	说明
架构文档	三层架构设计、模块详解、数据流分析
API文档	UI层API、Manager层接口、开发指南

📁 项目结构

Numercial Analysis/
├── docs/              # 📖 文档目录
│   ├── README.md      #    本文件
│   ├── ARCHITECTURE.md #   架构设计文档
│   └── API_DOC.md     #    API参考文档
├── include/           # 📋 头文件
│   ├── ui.h           #    UI层接口（219行）
│   ├── manager.h      #    Manager层接口（115行）
│   └── calc.h         #    Calc层算法接口（330行）
├── src/               # 💻 源代码
│   ├── main.cpp       #    程序入口（14行）
│   ├── ui.cpp         #    UI层实现（1145行）
│   ├── manager.cpp    #    Manager层核心（1057行）
│   ├── compute.cpp    #    计算调度（2893行）
│   ├── calc.cpp       #    算法实现（1943行）
│   ├── MatrixPresets.cpp      # 矩阵预设（314行）
│   └── ValueTablePresets.cpp  # 函数值表预设（358行）
└── main.exe           # 🚀 可执行文件

代码统计： 共 ~7,724 行 C++ 代码

✨ 核心特性

🏗️ 三层架构

┌─────────────────────┐
│   UI 层 (ui.cpp)    │  终端界面、用户交互、多标签页显示
├─────────────────────┤
│ Manager 层          │  状态管理、预设系统、结果组装
│ (manager/compute)   │
├─────────────────────┤
│  Calc 层 (calc.cpp) │  纯算法实现、数学计算
└─────────────────────┘

📊 已实现算法（23个）

第二章 方程求根（8个）

• 📈 画图法、扫描法、二分法
• 🎯 牛顿迭代法、牛顿下山法
• 📐 单点弦截法、双点弦截法
• ⚡ 埃特肯加速法

第三章 线性方程组-直接法（6个）

• 🔢 高斯消元法、克劳特消元法
• ✅ Cholesky分解（平方根法）
• ⚡ Thomas算法（追赶法）
• 🎯 列主元法、全主元法

第四章 线性方程组-迭代法（3个）

• 🔄 Jacobi迭代法
• 🔁 Gauss-Seidel迭代法
• ⚙️ SOR松弛迭代法（含最优ω计算）

第五章 插值法（6个）

• 📊 牛顿差商插值（不等距）
• 📈 牛顿差分插值（等距前插/后插）
• 🎨 拉格朗日插值
• 🔄 简单反插值（2种方法）
• ✏️ 埃尔米特插值（重节点差商）

💡 界面特性

• ✅ 多标签页输出 - 摘要、表格、图像分离显示
• ✅ 表格/文本滚动 - 支持上下键查看长内容
• ✅ ASCII可视化 - 函数曲线、迭代过程图形化
• ✅ 预设系统 - 内置典型算例，快速验证
• ✅ 实时计算 - 输入即算，结果即显

🚀 快速开始

编译运行

# 方式1：VS Code任务（推荐）
Ctrl+Shift+B

# 方式2：命令行编译
clang++ -std=c++20 -I./include src/*.cpp -o main.exe -lpdcurses -lgdi32

# 运行
./main.exe

操作指南

按键	功能
↑↓	切换焦点区域（实验列表/输入区/输出区）
←→	切换输出标签页 / 切换预设
Enter	确认输入并计算
n	切换预设（在预设类方法中）
m	手动输入矩阵（在矩阵方法中）
Tab	提示可用操作

使用示例

1. 选择实验 - 在左侧列表中按↑↓选择实验项，按Enter确认
2. 输入参数 - 在右上输入区输入参数（多个输入框用Tab切换）
3. 执行计算 - 按Enter提交计算
4. 查看结果 - 在右下输出区用←→切换标签页，用↑↓滚动内容

🛠️ 技术栈

组件	技术	版本
语言	C++	C++20
编译器	Clang++	20.1.8 (MSYS2)
UI库	PDCurses	-
构建	VS Code Tasks	-

📖 开发指南

添加新算法

步骤：

1. 在 calc.cpp 实现纯算法
2. 在 compute.cpp 添加调度逻辑
3. 在 manager.cpp 配置输入/说明
4. 在 ui.cpp 添加实验项

详见： 架构文档 - 扩展指南

API使用

// 添加输出标签页
ui.output().addTextTab("摘要", summaryText);
ui.output().addTableTab("迭代表", tableData);
ui.output().addPlotTab("收敛曲线", plotData);

// 注册回调
ui.onInputSubmit([](const std::string& input) {
    // 处理用户输入
});

详见： API文档

📝 许可证

MIT License - 详见 LICENSE

👤 作者

legendundery

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最后更新： 2025年11月26日