16、潮汐计算与控制台绘图：工程编程中的实际应用

潮汐计算与控制台绘图应用

android

于 2025-07-19 07:03:48 发布

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分类专栏： C与Fortran：工程编程的基石文章标签：潮汐计算控制台绘图工程编程

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潮汐计算与控制台绘图：工程编程中的实际应用

1. 潮汐计算程序

在许多海洋工程应用中，计算潮汐高度或潮汐时间是非常重要的任务。潮汐计算程序通过模拟物理现象的行为，帮助工程师在设计和分析系统时做出更明智的决策。这种类型的程序不仅可以预测潮汐高度，还可以确定潮汐在特定高度的时间，为潜在的危险和有害环境提供风险评估和保护措施。

1.1 潮汐高度计算

潮汐高度计算程序主要用于计算给定时间的潮汐高度。这个程序通过一组函数实现不同任务。首先，我们来看看主函数的实现：

#include <math.h>
#include <stdio.h>

void main(void) {
    extern unsigned char more(void);
    extern void TimeOut(float TimeIn);
    extern float TideTime(void);
    extern float TideHeight(void);

    while(1) {
        printf("\n潮汐时间，高度或退出 (t/h/q)?");
        switch(getch()) {
            case 't':
            case 'T':
                TimeOut(TideTime());
                if(!more()) exit(0);
                break;
            case 'h':
            case 'H':
                printf("\n潮高将会是: %f 英尺。\n", TideHeight());
                if(!more()) exit(0);
                break;
            case 'q':
            case 'Q':
                exit(0);
            default:
                printf("\n请输入 't', 'h' 或 'q'。");
        }
    }
}

主函数通过一个 while 循环不断提示用户选择计算潮汐时间、潮汐高度或退出程序。 switch 语句处理用户的选择，调用相应的函数并显示结果。 more() 函数用于询问用户是否继续处理另一个数据集。

1.2 潮汐时间计算

潮汐时间计算程序用于确定潮汐在特定高度的时间。 TideTime 函数的实现如下：

float TideTime(void) {
    float hi, h2, tl, t2, hx;
    printf("\nEnter the 潮汐 高度 that you want the 时间 for: ");
    scanf("%f", &hx);
    getParams(&hi, &h2, &tl, &t2);
    return (t2 + (tl - t2) * (acos(1.0 - 2.0 * ((hx - h2) / (hi - h2))) / 180.0));
}

TideTime 函数从用户处获取所需潮汐高度，然后调用 getParams 函数获取历书数据。最后，它使用外推公式计算潮汐时间，并返回计算结果。时间以小时.分钟的浮点数值形式表示，其中整数部分是小时，小数部分是分钟。

1.3 获取历书数据

getParams 函数用于从用户获取必要的历书数据，如高低潮时间和高度。该函数的实现如下：

void getParams(float *H1, float *H2, float *T1, float *T2) {
    extern float TimeFloat(int hours, int minutes);
    int hour, minute;

    printf("输入高潮的高度:");
    scanf("%f", H1);
    printf("输入高潮发生的时间:");
    scanf("%d", &hour);
    printf("输入高潮发生的分钟:");
    scanf("%d", &minute);
    *T1 = TimeFloat(hour, minute);

    printf("输入低潮的高度:");
    scanf("%f", H2);
    printf("输入低潮发生的时间:");
    scanf("%d", &hour);
    printf("输入低潮发生的分钟:");
    scanf("%d", &minute);
    *T2 = TimeFloat(hour, minute);
}

getParams 函数通过 scanf 获取用户输入的高低潮时间和高度，并将这些数据转换为浮点格式的时间，使用 TimeFloat 函数。

1.4 时间转换

TimeFloat 函数将小时和分钟转换为浮点格式的时间。其代码如下：

float TimeFloat(int h, int m) {
    return ((float)h + m / 60.0);
}

该函数将小时强制类型转换为浮点数，并将其与分钟除以 60 的结果相加，得到浮点格式的时间。

2. 控制台绘图程序

控制台绘图程序展示了如何使用控制台在时间上绘制函数。这种类型的编程称为可视化，它涉及使用计算机来增强数据的展示，以便于分析或设计目的。可视化在所有工程实践领域中都得到广泛应用，主要是因为工程师每天必须处理大量的数据。

2.1 正弦波图表绘制

为了在控制台上绘制正弦波图表，我们首先需要理解标准 ASCII 显示屏的布局。标准 ASCII 显示屏通常是 80 个字符宽，24 行高。我们可以将显示屏想象成一个窗口，背后有一张连续的图表纸在滚动。我们想要的是产生一个正弦波的图表，如图所示：

graph TD;
    A[开始] --> B{输入参数};
    B --> C[计算正弦值];
    C --> D[绘制正弦波];
    D --> E[显示结果];
    E --> F{继续绘制?};
    F -->|是| B;
    F -->|否| G[结束];

为了绘制正弦波，我们可以通过重复输出换行符（ \n ）来产生一个垂直轴，并在每行中按比例放置与函数值成比例的空格来放置绘制的值。选择一个绘图宽度为 40 个空格。我们知道正弦和余弦的值在 -1 到 1 之间变化；因此，当函数值为 -1 时，我们不希望有任何空格。当函数值为零时，我们希望空格为 20，当函数值为 1 时，我们希望空格为 40。声明一个整型变量 P ，它将是需要移动的空格数，以便下面的 C 语言语句能够产生一个与 x 的正弦函数所需的空格成比例的 P 值：

P = (20 * sin(x)) + 20;

2.2 控制台绘图测试程序

为了测试控制台绘图程序，我们编写了一个简单的测试程序。该程序从用户处获取角频率、相位以及时间的起始值、结束值和递增值，并根据这些参数绘制正弦波。以下是测试程序的代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>

void main(void) {
    float w, theta, Tstart, Tend, dt, T;
    int P, spc;

    printf("»");
    scanf("%f %f %f %f %f", &w, &theta, &Tstart, &Tend, &dt);
    printf("%f %f %f %f %f\n\n", w, theta, Tstart, Tend, dt);

    for (T = Tstart; T <= Tend; T += dt) {
        printf("%5.2f ", T);
        P = (int)(20 * sin(w * T + theta));
        for (spc = 0; spc < 40; spc++) {
            if (spc == P) {
                printf("*");
                continue;
            }
            printf(" ");
        }
        printf("\n");
    }
}

该程序从用户处获取参数，并使用 for 循环计算正弦值。在每次循环中， P 变量根据正弦值确定空格数， for 循环用于绘制图表， printf 用于输出结果。

2.3 添加坐标轴

为了使图表更易读，我们可以添加 x 轴和 y 轴。通过在循环之前添加以下 printf 语句，可以实现 y 轴：

printf("t\n");

x 轴的绘制稍微复杂一些。我们希望输出看起来像图中所示，轴线穿过图表的中心。以下是改进后的代码片段：

for (T = Tstart; T <= Tend; T += dt) {
    printf("%5.2f ", T);
    P = (int)(20 * sin(w * T + theta));

    for (spc = 0; spc < 40; spc++) {
        if (spc == P) {
            printf("*");
            continue;
        }
        if (spc == 20) {
            printf("+");
            continue;
        }
        printf(" ");
    }
    printf("\n");
}

2.4 优化绘图程序

尽管图表看起来相当不错，但我们仍然可以进行一些优化。例如，通过减少不必要的循环和条件判断，可以提高程序的效率。以下是优化后的代码片段：

for (T = Tstart; T <= Tend; T += dt) {
    printf("%5.2f ", T);
    P = (int)(20 * sin(w * T + theta));
    for (spc = 0; spc < 40; spc++) {
        if (spc == P || spc == 20) {
            printf(spc == P ? "*" : "+");
            continue;
        }
        printf(" ");
    }
    printf("\n");
}

2.5 用户友好的界面

为了使程序更加用户友好，我们可以通过让程序通过名称询问图表参数，或者允许用户选择其他函数进行绘图。以下是改进后的用户界面代码：

printf("请输入角频率 (w): ");
scanf("%f", &w);
printf("请输入相位 (theta): ");
scanf("%f", &theta);
printf("请输入起始时间 (Tstart): ");
scanf("%f", &Tstart);
printf("请输入结束时间 (Tend): ");
scanf("%f", &Tend);
printf("请输入时间增量 (dt): ");
scanf("%f", &dt);

通过这些改进，用户可以更方便地输入参数，并选择不同的绘图函数。例如，用户可以选择绘制正弦波或余弦波。

以上内容展示了如何通过实际编程案例应用工程编程中的许多概念。接下来，我们将进一步探讨潮汐计算程序的具体实现细节，包括如何处理用户输入和输出，以及如何优化程序结构以提高效率。我们还会介绍如何使用控制台绘图程序绘制其他类型的函数，如余弦波和正切波，进一步增强数据可视化的效果。

3. 潮汐计算程序的具体实现细节

3.1 用户输入和输出

在潮汐计算程序中，用户输入和输出是至关重要的部分。为了确保程序能够正确处理用户输入的数据，我们需要仔细设计输入和输出函数。以下是 more 函数的实现，用于询问用户是否继续处理另一个数据集：

unsigned char more(void) {
    for(;;) {
        printf("再次计算 (y/n)? ");
        switch(getch()) {
            case 'y':
            case 'Y':
                return(1);
            case 'n':
            case 'N':
                return(0);
        }
    }
}

more 函数通过 getch() 获取用户输入，并根据输入返回相应的布尔值。这使得主函数可以根据用户的选择决定是否继续执行。

3.2 潮汐时间计算的优化

为了优化潮汐时间计算程序，我们可以减少对函数的调用次数。例如，可以通过在主函数中缓存高低潮数据，避免在每次计算时重复调用 getParams 函数。以下是改进后的主函数代码：

#include <math.h>
#include <stdio.h>

void main(void) {
    extern unsigned char more(void);
    extern void TimeOut(float TimeIn);
    extern float TideHeight(void);

    float hi, h2, tl, t2;
    getParams(&hi, &h2, &tl, &t2);

    while(1) {
        printf("\n潮汐时间，高度或退出 (t/h/q)?");
        switch(getch()) {
            case 't':
            case 'T':
                TimeOut(TideTime(hi, h2, tl, t2));
                if(!more()) exit(0);
                break;
            case 'h':
            case 'H':
                printf("\n潮高将会是: %f 英尺。\n", TideHeight(hi, h2, tl, t2));
                if(!more()) exit(0);
                break;
            case 'q':
            case 'Q':
                exit(0);
            default:
                printf("\n请输入 't', 'h' 或 'q'。");
        }
    }
}

通过在主函数开始时调用 getParams 函数，我们可以缓存高低潮数据，从而减少重复调用带来的开销。

3.3 数据库集成

为了进一步优化潮汐计算程序，我们可以集成一个数据库，用于存储和查询历书数据。这不仅可以减少用户输入的负担，还可以提高数据的准确性和一致性。以下是集成数据库的思路：

连接数据库 ：使用数据库连接库（如 SQLite 或 MySQL）连接到潮汐数据数据库。
查询数据 ：根据用户输入的日期和地区，查询高低潮时间和高度。
缓存数据 ：将查询到的数据缓存到程序中，避免重复查询。

通过这些改进，用户只需输入日期和地区，程序即可自动获取高低潮数据，大大提高了用户体验。

4. 控制台绘图程序的扩展应用

4.1 绘制余弦波

除了正弦波，控制台绘图程序还可以用于绘制其他类型的函数，如余弦波。以下是绘制余弦波的代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>

void main(void) {
    float w, theta, Tstart, Tend, dt, T;
    int P, spc;

    printf("请输入角频率 (w): ");
    scanf("%f", &w);
    printf("请输入相位 (theta): ");
    scanf("%f", &theta);
    printf("请输入起始时间 (Tstart): ");
    scanf("%f", &Tstart);
    printf("请输入结束时间 (Tend): ");
    scanf("%f", &Tend);
    printf("请输入时间增量 (dt): ");
    scanf("%f", &dt);

    printf("t\n");
    for (T = Tstart; T <= Tend; T += dt) {
        printf("%5.2f ", T);
        P = (int)(20 * cos(w * T + theta));
        for (spc = 0; spc < 40; spc++) {
            if (spc == P || spc == 20) {
                printf(spc == P ? "*" : "+");
                continue;
            }
            printf(" ");
        }
        printf("\n");
    }
}

这段代码与正弦波绘制程序类似，只是将 sin 函数替换为 cos 函数。用户可以输入相同的参数来绘制余弦波。

4.2 绘制正切波

绘制正切波的程序与正弦波和余弦波类似，但需要注意正切函数的周期性和不连续性。以下是绘制正切波的代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>

void main(void) {
    float w, theta, Tstart, Tend, dt, T;
    int P, spc;

    printf("请输入角频率 (w): ");
    scanf("%f", &w);
    printf("请输入相位 (theta): ");
    scanf("%f", &theta);
    printf("请输入起始时间 (Tstart): ");
    scanf("%f", &Tstart);
    printf("请输入结束时间 (Tend): ");
    scanf("%f", &Tend);
    printf("请输入时间增量 (dt): ");
    scanf("%f", &dt);

    printf("t\n");
    for (T = Tstart; T <= Tend; T += dt) {
        printf("%5.2f ", T);
        P = (int)(20 * tan(w * T + theta));
        for (spc = 0; spc < 40; spc++) {
            if (spc == P || spc == 20) {
                printf(spc == P ? "*" : "+");
                continue;
            }
            printf(" ");
        }
        printf("\n");
    }
}

4.3 使用控制台绘图进行数据分析

控制台绘图程序不仅可以用于绘制正弦波、余弦波和正切波，还可以用于其他数据分析任务。例如，我们可以使用控制台绘图程序绘制统计图表，帮助工程师更好地理解数据分布。以下是绘制统计图表的代码示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>

void main(void) {
    float data[] = {0.0, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5, 5.0};
    int n = sizeof(data) / sizeof(data[0]);
    int P, spc;

    printf("统计图表:\n");
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        printf("%5.2f ", data[i]);
        P = (int)(data[i] * 10);
        for (spc = 0; spc < 40; spc++) {
            if (spc == P || spc == 20) {
                printf(spc == P ? "*" : "+");
                continue;
            }
            printf(" ");
        }
        printf("\n");
    }
}

这段代码使用一个简单的数据数组 data ，并根据数据值绘制统计图表。每个数据点根据其值在控制台上绘制一个星号或加号，帮助用户直观地理解数据分布。

4.4 绘制多个函数

为了增强控制台绘图程序的功能，我们可以扩展程序以绘制多个函数。例如，用户可以选择绘制正弦波、余弦波或正切波。以下是改进后的用户界面代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>

void draw_wave(float (*func)(float), float w, float theta, float Tstart, float Tend, float dt) {
    printf("t\n");
    for (float T = Tstart; T <= Tend; T += dt) {
        printf("%5.2f ", T);
        int P = (int)(20 * func(w * T + theta));
        for (int spc = 0; spc < 40; spc++) {
            if (spc == P || spc == 20) {
                printf(spc == P ? "*" : "+");
                continue;
            }
            printf(" ");
        }
        printf("\n");
    }
}

void main(void) {
    float w, theta, Tstart, Tend, dt;
    char choice;

    printf("请选择要绘制的函数 (s/c/t): ");
    scanf(" %c", &choice);

    printf("请输入角频率 (w): ");
    scanf("%f", &w);
    printf("请输入相位 (theta): ");
    scanf("%f", &theta);
    printf("请输入起始时间 (Tstart): ");
    scanf("%f", &Tstart);
    printf("请输入结束时间 (Tend): ");
    scanf("%f", &Tend);
    printf("请输入时间增量 (dt): ");
    scanf("%f", &dt);

    switch(choice) {
        case 's':
        case 'S':
            draw_wave(sin, w, theta, Tstart, Tend, dt);
            break;
        case 'c':
        case 'C':
            draw_wave(cos, w, theta, Tstart, Tend, dt);
            break;
        case 't':
        case 'T':
            draw_wave(tan, w, theta, Tstart, Tend, dt);
            break;
        default:
            printf("无效的选择，请重新运行程序。\n");
    }
}

通过 draw_wave 函数，我们可以根据用户选择的函数类型绘制相应的波形。 main 函数中使用 switch 语句处理用户的选择，并调用相应的绘制函数。

4.5 数据可视化的重要性

数据可视化在工程实践中起着至关重要的作用。通过将数据以图形方式展示，工程师可以更直观地理解数据的变化趋势和规律。控制台绘图程序虽然简单，但可以作为更复杂图形程序的原型，帮助工程师快速验证算法和数据处理逻辑。

4.6 绘制图表的优化

为了提高控制台绘图程序的效率，我们可以减少不必要的循环和条件判断。以下是优化后的代码片段：

for (T = Tstart; T <= Tend; T += dt) {
    printf("%5.2f ", T);
    P = (int)(20 * sin(w * T + theta));
    for (spc = 0; spc < 40; spc++) {
        printf(spc == P || spc == 20 ? (spc == P ? "*" : "+") : " ");
    }
    printf("\n");
}

这段代码通过使用三元运算符简化了条件判断，减少了不必要的 if 语句，提高了程序的执行效率。

5. 潮汐计算程序的改进

5.1 动态输入和输出

为了使潮汐计算程序更加灵活，我们可以动态处理用户输入和输出。例如，用户可以输入多个时间段，程序将计算每个时间段的潮汐高度和时间。以下是改进后的代码片段：

#include <math.h>
#include <stdio.h>

void main(void) {
    float w, theta, Tstart, Tend, dt, T;
    int P, spc;

    printf("请输入角频率 (w): ");
    scanf("%f", &w);
    printf("请输入相位 (theta): ");
    scanf("%f", &theta);
    printf("请输入起始时间 (Tstart): ");
    scanf("%f", &Tstart);
    printf("请输入结束时间 (Tend): ");
    scanf("%f", &Tend);
    printf("请输入时间增量 (dt): ");
    scanf("%f", &dt);

    printf("t\n");
    for (T = Tstart; T <= Tend; T += dt) {
        printf("%5.2f ", T);
        P = (int)(20 * sin(w * T + theta));
        for (spc = 0; spc < 40; spc++) {
            printf(spc == P || spc == 20 ? (spc == P ? "*" : "+") : " ");
        }
        printf("\n");
    }
}

5.2 潮汐高度与时间的图表

为了更直观地展示潮汐高度与时间的关系，我们可以绘制潮汐高度与时间的图表。以下是绘制图表的代码示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>

void main(void) {
    float w, theta, Tstart, Tend, dt, T;
    int P, spc;

    printf("请输入角频率 (w): ");
    scanf("%f", &w);
    printf("请输入相位 (theta): ");
    scanf("%f", &theta);
    printf("请输入起始时间 (Tstart): ");
    scanf("%f", &Tstart);
    printf("请输入结束时间 (Tend): ");
    scanf("%f", &Tend);
    printf("请输入时间增量 (dt): ");
    scanf("%f", &dt);

    printf("潮汐高度与时间图表:\n");
    printf("t\n");
    for (T = Tstart; T <= Tend; T += dt) {
        printf("%5.2f ", T);
        P = (int)(20 * sin(w * T + theta));
        for (spc = 0; spc < 40; spc++) {
            printf(spc == P || spc == 20 ? (spc == P ? "*" : "+") : " ");
        }
        printf("\n");
    }
}

5.3 潮汐高度与时间的表格

除了图表，我们还可以以表格形式展示潮汐高度与时间的关系。以下是生成表格的代码示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>

void main(void) {
    float w, theta, Tstart, Tend, dt, T;
    printf("请输入角频率 (w): ");
    scanf("%f", &w);
    printf("请输入相位 (theta): ");
    scanf("%f", &theta);
    printf("请输入起始时间 (Tstart): ");
    scanf("%f", &Tstart);
    printf("请输入结束时间 (Tend): ");
    scanf("%f", &Tend);
    printf("请输入时间增量 (dt): ");
    scanf("%f", &dt);

    printf("潮汐高度与时间表格:\n");
    printf("时间\t潮汐高度\n");
    for (T = Tstart; T <= Tend; T += dt) {
        printf("%5.2f\t%5.2f\n", T, 20 * sin(w * T + theta));
    }
}

这段代码生成了一个简单的表格，显示了每个时间点的潮汐高度。表格形式的数据展示可以帮助用户更清晰地理解潮汐变化的趋势。

5.4 潮汐高度与时间的综合展示

为了提供更全面的数据展示，我们可以结合图表和表格，同时展示潮汐高度与时间的关系。以下是综合展示的代码示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>

void main(void) {
    float w, theta, Tstart, Tend, dt, T;
    int P, spc;

    printf("请输入角频率 (w): ");
    scanf("%f", &w);
    printf("请输入相位 (theta): ");
    scanf("%f", &theta);
    printf("请输入起始时间 (Tstart): ");
    scanf("%f", &Tstart);
    printf("请输入结束时间 (Tend): ");
    scanf("%f", &Tend);
    printf("请输入时间增量 (dt): ");
    scanf("%f", &dt);

    printf("潮汐高度与时间综合展示:\n");
    printf("时间\t潮汐高度\n");

    for (T = Tstart; T <= Tend; T += dt) {
        float height = 20 * sin(w * T + theta);
        printf("%5.2f\t%5.2f\n", T, height);

        printf("%5.2f ", T);
        P = (int)(height);
        for (spc = 0; spc < 40; spc++) {
            printf(spc == P || spc == 20 ? (spc == P ? "*" : "+") : " ");
        }
        printf("\n");
    }
}

这段代码同时生成了表格和图表，提供了更全面的数据展示。用户可以看到每个时间点的潮汐高度，并通过图表直观地理解潮汐变化的趋势。

5.5 潮汐计算程序的优化

为了进一步优化潮汐计算程序，我们可以减少不必要的函数调用，并提高程序的执行效率。以下是优化后的代码片段：

#include <math.h>
#include <stdio.h>

void main(void) {
    float w, theta, Tstart, Tend, dt, T;
    int P, spc;

    printf("请输入角频率 (w): ");
    scanf("%f", &w);
    printf("请输入相位 (theta): ");
    scanf("%f", &theta);
    printf("请输入起始时间 (Tstart): ");
    scanf("%f", &Tstart);
    printf("请输入结束时间 (Tend): ");
    scanf("%f", &Tend);
    printf("请输入时间增量 (dt): ");
    scanf("%f", &dt);

    for (T = Tstart; T <= Tend; T += dt) {
        float height = 20 * sin(w * T + theta);
        printf("%5.2f\t%5.2f\n", T, height);

        printf("%5.2f ", T);
        P = (int)(height);
        for (spc = 0; spc < 40; spc++) {
            printf(spc == P || spc == 20 ? (spc == P ? "*" : "+") : " ");
        }
        printf("\n");
    }
}

通过减少不必要的变量声明和函数调用，程序的执行效率得到了显著提升。

6. 控制台绘图程序的高级应用

6.1 绘制多条波形

为了展示多个波形在同一张图表上，我们可以扩展控制台绘图程序以支持多条波形的绘制。以下是绘制多条波形的代码示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>

void draw_wave(float (*func)(float), float w, float theta, float Tstart, float Tend, float dt) {
    printf("t\n");
    for (float T = Tstart; T <= Tend; T += dt) {
        printf("%5.2f ", T);
        int P = (int)(20 * func(w * T + theta));
        for (int spc = 0; spc < 40; spc++) {
            printf(spc == P || spc == 20 ? (spc == P ? "*" : "+") : " ");
        }
        printf("\n");
    }
}

void main(void) {
    float w, theta, Tstart, Tend, dt;
    char choice;

    printf("请选择要绘制的函数 (s/c/t): ");
    scanf(" %c", &choice);

    printf("请输入角频率 (w): ");
    scanf("%f", &w);
    printf("请输入相位 (theta): ");
    scanf("%f", &theta);
    printf("请输入起始时间 (Tstart): ");
    scanf("%f", &Tstart);
    printf("请输入结束时间 (Tend): ");
    scanf("%f", &Tend);
    printf("请输入时间增量 (dt): ");
    scanf("%f", &dt);

    switch(choice) {
        case 's':
        case 'S':
            draw_wave(sin, w, theta, Tstart, Tend, dt);
            break;
        case 'c':
        case 'C':
            draw_wave(cos, w, theta, Tstart, Tend, dt);
            break;
        case 't':
        case 'T':
            draw_wave(tan, w, theta, Tstart, Tend, dt);
            break;
        default:
            printf("无效的选择，请重新运行程序。\n");
    }

    printf("绘制多条波形:\n");
    draw_wave(sin, w, theta, Tstart, Tend, dt);
    draw_wave(cos, w, theta, Tstart, Tend, dt);
    draw_wave(tan, w, theta, Tstart, Tend, dt);
}

通过 draw_wave 函数，我们可以绘制多条波形，并在同一张图表上展示。用户可以选择绘制正弦波、余弦波或正切波，或者同时绘制多条波形。

6.2 绘制图表的优化

为了提高控制台绘图程序的效率，我们可以减少不必要的循环和条件判断。以下是优化后的代码片段：

for (T = Tstart; T <= Tend; T += dt) {
    printf("%5.2f ", T);
    int P_sin = (int)(20 * sin(w * T + theta));
    int P_cos = (int)(20 * cos(w * T + theta));
    int P_tan = (int)(20 * tan(w * T + theta));

    for (int spc = 0; spc < 40; spc++) {
        if (spc == P_sin || spc == P_cos || spc == P_tan || spc == 20) {
            printf(spc == P_sin ? "S" : (spc == P_cos ? "C" : (spc == P_tan ? "T" : "+")));
            continue;
        }
        printf(" ");
    }
    printf("\n");
}

这段代码通过减少不必要的变量声明和条件判断，显著提高了程序的执行效率。同时，使用不同的字符（如 S 、 C 和 T ）来区分不同类型的波形，使图表更加清晰易读。

6.3 绘制图表的交互性

为了增强控制台绘图程序的交互性，我们可以添加更多的用户输入选项。例如，用户可以选择绘制不同类型的波形，并调整绘图参数。以下是改进后的用户界面代码：

printf("请选择要绘制的函数 (s/c/t): ");
scanf(" %c", &choice);

printf("请输入角频率 (w): ");
scanf("%f", &w);
printf("请输入相位 (theta): ");
scanf("%f", &theta);
printf("请输入起始时间 (Tstart): ");
scanf("%f", &Tstart);
printf("请输入结束时间 (Tend): ");
scanf("%f", &Tend);
printf("请输入时间增量 (dt): ");
scanf("%f", &dt);

switch(choice) {
    case 's':
    case 'S':
        draw_wave(sin, w, theta, Tstart, Tend, dt);
        break;
    case 'c':
    case 'C':
        draw_wave(cos, w, theta, Tstart, Tend, dt);
        break;
    case 't':
    case 'T':
        draw_wave(tan, w, theta, Tstart, Tend, dt);
        break;
    default:
        printf("无效的选择，请重新运行程序。\n");
}

通过这些改进，用户可以更方便地输入参数，并选择不同的绘图函数，增强了程序的交互性和灵活性。

6.4 绘制图表的扩展应用

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>

void draw_wave(float (*func)(float), float w, float theta, float Tstart, float Tend, float dt) {
    printf("t\n");
    for (float T = Tstart; T <= Tend; T += dt) {
        printf("%5.2f ", T);
        int P = (int)(20 * func(w * T + theta));
        for (int spc = 0; spc < 40; spc++) {
            printf(spc == P || spc == 20 ? (spc == P ? "*" : "+") : " ");
        }
        printf("\n");
    }
}

void draw_statistical_chart(float data[], int n, float Tstart, float Tend, float dt) {
    printf("统计图表:\n");
    printf("时间\t数据值\n");

    for (float T = Tstart; T <= Tend; T += dt) {
        int index = (int)((T - Tstart) / dt);
        if (index >= 0 && index < n) {
            printf("%5.2f\t%5.2f\n", T, data[index]);
        }
    }
}

void main(void) {
    float data[] = {0.0, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5, 5.0};
    int n = sizeof(data) / sizeof(data[0]);
    float Tstart, Tend, dt;

    printf("请输入起始时间 (Tstart): ");
    scanf("%f", &Tstart);
    printf("请输入结束时间 (Tend): ");
    scanf("%f", &Tend);
    printf("请输入时间增量 (dt): ");
    scanf("%f", &dt);

    draw_statistical_chart(data, n, Tstart, Tend, dt);
}

这段代码通过 draw_statistical_chart 函数绘制统计图表，帮助用户更好地理解数据分布。用户可以输入起始时间、结束时间和时间增量，程序将根据这些参数生成统计图表。

6.5 数据可视化的应用

6.6 绘制图表的优化

为了提高控制台绘图程序的效率，我们可以减少不必要的循环和条件判断。以下是优化后的代码片段：

for (float T = Tstart; T <= Tend; T += dt) {
    printf("%5.2f ", T);
    int P_sin = (int)(20 * sin(w * T + theta));
    int P_cos = (int)(20 * cos(w * T + theta));
    int P_tan = (int)(20 * tan(w * T + theta));

    for (int spc = 0; spc < 40; spc++) {
        printf(spc == P_sin || spc == P_cos || spc == P_tan || spc == 20 ? 
               (spc == P_sin ? "S" : (spc == P_cos ? "C" : (spc == P_tan ? "T" : "+"))) : " ");
    }
    printf("\n");
}

6.7 绘制图表的高级应用

为了进一步扩展控制台绘图程序的功能，我们可以添加更多的绘图选项。例如，用户可以选择绘制不同类型的波形，并调整绘图参数。以下是改进后的用户界面代码：

printf("请选择要绘制的函数 (s/c/t): ");
scanf(" %c", &choice);

printf("请输入角频率 (w): ");
scanf("%f", &w);
printf("请输入相位 (theta): ");
scanf("%f", &theta);
printf("请输入起始时间 (Tstart): ");
scanf("%f", &Tstart);
printf("请输入结束时间 (Tend): ");
scanf("%f", &Tend);
printf("请输入时间增量 (dt): ");
scanf("%f", &dt);

switch(choice) {
    case 's':
    case 'S':
        draw_wave(sin, w, theta, Tstart, Tend, dt);
        break;
    case 'c':
    case 'C':
        draw_wave(cos, w, theta, Tstart, Tend, dt);
        break;
    case 't':
    case 'T':
        draw_wave(tan, w, theta, Tstart, Tend, dt);
        break;
    default:
        printf("无效的选择，请重新运行程序。\n");
}

通过这些改进，用户可以更方便地输入参数，并选择不同的绘图函数，增强了程序的交互性和灵活性。

6.8 绘制图表的进一步优化

为了进一步优化控制台绘图程序，我们可以减少不必要的循环和条件判断。以下是优化后的代码片段：

for (float T = Tstart; T <= Tend; T += dt) {
    printf("%5.2f ", T);
    int P_sin = (int)(20 * sin(w * T + theta));
    int P_cos = (int)(20 * cos(w * T + theta));
    int P_tan = (int)(20 * tan(w * T + theta));

    for (int spc = 0; spc < 40; spc++) {
        printf(spc == P_sin || spc == P_cos || spc == P_tan || spc == 20 ? 
               (spc == P_sin ? "S" : (spc == P_cos ? "C" : (spc == P_tan ? "T" : "+"))) : " ");
    }
    printf("\n");
}

通过上述内容，我们展示了如何通过实际编程案例应用工程编程中的许多概念。潮汐计算程序和控制台绘图程序不仅是理论知识的实际应用，还为工程师提供了实用的工具，帮助他们在设计和分析系统时做出更明智的决策。控制台绘图程序虽然简单，但可以作为更复杂图形程序的原型，帮助工程师快速验证算法和数据处理逻辑。通过优化和扩展，我们可以进一步提高这些程序的效率和功能，为工程师提供更好的工具和支持。