科研小班 | 加州大学伯克利分校 | 物理、电子工程：MATLAB信号和数据处理课题（2021.1月开课）​mp.weixin.qq.com

工程研究领域中，实验、模拟往往都会产生海量的数据。对这些数据进行整合、分解、比较、拟合、插值、降噪、滤波等处理时，合理运用科学计算软件可以极大地提高工作效率，甚至可以深度挖掘出数据内隐藏的关系，使原本仅靠人力无法完成的任务变成可能。

在诸多科学计算软件中，MATLAB因其完善的工具箱、函数库和用户文档而被国内外研究者广泛接受。它具有强大的科学计算及图形处理功能，且其编程语言简单易懂，运行效率较高。运用MATLAB，研究者可以高效地进行程序设计、数值计算、图形绘制、输入输出和文件管理等一系列操作。

在本项目中，导师将带领同学们：

• 了解MATLAB处理数据的各种常用操作，理解常用函数背后的数学方法和数学思想。
• 通过一系列的MATLAB项目实战，让同学们能够对数据及信号处理有基础的认识，掌握一些基础的MATLAB数据处理方法，为今后的科研工作打下基础。

项目导师

加州大学伯克利分校 机械工程博士

研究方向：连续体力学在触觉、摩擦学等领域中的应用

项目安排

本项目为线上基础科研，导师授课、练习实战＋分组研讨结合，完成课题实习、研究实战探索及报告撰写。

Phase 1 | 预习阶段

导师提供必要的阅读材料、课程及练习题，为在线课程做预习，补充知识短板。

Phase 2 | 导师授课＋答疑

Week 1：MATLAB入门与应用

• 讲解MATLAB基础操作，了解科研中常用的数据处理手段
• 学习如何使用MATLAB进行数据可视化操作，了解MATLAB绘图的高级技巧
• 学习经典论文《The empirical mode decomposition and the Hilbert spectrum for nonlinear and non-stationary time series analysis》, Huang, Norden E., et al., Proceedings of the Royal Society of London. Series A: mathematical, physical and engineering sciences 454.1971 (1998): 903-995.的部分章节

Week 2：信号基本处理在MATLAB中的操作

• 讲解信号的滤波、采样、插值，了解信号滤波的多种实现方法
• 学习信号基本处理在MATLAB中的操作
• 学习经典论文《Ensemble empirical mode decomposition: a noise-assisted data analysis method》, Wu, Zhaohua, and Norden E. Huang. Advances in adaptive data analysis 1.01 (2009): 1-41.的部分章节

Week 3：学习信号时频分析在MATLAB中的操作

• 讲解信号的傅里叶变换，了解信号时频分析的本质及多种实现方法
• 学习信号时频分析在MATLAB中的操作
• 了解更多信号时频分析的方法和实例，泛读综述论文《Recent advances in time–frequency analysis methodsfor machinery fault diagnosis: A review with application examples》, Feng, Zhipeng et al., Mechanical Systems and Signal Processing 38.1 (2013): 165-205

Phase 3 | 线上研讨

Week 4-5: 讨论交流

• 实现用MATLAB对信号的录入、管理、分解及分析

Phase 4 | 报告撰写＋导师反馈

Week 6：完成报告撰写，导师做出最终反馈

* 建议课后每周至少6h自我学习+作业完成时间

* 具体项目安排将根据学员情况进行微调

适合学员

• 希望申请国外机械、电子工程、物理、材料科学工程等相关学科，但相关基础不够，或者转专业科研入门的本科生；
• 针对工程学科中想要学习利用MATLAB进行数据管理和分析的同学；
• 对于MATLAB感兴趣或想要申请国外本科，需要科研经历的高中生（需要面试）。

项目产出

通过补充科研经历，获得校园之外的高端科研实践机会：

• 导师签名的项目结课证明；
• 通过分组合作，锻炼团队合作的能力，提前适应海外高效的学习模式；
• 收获一段与MATLAB信号分析相关的实战科研经验，产出一份信号分析相关的实战科研报告；