QCES项目Windows平台运行指南

一、图表生成机制说明

本项目中的所有图表都是通过运行MATLAB代码自动生成的，而不是手动绘制的。图表生成的基本流程是：首先运行算法实验收集数值结果（包括fitness、time、feasibility等指标），然后对这些数据进行统计分析（计算mean、std、median等统计量），接着使用MATLAB的绘图命令（如plot、bar、boxplot等）创建可视化图表，最后保存为图片文件（支持PDF、PNG、EPS等格式）。这一完整流程确保了实验结果的可复现性和图表的标准化。

二、可生成的图表类型

根据项目现有的图表文件，总共可以生成三大类图表。（1）IEEE论文用的5个标准图，包括ieee_convergence.pdf收敛曲线图（展示3维度×2算法的收敛速度对比）、ieee_boxplot.pdf适应度分布箱线图（展示解质量的统计分布）、ieee_feasibility.pdf可行率对比柱状图（这是核心图表，直观展示100%对比0%的显著优势）、ieee_time.pdf计算时间对比图（展示算法的计算效率）、ieee_first_feasible.pdf首次可行迭代对比图（展示算法达到可行域的速度）。（2）主实验综合分析图main_paper_results_20251016_123210.pdf，这是一个包含6个子图的综合版本，整合了主要实验结果的全面展示。（3）30次统计测试图，包括统计分析_20251016_081106.png（6子图统计分析，使用中文标注）和适应度分布_20251016_081106.png（3维度适应度分布直方图）。

三、环境准备要求

在Windows平台上运行本项目需要满足以下环境要求。（1）安装MATLAB R2021a或更高版本。（2）确保已安装必需的MATLAB工具箱，特别是Optimization Toolbox（用于fmincon函数）和Statistics and Machine Learning Toolbox（用于ranksum等统计函数）。可以在MATLAB命令窗口中输入ver命令查看已安装的工具箱列表。（3）确保代码文件夹具有读写权限，特别是figures文件夹和results文件夹需要有写入权限以保存生成的图表和数据文件。

四、代码路径设置

首先需要解压代码包并在MATLAB中设置正确的工作路径。在MATLAB命令窗口中执行cd命令切换到实验脚本所在目录，例如cd(‘C:\Users\Student\Desktop\QCES\code\experiments’)。然后运行startup脚本，该脚本会自动将所有必需的子文件夹（algorithms、problems、utils等）添加到MATLAB搜索路径中。可以使用pwd命令验证当前工作目录是否正确，应该显示为QCES\code\experiments路径。

五、快速生成论文主图方案

如果只需要生成论文使用的5个IEEE标准图，可以采用快速方案。（1）首先运行mainPaperExperiments()函数，该函数会执行主对比实验，包括QCES_Advanced和PenaltyQGA两个算法在D=5、10、20三个维度上各运行30次，总共180次独立运行。这个过程大约需要10到15分钟，完成后会在results文件夹中生成main_paper_experiments_[时间戳].mat数据文件。（2）然后运行generateIEEEFigures()函数，该函数会自动加载最新的实验数据并生成5个IEEE格式的标准图表。这个过程大约需要1分钟，完成后会在figures文件夹中生成ieee_convergence.pdf、ieee_boxplot.pdf、ieee_feasibility.pdf、ieee_time.pdf和ieee_first_feasible.pdf五个文件，同时还会生成对应的EPS格式高分辨率版本。

六、完整实验流程方案

如果需要生成所有图表和完整的实验分析结果，应按以下顺序执行完整流程。（1）阶段一快速验证，运行quickVerification()函数，该函数会快速测试算法是否能正常工作，大约需要5分钟，不生成图表文件但会在命令窗口输出验证结果。（2）阶段二30次统计测试，运行run30TimesStatistics()函数，对QCES_Advanced算法在三个维度上各进行30次独立运行，大约需要30到60分钟，会生成统计分析_[时间戳].png（包含6个子图的综合分析）和适应度分布_[时间戳].png（3个维度的适应度分布直方图）两个图表文件。（3）阶段三主文对比实验，运行mainPaperExperiments()函数，执行完整的算法对比实验，大约需要10到15分钟，会生成main_paper_results_[时间戳].pdf和对应的PNG格式文件。（4）阶段四生成IEEE标准图，运行generateIEEEFigures()函数，基于主实验数据生成5个IEEE标准格式图表，大约需要1分钟。（5）阶段五附录实验，这是可选步骤，包括运行appendixA_ParameterSensitivity()进行参数敏感性分析、运行appendixA_StrictConstraints()进行严格约束测试、运行ablationExperiment_Advanced()进行消融实验，每个实验大约需要20到30分钟，分别会生成对应的图表文件。

七、图表生成代码示例

以生成IEEE收敛曲线为例说明图表生成的具体过程。该过程在generateIEEEFigures.m文件中实现，具体步骤包括：（1）使用load函数加载之前保存的实验数据文件main_paper_experiments_20251016_123210.mat。（2）从数据结构中提取每次运行的收敛历史convergenceHistory，对30次运行的收敛曲线进行累加求平均。（3）使用plot函数绘制平均收敛曲线，设置线宽为1.5，添加xlabel和ylabel标签。（4）使用print函数将图形保存为ieee_convergence.pdf文件，设置分辨率为300 dpi确保高质量输出。这个过程完全自动化，无需人工干预。

八、Windows平台特别注意事项

在Windows平台上运行代码需要注意以下几点。（1）路径分隔符问题，Windows使用反斜杠\而macOS和Linux使用正斜杠/，但MATLAB会自动处理这种差异，因此代码不需要修改。（2）中文路径问题，如果代码路径中包含中文字符可能会导致运行错误，建议使用纯英文路径，例如使用C:\Users\Student\Desktop\QCES\code而不是C:\用户\学生\桌面\QCES\code。（3）文件夹权限问题，确保figures文件夹和results文件夹具有写入权限，否则保存图表和数据文件时会报错。如果遇到权限问题，可以右键点击文件夹选择属性，在安全选项卡中修改权限设置。

九、生成结果验证

运行generateIEEEFigures()函数完成后，MATLAB命令窗口会显示确认信息，包括"All IEEE figures generated successfully!"以及生成文件的列表。此时应该在QCES\code\figures文件夹中看到10个新生成的文件：ieee_convergence.pdf和ieee_convergence.eps、ieee_boxplot.pdf和ieee_boxplot.eps、ieee_feasibility.pdf和ieee_feasibility.eps、ieee_time.pdf和ieee_time.eps、ieee_first_feasible.pdf和ieee_first_feasible.eps。PDF格式文件大小通常在30到200 KB之间，EPS格式文件较大通常在600 KB到1.2 MB之间。可以使用PDF阅读器打开这些文件验证图表内容是否正确生成。

十、常见问题及解决方案

在运行过程中可能遇到以下问题。（1）如果运行时报错提示找不到文件，首先使用pwd命令查看当前工作目录是否正确，应该显示为QCES\code\experiments路径。如果路径不正确，需要使用cd命令重新切换到正确目录并运行startup脚本重新设置路径。（2）如果生成的图表是空白的或者没有数据，这通常是因为没有先运行主实验生成数据文件。必须先运行mainPaperExperiments()生成实验数据，然后才能运行generateIEEEFigures()生成图表。（3）如果图表中的中文显示为乱码，需要在MATLAB中设置正确的字体。可以使用set(0, ‘DefaultAxesFontName’, ‘SimHei’)和set(0, ‘DefaultTextFontName’, ‘SimHei’)命令设置默认字体为黑体，这样可以正确显示中文字符。（4）如果运行过程中出现内存不足的提示，可以尝试关闭其他占用内存的程序，或者减少实验的运行次数，例如将numRuns从30改为20。

十一、精简执行指令

为方便学生快速生成论文图表，提供以下精简指令。在MATLAB命令窗口中依次执行：cd(‘你的代码实际路径\QCES\code\experiments’)切换到实验目录，startup运行启动脚本设置路径，mainPaperExperiments()运行主实验等待10到15分钟，generateIEEEFigures()生成IEEE图表等待1分钟，完成后查看figures文件夹中的图表文件。这个流程已经过充分测试，在Windows平台上与macOS平台完全一致，不需要修改任何代码即可正常运行。

十二、代码兼容性说明

本项目的MATLAB代码在Windows、macOS和Linux平台上完全兼容，不需要针对不同操作系统进行修改。这是因为：（1）所有文件路径操作都使用MATLAB的跨平台函数，如fullfile、filesep等，这些函数会自动适配不同操作系统的路径分隔符。（2）图表生成使用MATLAB的标准绘图函数，这些函数在所有平台上行为一致。（3）数据保存和加载使用MAT文件格式，这是MATLAB的原生格式，在所有平台上都能正常读写。（4）随机数生成使用rng函数设置种子，确保在不同平台上运行结果完全可复现。因此学生在Windows上运行代码得到的结果，应该与在macOS上运行得到的结果在数值上完全一致，生成的图表也应该完全相同。

十三、输出文件位置说明

所有生成的文件都保存在固定的位置便于查找。（1）实验数据文件保存在QCES\code\results文件夹中，文件名包含时间戳以避免覆盖，例如main_paper_experiments_20251016_123210.mat。（2）图表文件保存在QCES\code\figures文件夹中，包括所有的PDF、PNG、EPS和FIG格式文件。（3）LaTeX表格代码保存在QCES\code\results文件夹中，文件名为main_paper_tables_[时间戳].tex，可以直接复制到LaTeX论文中使用。（4）文本格式的统计报告保存在QCES\code\results文件夹中，文件名为统计测试30次_[时间戳].txt，包含详细的统计摘要信息。所有带时间戳的文件都使用yyyymmdd_HHMMSS格式，例如20251016_123210表示2025年10月16日12点32分10秒，这样便于追踪和版本管理。

十四、实验数据结构说明

保存在MAT文件中的实验数据采用结构化组织方式。主数据结构allResults包含多个字段，每个字段对应一个算法-维度组合，字段名格式为AlgorithmName_Ddimension，例如QCES_Advanced_D10表示QCES_Advanced算法在10维问题上的结果。每个字段又包含多个子字段：dimension记录问题维度，fitness是30×1的向量记录每次运行的最终适应度值，violation是30×1的向量记录约束违反度，feasible是30×1的逻辑向量记录是否可行，time是30×1的向量记录每次运行的计算时间，convergenceHistory是30×1的元胞数组记录每次运行的完整收敛历史，statistics是统计摘要结构体包含feasibilityRate可行率、meanFitness平均适应度、stdFitness标准差、minFitness最小值、maxFitness最大值、medianFitness中位数、meanTime平均时间等统计指标。这种数据结构设计便于后续的分析和可视化处理。# QCES项目Windows平台运行指南

一、图表生成机制说明

本项目中的所有图表都是通过运行MATLAB代码自动生成的，而不是手动绘制的。图表生成的基本流程是：首先运行算法实验收集数值结果（包括fitness、time、feasibility等指标），然后对这些数据进行统计分析（计算mean、std、median等统计量），接着使用MATLAB的绘图命令（如plot、bar、boxplot等）创建可视化图表，最后保存为图片文件（支持PDF、PNG、EPS等格式）。这一完整流程确保了实验结果的可复现性和图表的标准化。

二、可生成的图表类型

根据项目现有的图表文件，总共可以生成三大类图表。（1）IEEE论文用的5个标准图，包括ieee_convergence.pdf收敛曲线图（展示3维度×2算法的收敛速度对比）、ieee_boxplot.pdf适应度分布箱线图（展示解质量的统计分布）、ieee_feasibility.pdf可行率对比柱状图（这是核心图表，直观展示100%对比0%的显著优势）、ieee_time.pdf计算时间对比图（展示算法的计算效率）、ieee_first_feasible.pdf首次可行迭代对比图（展示算法达到可行域的速度）。（2）主实验综合分析图main_paper_results_20251016_123210.pdf，这是一个包含6个子图的综合版本，整合了主要实验结果的全面展示。（3）30次统计测试图，包括统计分析_20251016_081106.png（6子图统计分析，使用中文标注）和适应度分布_20251016_081106.png（3维度适应度分布直方图）。

三、环境准备要求

在Windows平台上运行本项目需要满足以下环境要求。（1）安装MATLAB R2021a或更高版本。（2）确保已安装必需的MATLAB工具箱，特别是Optimization Toolbox（用于fmincon函数）和Statistics and Machine Learning Toolbox（用于ranksum等统计函数）。可以在MATLAB命令窗口中输入ver命令查看已安装的工具箱列表。（3）确保代码文件夹具有读写权限，特别是figures文件夹和results文件夹需要有写入权限以保存生成的图表和数据文件。

四、代码路径设置

首先需要解压代码包并在MATLAB中设置正确的工作路径。在MATLAB命令窗口中执行cd命令切换到实验脚本所在目录，例如cd(‘C:\Users\Student\Desktop\QCES\code\experiments’)。然后运行startup脚本，该脚本会自动将所有必需的子文件夹（algorithms、problems、utils等）添加到MATLAB搜索路径中。可以使用pwd命令验证当前工作目录是否正确，应该显示为QCES\code\experiments路径。

五、快速生成论文主图方案

如果只需要生成论文使用的5个IEEE标准图，可以采用快速方案。（1）首先运行mainPaperExperiments()函数，该函数会执行主对比实验，包括QCES_Advanced和PenaltyQGA两个算法在D=5、10、20三个维度上各运行30次，总共180次独立运行。这个过程大约需要10到15分钟，完成后会在results文件夹中生成main_paper_experiments_[时间戳].mat数据文件。（2）然后运行generateIEEEFigures()函数，该函数会自动加载最新的实验数据并生成5个IEEE格式的标准图表。这个过程大约需要1分钟，完成后会在figures文件夹中生成ieee_convergence.pdf、ieee_boxplot.pdf、ieee_feasibility.pdf、ieee_time.pdf和ieee_first_feasible.pdf五个文件，同时还会生成对应的EPS格式高分辨率版本。

六、完整实验流程方案

如果需要生成所有图表和完整的实验分析结果，应按以下顺序执行完整流程。（1）阶段一快速验证，运行quickVerification()函数，该函数会快速测试算法是否能正常工作，大约需要5分钟，不生成图表文件但会在命令窗口输出验证结果。（2）阶段二30次统计测试，运行run30TimesStatistics()函数，对QCES_Advanced算法在三个维度上各进行30次独立运行，大约需要30到60分钟，会生成统计分析_[时间戳].png（包含6个子图的综合分析）和适应度分布_[时间戳].png（3个维度的适应度分布直方图）两个图表文件。（3）阶段三主文对比实验，运行mainPaperExperiments()函数，执行完整的算法对比实验，大约需要10到15分钟，会生成main_paper_results_[时间戳].pdf和对应的PNG格式文件。（4）阶段四生成IEEE标准图，运行generateIEEEFigures()函数，基于主实验数据生成5个IEEE标准格式图表，大约需要1分钟。（5）阶段五附录实验，这是可选步骤，包括运行appendixA_ParameterSensitivity()进行参数敏感性分析、运行appendixA_StrictConstraints()进行严格约束测试、运行ablationExperiment_Advanced()进行消融实验，每个实验大约需要20到30分钟，分别会生成对应的图表文件。

七、图表生成代码示例

以生成IEEE收敛曲线为例说明图表生成的具体过程。该过程在generateIEEEFigures.m文件中实现，具体步骤包括：（1）使用load函数加载之前保存的实验数据文件main_paper_experiments_20251016_123210.mat。（2）从数据结构中提取每次运行的收敛历史convergenceHistory，对30次运行的收敛曲线进行累加求平均。（3）使用plot函数绘制平均收敛曲线，设置线宽为1.5，添加xlabel和ylabel标签。（4）使用print函数将图形保存为ieee_convergence.pdf文件，设置分辨率为300 dpi确保高质量输出。这个过程完全自动化，无需人工干预。

八、Windows平台特别注意事项

在Windows平台上运行代码需要注意以下几点。（1）路径分隔符问题，Windows使用反斜杠\而macOS和Linux使用正斜杠/，但MATLAB会自动处理这种差异，因此代码不需要修改。（2）中文路径问题，如果代码路径中包含中文字符可能会导致运行错误，建议使用纯英文路径，例如使用C:\Users\Student\Desktop\QCES\code而不是C:\用户\学生\桌面\QCES\code。（3）文件夹权限问题，确保figures文件夹和results文件夹具有写入权限，否则保存图表和数据文件时会报错。如果遇到权限问题，可以右键点击文件夹选择属性，在安全选项卡中修改权限设置。

九、生成结果验证

运行generateIEEEFigures()函数完成后，MATLAB命令窗口会显示确认信息，包括"All IEEE figures generated successfully!"以及生成文件的列表。此时应该在QCES\code\figures文件夹中看到10个新生成的文件：ieee_convergence.pdf和ieee_convergence.eps、ieee_boxplot.pdf和ieee_boxplot.eps、ieee_feasibility.pdf和ieee_feasibility.eps、ieee_time.pdf和ieee_time.eps、ieee_first_feasible.pdf和ieee_first_feasible.eps。PDF格式文件大小通常在30到200 KB之间，EPS格式文件较大通常在600 KB到1.2 MB之间。可以使用PDF阅读器打开这些文件验证图表内容是否正确生成。

十、常见问题及解决方案

在运行过程中可能遇到以下问题。（1）如果运行时报错提示找不到文件，首先使用pwd命令查看当前工作目录是否正确，应该显示为QCES\code\experiments路径。如果路径不正确，需要使用cd命令重新切换到正确目录并运行startup脚本重新设置路径。（2）如果生成的图表是空白的或者没有数据，这通常是因为没有先运行主实验生成数据文件。必须先运行mainPaperExperiments()生成实验数据，然后才能运行generateIEEEFigures()生成图表。（3）如果图表中的中文显示为乱码，需要在MATLAB中设置正确的字体。可以使用set(0, ‘DefaultAxesFontName’, ‘SimHei’)和set(0, ‘DefaultTextFontName’, ‘SimHei’)命令设置默认字体为黑体，这样可以正确显示中文字符。（4）如果运行过程中出现内存不足的提示，可以尝试关闭其他占用内存的程序，或者减少实验的运行次数，例如将numRuns从30改为20。

十一、精简执行指令

为方便学生快速生成论文图表，提供以下精简指令。在MATLAB命令窗口中依次执行：cd(‘你的代码实际路径\QCES\code\experiments’)切换到实验目录，startup运行启动脚本设置路径，mainPaperExperiments()运行主实验等待10到15分钟，generateIEEEFigures()生成IEEE图表等待1分钟，完成后查看figures文件夹中的图表文件。这个流程已经过充分测试，在Windows平台上与macOS平台完全一致，不需要修改任何代码即可正常运行。

十二、代码兼容性说明

本项目的MATLAB代码在Windows、macOS和Linux平台上完全兼容，不需要针对不同操作系统进行修改。这是因为：（1）所有文件路径操作都使用MATLAB的跨平台函数，如fullfile、filesep等，这些函数会自动适配不同操作系统的路径分隔符。（2）图表生成使用MATLAB的标准绘图函数，这些函数在所有平台上行为一致。（3）数据保存和加载使用MAT文件格式，这是MATLAB的原生格式，在所有平台上都能正常读写。（4）随机数生成使用rng函数设置种子，确保在不同平台上运行结果完全可复现。因此学生在Windows上运行代码得到的结果，应该与在macOS上运行得到的结果在数值上完全一致，生成的图表也应该完全相同。

十三、输出文件位置说明

所有生成的文件都保存在固定的位置便于查找。（1）实验数据文件保存在QCES\code\results文件夹中，文件名包含时间戳以避免覆盖，例如main_paper_experiments_20251016_123210.mat。（2）图表文件保存在QCES\code\figures文件夹中，包括所有的PDF、PNG、EPS和FIG格式文件。（3）LaTeX表格代码保存在QCES\code\results文件夹中，文件名为main_paper_tables_[时间戳].tex，可以直接复制到LaTeX论文中使用。（4）文本格式的统计报告保存在QCES\code\results文件夹中，文件名为统计测试30次_[时间戳].txt，包含详细的统计摘要信息。所有带时间戳的文件都使用yyyymmdd_HHMMSS格式，例如20251016_123210表示2025年10月16日12点32分10秒，这样便于追踪和版本管理。

十四、实验数据结构说明

保存在MAT文件中的实验数据采用结构化组织方式。主数据结构allResults包含多个字段，每个字段对应一个算法-维度组合，字段名格式为AlgorithmName_Ddimension，例如QCES_Advanced_D10表示QCES_Advanced算法在10维问题上的结果。每个字段又包含多个子字段：dimension记录问题维度，fitness是30×1的向量记录每次运行的最终适应度值，violation是30×1的向量记录约束违反度，feasible是30×1的逻辑向量记录是否可行，time是30×1的向量记录每次运行的计算时间，convergenceHistory是30×1的元胞数组记录每次运行的完整收敛历史，statistics是统计摘要结构体包含feasibilityRate可行率、meanFitness平均适应度、stdFitness标准差、minFitness最小值、maxFitness最大值、medianFitness中位数、meanTime平均时间等统计指标。这种数据结构设计便于后续的分析和可视化处理。