WaterQualitySystem（海水养殖水质数据分析系统）

本项目为 C11 多文件工程，实现海水养殖水质数据的读取、清洗、查询、统计、预警、预测、报告输出、登录权限控制和备份恢复。

编译与运行

make gcc
./WaterQualitySystem

清理编译产物：

make clean

默认账户

角色	用户名	密码	权限
管理员	admin	123456	全部功能
访客	guest	guest	仅查看数据概览和统计分析报告

系统支持管理员创建扩展用户。扩展用户保存到 data/auth/users.dat，默认账户不写入该文件。管理员可导出用户列表到 output/users_export.csv。

目录结构

WaterQualitySystem/
├── include/          # 头文件、结构体、枚举、函数声明
├── src/              # 各功能模块实现
├── data/             # 默认CSV数据与用户数据目录
├── output/
│   ├── clean/        # 清洗后的CSV与二进制数据
│   └── reports/      # 数据概览、统计、预警、预测报告
├── backups/          # 数据备份文件
├── Makefile
└── README.md

默认路径

类型	路径
原始数据	data/data_modify.csv
清洗CSV	output/clean/clean_data.csv
清洗二进制	output/clean/clean_data.bin
数据概览报告	output/reports/overview.txt
统计分析报告	output/reports/statistics.txt
预警报告	output/reports/warning.txt
预测报告	output/reports/prediction.txt
备份目录	backups/

功能模块

1. 数据基础操作

• 动态数组存储水质时间序列数据。
• CSV读取自动跳过表头，支持缺失值识别、格式错误处理和内存失败处理。
• 支持清洗数据保存为CSV和二进制文件。
• 支持二进制顺序读取、随机读取和CSV/二进制存储性能对比。
• 支持分页浏览，每页15条，并可下一页、上一页、跳转页。
• 支持按任意参数范围筛选。
• 支持按任意参数升序或降序排序。
• 支持单条修改，修改前校验合理范围，修改前自动备份，修改后可选择保存。
• 支持单条删除和按范围批量删除，删除前显示影响数量、确认并自动备份。

2. 数据预处理

• 异常值检测范围：水温、盐度、pH、DO、降水量、气温均按任务书规定上下限判断。
• 单条记录异常字段数大于等于3个时删除整条记录。
• 单条记录异常字段数小于3个时将异常值转为缺失值，再用均值逼近法填充。
• 缺失值支持空字段、NaN/nan、-999、-9999。
• 均值逼近法默认取前10个和后10个有效值；边界不足时使用单侧有效均值，两侧均无有效值时使用全集均值。
• 对 Temp、DO、pH、Salinity 执行移动平均滤波。
• 报告中输出窗口3、5、7、9、11的滤波前后标准差变化，并给出最佳窗口建议。
• 默认清洗输出使用窗口5。

3. 统计分析与预警

• 计算6个参数的均值、最大值、最小值、标准差。
• 计算完整6×6 Pearson相关系数矩阵。
• 输出最强正相关、最强负相关，以及 Temp-DO、pH-DO、Temp-Air_temp、Temp-Salinity 的重点相关性。
• 按时间序列规则从 2025-01-01 12:00 起，每5分钟推算记录时间。
• 凌晨缺氧预警：每天03:00至05:00统计DO均值，低于4.0触发亚缺氧预警，低于3.0触发严重缺氧预警。
• 盐度突变预警：检测1小时下降超过2 PSU、24小时累计下降超过5 PSU。
• 预警报告包含预警时间、类型、说明和处理建议。

4. 预测分析

• 使用单因素线性回归建立 y = a*x + b 模型。
• 默认重点模型为 Air_temp -> DO。
• 使用决定系数 R² 评估拟合效果。
• 使用留出法：前80%为训练集，后20%为测试集，计算RMSE。
• 支持比较 Air_temp -> DO、Temp -> DO、pH -> DO、Salinity -> DO 的R²和RMSE。
• 预测报告包含模型参数、R²、RMSE、最佳单因子和线性回归局限性分析。

5. 登录、权限与菜单

• 程序启动后先登录，最多允许3次失败尝试。
• 管理员可访问全部功能。
• 访客仅能查看数据概览和统计分析报告。
• 主菜单和业务执行层均进行权限校验。
• 菜单支持循环执行，子菜单可返回主菜单，退出时需要确认。
• 未加载数据时访问依赖数据的功能会提示错误。

6. 备份与恢复

• 支持手动备份和修改、删除、恢复前自动备份。
• 备份文件名包含日期、时间和序号，避免覆盖旧备份。
• 恢复时会列出可用备份，恢复前需要确认。
• 恢复前自动备份当前内存数据。
• 恢复文件会校验CSV表头和列数，恢复失败时当前数据保持不变。

存储格式说明

• CSV文本格式：便于人工查看、调试和跨软件交换，但体积较大，读写需要文本解析。
• 二进制格式：适合程序内部快速加载、随机读取和批量处理，但不可直接人工阅读。
• 数据概览报告会输出CSV与二进制文件大小、写入时间、读取时间和是否人类可读。

工程说明

• 使用 .h 与 .c 分离的多文件组织。
• 头文件均使用条件编译防止重复包含。
• 数据集使用动态数组，容量不足时自动扩容。
• 所有主要文件操作、内存分配和菜单输入均包含错误处理。