МАТЛАБ

Чтобы узнать о географическом регионе, см. Matlab (Бангладеш) .

Не путать с MATLAB .

MATLAB (язык программирования)

Парадигма	мультипарадигмальность : функциональная , императивная , процедурная , объектно-ориентированная , массивовая.
Разработано	Кливский художник
Разработчик	MathWorks
Впервые появился	конец 1970-х годов
Стабильная версия	R2024a Обновление 3   / 14 мая 2024 г ( 14 мая 2024 г. )
Дисциплина набора текста	динамичный , слабый
Расширения имен файлов	.м, .п, .мекс*, .вместе с, .инжир, .mlx, .mlapp, .млтбх, .mlappinstall, .mlpkginstall
Веб-сайт	mathworks.com
Основные реализации
Программное обеспечение MATLAB, GNU Octave , Sysquake
Под влиянием
АПЛ ЭЙСПАК Фортран ЛИНПАК ПЛ/0 Speakeasy
Под влиянием
Юлия Октава Сцилаб ИНТ.
Программирование MATLAB в Wikibooks

МАТЛАБ (программное обеспечение)

L-образный мембранный логотип
Разработчик(и)	MathWorks
Первоначальный выпуск	1984 год ( 1984 )
Стабильная версия	R2024a Обновление 3   / 14 мая 2024 г ( 14 мая 2024 г. )
Написано в	Си / С++ , MATLAB
Операционная система	Windows , macOS и Linux
Платформа	ИА-32 , x86-64 , ARM64
Тип	Численные вычисления
Лицензия	Собственное коммерческое программное обеспечение
Веб-сайт	mathworks.com

MATLAB (аббревиатура «MAtrix LABoratory»). ) — это собственный многопарадигмальный язык программирования и среда числовых вычислений, разработанный MathWorks . MATLAB позволяет манипулировать матрицами , строить графики функций и данных, реализовывать алгоритмы , создавать пользовательские интерфейсы и взаимодействовать с программами, написанными на других языках.

Хотя MATLAB предназначен в первую очередь для числовых вычислений, дополнительный набор инструментов использует MuPAD символьный механизм , обеспечивающий доступ к возможностям символьных вычислений . Дополнительный пакет Simulink добавляет графическое многодоменное моделирование и проектирование на основе моделей для динамических и встроенных систем .

По состоянию на 2020 год MATLAB имеет более четырех миллионов пользователей по всему миру. Они имеют разное образование в области техники , науки и экономики . По состоянию на 2017 год Более 5000 колледжей и университетов по всему миру используют MATLAB для поддержки обучения и исследований.

История

Происхождение

MATLAB был изобретен математиком и программистом Кливом Молером . Идея MATLAB была основана на его докторской диссертации 1960-х годов. Молер стал профессором математики в Университете Нью-Мексико и начал разрабатывать MATLAB для своих студентов. как хобби. Он разработал первоначальное программирование линейной алгебры MATLAB в 1967 году вместе со своим бывшим научным руководителем Джорджем Форсайтом . За этим последовал код Фортрана для линейных уравнений в 1971 году.

До версии 1.0 MATLAB «не был языком программирования; это был простой интерактивный матричный калькулятор. Не было ни программ, ни наборов инструментов, ни графики. И никаких ОДУ или БПФ ».

Первая ранняя версия MATLAB была завершена в конце 1970-х годов. Программное обеспечение было впервые представлено публике в феврале 1979 года в Военно-морской аспирантуре в Калифорнии. Ранние версии MATLAB представляли собой простые матричные калькуляторы с 71 встроенной функцией. В то время MATLAB распространялся бесплатно. в университеты. Молер оставлял копии в университетах, которые он посещал, и у этого программного обеспечения появилось много последователей на математических факультетах университетских кампусов.

В 1980-х Клив Молер познакомился с Джоном Н. Литтлом . Они решили перепрограммировать MATLAB на C и продавать его для настольных компьютеров IBM, которые в то время заменяли мэйнфреймы. Джон Литтл и программист Стив Бангерт перепрограммировали MATLAB на C, создали язык программирования MATLAB и разработали функции для наборов инструментов.

альтернатива с открытым исходным кодом: GNU Octave (в основном совместимая с Matlab) и scilab С 1993 года доступна (похожая на Matlab).

Коммерческое развитие

MATLAB был впервые выпущен как коммерческий продукт в 1984 году на конференции по автоматическому управлению в Лас-Вегасе . Компания MathWorks , Inc. была основана для разработки программного обеспечения. и был выпущен язык программирования MATLAB. Первая продажа MATLAB состоялась в следующем году, когда Ник Трефетен из Массачусетского технологического института купил десять копий.

К концу 1980-х годов несколько сотен копий MATLAB было продано университетам для использования студентами. Программное обеспечение получило популяризацию во многом благодаря наборам инструментов, созданным специалистами в различных областях для решения специализированных математических задач. Многие из наборов инструментов были разработаны студентами Стэнфорда , которые использовали MATLAB в академических кругах, а затем принесли программное обеспечение с собой в частный сектор.

Со временем MATLAB был переписан для ранних операционных систем, созданных Digital Equipment Corporation , VAX , Sun Microsystems , а также для компьютеров Unix. Версия 3 была выпущена в 1987 году. Первый компилятор MATLAB был разработан Стивеном Джонсоном в 1990-х годах.

В 2000 году MathWorks добавила основанную на Фортране библиотеку для линейной алгебры в MATLAB 6, заменив исходные функции LINPACK и EISPACK, которые были в C. Пакет инструментов параллельных вычислений MATLAB был выпущен на конференции по суперкомпьютерам 2004 года, а в 2010 году к нему была добавлена ​​поддержка графических процессоров (GPU).

Новейшая история

Некоторые особенно большие изменения в программное обеспечение были внесены в версию 8 в 2012 году. Пользовательский интерфейс был переработан и Simulink была расширена. функциональность К 2016 году MATLAB представила несколько улучшений технического и пользовательского интерфейса, включая блокнот MATLAB Live Editor и другие функции.

Синтаксис

Приложение MATLAB построено на языке программирования MATLAB. Обычное использование приложения MATLAB включает использование «Командного окна» в качестве интерактивной математической оболочки или выполнение текстовых файлов, содержащих код MATLAB.

"Привет, мир!" пример

Пример сообщения «Привет, мир!» программа существует в MATLAB.

disp('Hello, world!')

Это отображается так:

Hello, world!

Переменные

Переменные определяются с помощью оператора присваивания, =. MATLAB — слабо типизированный язык программирования, поскольку типы преобразуются неявно. Это язык с выведенной типизацией, поскольку переменным можно присваивать без объявления их типа, за исключением случаев, когда их следует рассматривать как символические объекты. и что их тип может измениться. Значения могут поступать из констант , из вычислений, включающих значения других переменных, или из выходных данных функции. Например:

>> x = 17
x =
 17

>> x = 'hat'
x =
hat

>> x = [3*4, pi/2]
x =
   12.0000    1.5708

>> y = 3*sin(x)
y =
   -1.6097    3.0000

Векторы и матрицы

Простой массив определяется с использованием синтаксиса двоеточия: начальный :приращение :терминатор . Например:

>> array = 1:2:9
array =
 1 3 5 7 9

определяет переменную с именем array (или присваивает новое значение существующей переменной с именем array), который представляет собой массив, состоящий из значений 1, 3, 5, 7 и 9. То есть массив начинается с 1 ( начальное значение), увеличивается с каждым шагом от предыдущего значения на 2 ( значение приращения ), и останавливается, когда достигает (или почти превышает) 9 ( значение терминатора ).

Значение приращения фактически можно исключить из этого синтаксиса (вместе с одним из двоеточий), чтобы использовать значение по умолчанию 1.

>> ari = 1:5
ari =
 1 2 3 4 5

присваивает переменной с именем ari массив со значениями 1, 2, 3, 4 и 5, поскольку в качестве приращения используется значение по умолчанию 1.

Индексирование основано на единице, это обычное соглашение для матриц в математике, в отличие от индексации с отсчетом от нуля, обычно используемой в других языках программирования, таких как C, C++ и Java.

Матрицы можно определить, разделив элементы строки пробелом или запятой и используя точку с запятой для разделения строк. Список элементов должен быть заключен в квадратные скобки. []. Круглые скобки () используются для доступа к элементам и подмассивам (они также используются для обозначения списка аргументов функции).

>> A = [16, 3, 2, 13  ; 5, 10, 11, 8 ; 9, 6, 7, 12 ; 4, 15, 14, 1]
A =
 16  3  2 13
  5 10 11  8
  9  6  7 12
  4 15 14  1

>> A(2,3)
ans =
 11

Наборы индексов могут быть заданы такими выражениями, как 2:4, который оценивается как [2, 3, 4]. Например, подматрицу, взятую из строк со 2 по 4 и столбцов с 3 по 4, можно записать как:

>> A(2:4,3:4)
ans =
 11 8
 7 12
 14 1

Квадратная единичная матрица размера n может быть сгенерирована с помощью функции eye, а матрицы любого размера с нулями или единицами могут быть сгенерированы с помощью функций zeros и ones, соответственно.

>> eye(3,3)
ans =
 1 0 0
 0 1 0
 0 0 1

>> zeros(2,3)
ans =
 0 0 0
 0 0 0

>> ones(2,3)
ans =
 1 1 1
 1 1 1

Транспонирование вектора или матрицы выполняется либо функцией transpose или добавив точку-простое число после матрицы (без точки простое число выполнит сопряженное транспонирование для сложных массивов):

>> A = [1 ; 2],  B = A.', C = transpose(A)
A =
     1
     2
B =
     1     2
C =
     1     2

>> D = [0, 3 ; 1, 5], D.'
D =
     0     3
     1     5
ans =
     0     1
     3     5

Большинство функций принимают массивы в качестве входных данных и работают с каждым элементом поэлементно. Например, mod(2*J,n) умножит каждый элемент в J на ​​2, а затем уменьшит каждый элемент по модулю n . MATLAB включает стандартные for и while циклы, но (как и в других подобных приложениях, таких как APL и R ), использование векторизованной записи приветствуется и часто выполняется быстрее. Следующий код, взятый из функции Magic.m , создает магический квадрат M для нечетных значений n (функция MATLAB meshgrid здесь используется для создания квадратных матриц I и J, содержащих ⁠ $1:n$⁠ ):

[J,I] = meshgrid(1:n);
A = mod(I + J - (n + 3) / 2, n);
B = mod(I + 2 * J - 2, n);
M = n * A + B + 1;

Структуры

MATLAB поддерживает типы данных структуры. Поскольку все переменные в MATLAB являются массивами, более подходящим названием является «массив структур», где каждый элемент массива имеет одинаковые имена полей. Кроме того, MATLAB поддерживает динамические имена полей. (поиск полей по имени, манипуляции с полями и т. д.).

Функции

При создании функции MATLAB имя файла должно совпадать с именем первой функции в файле. Допустимые имена функций начинаются с буквенного символа и могут содержать буквы, цифры или символы подчеркивания. Переменные и функции чувствительны к регистру.

rgbImage = imread('ecg.png');
grayImage = rgb2gray(rgbImage); % for non-indexed images
level = graythresh(grayImage); % threshold for converting image to binary, 
binaryImage = im2bw(grayImage, level); 
% Extract the individual red, green, and blue color channels.
redChannel = rgbImage(:, :, 1);
greenChannel = rgbImage(:, :, 2);
blueChannel = rgbImage(:, :, 3);
% Make the black parts pure red.
redChannel(~binaryImage) = 255;
greenChannel(~binaryImage) = 0;
blueChannel(~binaryImage) = 0;
% Now recombine to form the output image.
rgbImageOut = cat(3, redChannel, greenChannel, blueChannel);
imshow(rgbImageOut);

Дескрипторы функций

MATLAB поддерживает элементы лямбда-исчисления путем введения указателей на функции, или ссылки на функции, которые реализованы либо в файлах .m, либо анонимно. /вложенные функции.

Классы и объектно-ориентированное программирование

MATLAB поддерживает объектно-ориентированное программирование, включая классы, наследование , виртуальную диспетчеризацию, пакеты, семантику передачи по значению и семантику передачи по ссылке . Однако синтаксис и соглашения о вызовах существенно отличаются от других языков. MATLAB имеет классы значений и ссылочные классы, в зависимости от того, имеет ли класс дескриптор суперкласса (для ссылочных классов) или нет (для классов значений).

Поведение вызова метода различается для классов значений и ссылочных классов. Например, вызов метода:

object.method();

может изменить любой член объекта, только если объект является экземпляром ссылочного класса, в противном случае методы класса значения должны возвращать новый экземпляр, если ему необходимо изменить объект.

Ниже приведен пример простого класса:

classdef Hello
    methods
        function greet(obj)
            disp('Hello!')
        end
    end
end

При помещении в файл с именем hello.m, это можно выполнить с помощью следующих команд:

>> x = Hello();
>> x.greet();
Hello!

Программирование графики и графического интерфейса пользователя

MATLAB имеет тесно интегрированные функции построения графиков. Например, график функции можно использовать для создания графика из двух векторов x и y . Код:

x = 0:pi/100:2*pi;
y = sin(x);
plot(x,y)

дает следующую фигуру синусоидальной функции :

MATLAB также поддерживает трехмерную графику:

[X,Y] = meshgrid(-10:0.25:10,-10:0.25:10); f = sinc(sqrt((X/pi).^2+(Y/pi).^2)); mesh(X,Y,f); axis([-10 10 -10 10 -0.3 1]) xlabel('{\bfx}') ylabel('{\bfy}') zlabel('{\bfsinc} ({\bfR})') hidden off		[X,Y] = meshgrid(-10:0.25:10,-10:0.25:10); f = sinc(sqrt((X/pi).^2+(Y/pi).^2)); surf(X,Y,f); axis([-10 10 -10 10 -0.3 1]) xlabel('{\bfx}') ylabel('{\bfy}') zlabel('{\bfsinc} ({\bfR})')
Этот код создает каркасный трехмерный график двумерной ненормализованной функции sinc :		Этот код создает поверхностный трехмерный график двумерной ненормализованной функции sinc :

MATLAB поддерживает разработку с графическим пользовательским интерфейсом (GUI). приложений Пользовательские интерфейсы могут создаваться либо программно, либо с использованием сред визуального проектирования, таких как GUIDE и App Designer .

MATLAB и другие языки

MATLAB может вызывать функции и подпрограммы, написанные на языках программирования C или Fortran . Создается функция-оболочка, позволяющая передавать и возвращать типы данных MATLAB. Файлы MEX (исполняемые файлы MATLAB) представляют собой динамически загружаемые объектные файлы, созданные путем компиляции таких функций. двустороннее взаимодействие с Python . С 2014 года было добавлено

Библиотеки, написанные на Perl , Java , ActiveX или .NET, можно вызывать напрямую из MATLAB. и многие библиотеки MATLAB (например, поддержка XML или SQL ) реализованы как оболочки вокруг библиотек Java или ActiveX. Вызов MATLAB из Java более сложен, но его можно выполнить с помощью набора инструментов MATLAB. который продается отдельно MathWorks или с использованием недокументированного механизма под названием JMI (Java-to-MATLAB Interface), (который не следует путать с несвязанным интерфейсом метаданных Java , который также называется JMI). Официальный API MATLAB для Java был добавлен в 2016 году.

В качестве альтернативы символическому Math Toolbox на основе MuPAD , доступному в MathWorks, MATLAB можно подключить к Maple или Mathematica .

Также существуют библиотеки для импорта и экспорта MathML .

Отношения к санкциям США

В 2020 году MATLAB прекратила оказывать услуги двум китайским университетам из-за санкций США. Университеты заявили, что на это будут реагировать более широким использованием альтернатив с открытым исходным кодом и разработкой отечественных альтернатив.

См. также

• Сравнение программного обеспечения для численного анализа
• Список программного обеспечения для численного анализа

Дальнейшее чтение

• Гилат, Амос (2004). MATLAB: Введение в приложения, 2-е издание . Джон Уайли и сыновья. ISBN  978-0-471-69420-5 .
• Квартерони, Альфио ; Салери, Фаусто (2006). Научные вычисления с MATLAB и Octave . Спрингер. ISBN  978-3-540-32612-0 .
• Феррейра, AJM (2009). Коды MATLAB для анализа методом конечных элементов . Спрингер. ISBN  978-1-4020-9199-5 .
• Линч, Стивен (2004). Динамические системы с приложениями, использующими MATLAB . Биркхойзер. ISBN  978-0-8176-4321-8 .

Внешние ссылки

• Официальный сайт
• MATLAB в Керли