Матлаб язык программирования

MATLAB: инструмент будущего или дорогая игрушка

Использование

Начнём не со стандартного экскурса в историю и обсуждения плюсов и минусов языка, а с программной среды MATLAB/Simulink — единственного места, где герой этого текста может быть полезен. Просто представьте себе графический редактор, в котором вы сможете реализовать любую свою задумку, не имея за плечами нескольких лет опыта и соответствующего образования. И создав один раз схему взаимодействия инструментов, получить качественный скрипт для многократного использования.

MATLAB — именно такой редактор в мире данных. Область его применения безгранично широка: IoT, финансы, медицина, космос, автоматика, робототехника, беспроводные системы и многое-многое другое. В общем почти неограниченные возможности по сбору и визуализации данных, а также прогнозированию, но только если есть возможность купить соответствующий пакет.

Что касается цены, то в верхней границы почти нет, а вот нижняя находится в район 99$. Чтобы урвать столь мощный продукт за относительно небольшие деньги, вам необходимо быть студентом ВУЗа. И конечно же вы получите довольно ограниченный продукт.

Особенности языка

Язык MATLAB — инструмент, обеспечивающий взаимодействие оператора (часто даже не программиста) со всеми доступными возможностями анализа, сбора и представления данных. У него есть очевидные плюсы и минусы, свойственные языку живущему в замкнутой экосистеме.

Медленный и перегруженный операторами, командами, функциями язык, основной целью которого является улучшение визуального восприятия.

Узконаправленный. Нет никакой больше программной платформы, где бы MATLAB был полезен.

Дороговизна ПО. Если вы не студент — либо готовьтесь опустошить карманы или перейти границу закона. И даже если студент — цена приличная.

Невысокий спрос. Несмотря на большой интерес к MATLAB практически во всех сферах, фактически и легально его используют лишь немногие.

Язык легок для изучения, обладает простым и понятным синтаксисом.

Огромные возможности. Но это скорее преимущество всего продукта в целом.

Частые обновления, как правило заметные положительные преобразования происходят не реже пары раз в год.

Программная среда позволяет преобразовывать его в “быстрый” код на С, С++.

Целевая аудитория

Разумеется, MATLAB нужен далеко не всем. Несмотря на широчайшую область применения, трудно представить, что рядовому разработчику приложений может понадобиться знание этого языка. MATLAB крайне полезен в областях, требующих особой надёжности при обработке данных, например, в системах автопилота в автомобилях или бортовых электронных системах самолёта.

То есть если вы не очень программист, но так или иначе ваша профессия связана с необходимостью программной обработки данных, то продукт MATLAB/Simulink с соответствующим языком способны сильно упростить ваши каждодневные задачи.

Литература

Завершаем обзор языка как всегда списком учебной литературы. Само-собой среди них вы не отыщите книг исключительно по языку, но от этого восприятие языка будет только проще:

MATLAB Step-by-Step — как всегда нет ничего лучше, чем официальный туториал, с примерами и подробными разъяснениями.

MATLAB for Beginners: A Gentle Approach, Питер Каттан — книга, рассчитанная на новичков не только в работе с MATLAB, но и с принципами обработки данных.

Matlab for Newbies: The bare essentials, Сидарта Верма — ещё одна книга рассчитанная на новичков, описывающая лишь среду программирования и основные команды языка.

MATLAB. Полный самоучитель, Дьяконов В.П. — одна из базовых университетских книг на русском языке.

Честно говоря, перечислять большое количество книг нет никакого толка, потому что все они охватывают примерно один и тот же материал, но с небольшой разницей в подаче и примерах. Но если для вас и такая разница существенно или есть желание почитать про MATLAB на более продвинутом уровне, то хорошую подборку можно найти вот на этом ресурсе: MATLAB.Exponenta.

А у вас есть опыт работы с MATLAB? И какой?

Несмотря на достаточно высокую популярность языка MATLAB, большинство разработчиков с трудом представляет, как его синтаксис, так и возможности. Всё дело в том, что язык напрямую связан с популярным программным продуктом, стоимость которого может достигать потрясающих воображение значений. Итак, главный вопрос: так ли хорош непосредственно язык Matlab? И может ли он быть полезен именно вам.

Использование

Особенности языка

Узконаправленный. Нет никакой больше программной платформы, где бы MATLAB был полезен.

Язык легок для изучения, обладает простым и понятным синтаксисом.

Огромные возможности. Но это скорее преимущество всего продукта в целом.

Частые обновления, как правило заметные положительные преобразования происходят не реже пары раз в год.

Программная среда позволяет преобразовывать его в “быстрый” код на С, С++.

Целевая аудитория

Литература

MATLAB Step-by-Step — как всегда нет ничего лучше, чем официальный туториал, с примерами и подробными разъяснениями.

Читать еще: Включение через безопасный режим

MATLAB. Полный самоучитель, Дьяконов В.П. — одна из базовых университетских книг на русском языке.

А у вас есть опыт работы с MATLAB? И какой?

В помощь математикам: обзор MATLAB

Доверь свою работу кандидату наук!

Обзор MATLAB

Те, кто имеет дело с высшей математикой, прекрасно знают, с какими математическими «чудовищами» иногда приходится сталкиваться. Например, на вычисление какого-нибудь гигантского тройного интеграла можно потратить настоящую уйму времени, душевных сил и не восстанавливающихся нервных клеток. Конечно, это очень интересно, бросить вызов интегралу, и взять его. Но, что делать, если вместо этого интеграл грозиться взять Вас? Или, что еще хуже, кубический трехчлен вышел из-под контроля и разбушевался? Такого и врагу не пожелаешь.

Что делать?

Раньше вариантов было всего два: плюнуть на все и пойти гулять или вступить в многочасовую схватку с интегралом. Ну, кому многочасовую, кому многоминутную – кто как учился. Но суть не в этом. Двадцатый век и неумолимо движущийся прогресс предлагают нам третий способ, а именно позволяют взять самый сложный интеграл «по-быстрому». То же самое касается решения всевозможных уравнений, построения графиков функций в виде кубических гиперболоидов и т.д.

Для таких неординарных, но периодически случающихся среди студентов ситуаций существует мощное математическое оружие. Встречайте, кто еще не знает – пакет программ MATLAB.

Матлаб и решит уравнение, и аппроксимирует, и построит график функции. Понимаете, что это значит, друзья?

Это значит, что MATLAB – один из мощнейших на сегодняшний день пакетов обработки данных. Название расшифровывается как Matrix Laboratory. Матричная Лаборатория, если по-русски. Возможности программы покрывают практически все области математики. Так, пользуясь матлабом, Вы сможете:

Производить всевозможные операции над матрицами, решать линейные уравнения, работать с векторами;
Вычислять корни многочленов любой степени, производить операции над многочленами, дифференцировать, экстраполировать и интерполировать кривые, строить графики любых функций;
Проводить статистический анализ данных с использованием цифровой фильтрации, статистической регрессии;
Решать дифференциальные уравнения. В частных производных, линейных, нелинейных, с граничными условиями – не важно, матлаб все решит;
Выполнять операции целочисленной арифметики.

MATLAB

Помимо всего этого возможности MATLAB позволяют визуализировать данные вплоть до построения трехмерных графиков и создания анимированных роликов.

Наше описание матлаб, конечно, далеко не полное. Помимо предусмотренных производителем возможностей и функций существует огромное количество инструментов матлаб, написанных просто энтузиастами или другими компаниями.

MATLAB как язык программирования

М-файл

А еще MATLAB – это язык программирования, используемый непосредственно при работе с программой. Не будем вдаваться в подробности, скажем только, что программы, написанные на языке MATLAB, бывают двух видов: функции и скрипты.

MATLAB — серьезное средство для серьезных ребят

Основной рабочий файл программы – М-файл. Это бесконечный текстовый файл, и именно в нем происходит непосредственно программирование вычислений. Кстати, пусть Вас не пугает это слово – для того, чтобы работать в MATLAB, вовсе не нужно быть профессиональным программистом.

М-файлы делятся на

М-сценарии. М-сценарий – самый простой тип M-файла, у которого отсутствуют входные и выходные аргументы. Данный файл используется для автоматизации многократно повторяемых вычислений.
M-функции. М-функции – это М-файлы, допускающие наличие входных и выходных аргументов.

Для того чтобы наглядно показать, как происходит работа в MATLAB, приведем ниже пример создания функции в матлабе. Данная функция будет вычислять среднее значение вектора.
function y = average (x)
% AVERAGE Среднее значение элементов вектора.
% AVERAGE(X), где X — вектор. Вычисляет среднее значение элементов вектора.
% Если входной аргумент не является вектором, генерируется ошибка.
[m,n] = size(x);
if (

Строка определения функции сообщает системе MATLAB, что файл является М-функцией, а также определяет список входных аргументов. Так, строка определения функции average имеет вид:
function y = average(x)
Где:

function — ключевое слово, определяющее М-функцию;
y — выходной аргумент;
average — имя функции;
x — входной аргумент.

Итак, чтобы написать функцию в матлабе, необходимо помнить, что каждая функция в системе MATLAB содержит строку определения функции, подобную приведенной.

Безусловно, такой мощный пакет нужен не только для того, чтобы облегчить жизнь студентам. В настоящее время MATLAB, с одной стороны, очень популярен среди специалистов многих научных и инженерных отраслей. С другой стороны, возможность работы с большими матрицами делает MATLAB незаменимым инструментом финансовых аналитиков, позволяющим решить намного больше задач, чем, к примеру, известный всем Excel. Подробнее о том, как сделать презентацию на компьютере вы можете прочитать в обзорной статье.

Недостатки работы с MATLAB

MATLAB — хорошо, но тяжело

Какие есть трудности в работе с MATLAB? Трудность, пожалуй, всего одна. Но фундаментальная. Чтобы полностью раскрыть возможности MATLAB и с легкостью решать встающие перед Вами задачи, придется попотеть и сначала разобраться с самим матлабом (как создать файл, как создать функцию и др.). А это не так просто, ибо мощность и широкие возможности требуют жертв.

При всем желании нельзя сказать, что MATLAB – простая программа. Тем не менее, надеемся, все вышеперечисленное будет достаточным аргументом для того, чтобы взяться за ее освоение.

И напоследок. Если Вы не знаете, почему все в Вашей жизни пошло так, а не иначе, спросите об этом у матлаба. Просто наберите в командной строке “why” (почему). Он ответит. Попробуйте!

Теперь вы знаете возможности Матлаб. В области образования MATLAB часто используется в преподавании численных методов и линейной алгебры. Многим студентам не обойтись без него при обработке результатов эксперимента, проведенного в ходе лабораторной работы. Для быстрого и качественного освоения основ работы с MATLAB Вы всегда можете обратиться к нашим специалистам, в любой момент готовым ответить на любой Ваш вопрос.

Matlab

Материал из MachineLearning.

Matlab — язык программирования и система научных и инженерных расчетов, построенная на основе интерпретатора этого языка. Matlab, сокращение от «Matrix Laboratory», предназначен в первую очередь для выполнения алгоритмов, использующих векторы и матрицы.

Язык программирования Matlab (иногда также называется M-code) изначально был разработан с целью упрощения работы с процедурами широко распространенной в 70-80 годы библиотеки алгоритмов линейной алгебры LINPACK. Впоследствии он развился в мощный язык с богатым набором типов данных.

Оболочка Matlab состоит из командной строки, текстового редактора со встроенным отладчиком и окнами со списком файлов, списком видимых переменных и с историей введенных команд.

Matlab имеет большое число пакетов (toolboxes) — как собственных, так и распространяемых независимыми разработчиками часто на условиях открытого кода. В Matlab включен Simulink — визуальный редактор для моделирования динамических систем.

Содержание

Краткий обзор языка Matlab

Векторы и матрицы

добавть элемент к вектору-столбцу

добавить элемент в вектору-строке

текстовая строка — это вектор

Операции

Типы данных

итератор может быть элементом вектора

или вектором-столбцом матрицы

Условный переход

оператор if использует как логические так и целочисленные переменные; можно использовать операции ‘and(a, b)’, синоним ‘a && b’ и ‘or(a, b)’, синоноим ‘a || b’

но удобнее использовать

Эффективное программирование

Matlab в своих базовых конструкциях сложнее C/C++, поэтому желательно смотреть чужой код с целью выявления удачных приемов.

Пример 1. Примечание: представленные в обзоре времена работы зависят от конкретного компьютера, системы, на которой он работает, загруженности компьютера в момент вычисления примера, числа свободных положительных зарядов на шерсти Вашего кота. Короче, много от чего. Поэтому если при запуске скрипта на Вашем компьютере времена работы не будут совпадать с тем, что вы видете в этом обзоре — не пугайтесь, это нормально и ожидаемо. Главная мысль состоит в том, что правильно написанный код на MATLAB начинает не только быстрее работать, но и (почти всегда) лучше выглядеть и читаться.

Игрушечный пример для иллюстрации способов работы с функциями и векторами в среде MATLAB

Получили вектор, компоненты которого — случайные числа, полученные из равномерного на отрезке [0,1] распределения. Теперь возьмем от каждого его элемента логарифм различными способами.

Способ первый — совсем плохой, самый медленный — в цикле наращивать размер вектора

Результат работы такой:

duration of the very bad method on 10000 elements Elapsed time is 0.286904 seconds.

Способ второй — заметно луче — заранее зарезервировать память под результат применения функции логарифма. Для наглядности увеличим размер вектора еще в 10 раз.

Результаты работы этого кода:

duration time of a bit improved method on 1000000 elements Elapsed time is 0.062692 seconds.

Способ третий — самый правильный и самый быстрый, работает мгновенно — взять функцию логарифма (то, что именно логарифма — не принципиально) сразу от вектора

duration of the best method on 1000000 elements Elapsed time is 0.015231 seconds.

Этот пример еще более игрушечный, чем предыдущий, но все же о нем тоже надо рассказать. MATLAB расшифровывается как matrix laboratiry, поэтому важно помнить, что MATLAB оптимизирован под вычисление произведений матрица на матрицу и матрица на стобец. Поэтому в MATLAB правильно писать операции над матрицами так, как это происходит при решении задач линейной алгебры.

То есть, если нам надо перемножить матрицы A и B, то не надо писать никаких циклов, а нужно просто написать C = A * B

Результат: Matrix multiplication time Elapsed time is 0.612797 seconds.

Здесь надо заметить, что при использовании > метода умножения матриц размеров n * n время получения ответа равно O(n^3). Если предположить, что компьютер делает в секунду в среднем 10^6 операций, то что-то тут не сходится — получится, что компьютер за 0.612797 секунд выполнил 8*10^9 операции. Дело в том, что в MATLAB реализован быстрый алгоритм умножения матриц, в этом алгоритме сложность менее, чем кубическая от размера входных матриц. Поэтому при перемножении матриц важно пользоваться именно записью C = A * B, а не ударяться в написание тройного цикла — тот уж точно выполнит все 8*10^9 операций и хорошо, если за пару суток управится.

Пример 3. Есть еще несколько функций, которые заточены под матричные и векторные операции — это функции repmat и reshape. Остановимся на них подробнее.

Важно. Практика показала, что repmat и reshape в разных версиях MATLAB могут отличаться, поэтому будьте внимательны и осторожны при их использовании.

Пусть мы хотим сделать матрицу, в которой все строки одинаковые. Тут возможны несколько способов реализации. Способ первый — цикл.

Elapsed time is 1.596466 seconds.

Способ второй — использовать функцию repmat()

Elapsed time is 0.311417 seconds.

Пусть теперь нам захотелось продублировать строки матрицы A, то есть вместо каждой строки матрицы написать две таких же строки, одну под другой. Как сделать это эффективно, то есть БЕЗ ЦИКЛОВ? Тут на помощь приходит функция reshape() (еще раз напоминаю про возможные различия в разных версиях).

Дальше ловкость рук и никакого мошенничества =)

Читателю предоставляется возможность разобраться с тем, как получилась матрица B, самостоятельно.

Скорее всего при первом прочтении предыдущий пример про дублирование строк кажется высосанным из пальца, поэтому продолжим и покажем, где в реальной жизни будет очень полезно использовать операции repmat и reshape, позволяющие не использовать циклы явно и ускорять операции в Matlab.

Пример 4, строим усеченную синусоиду, вариант 1

Пример 4, вариант 2

следует избегать циклов там, где можно использовать матричные операции;

пример 5, вариант 1

пример 5, вариант 2

Функции

функции бывают embedded, private, public, inline, см. doc; при написании желательно организовать код так, чтобы функция возвращала корректный результат независимо от того, что было подано в качестве аргумента — скаляр, вектор или матрица

пример, стандартизация вектора

функции могут включать варьируемое число входных и выходных аргументов

выполнение функций как текстовых строк в теле программы

пример, как сделать случайную k-индексную матрицу

инлайн-функции — функции задаваемые в теле программы

Мини-тест

Некоммерческие версии

Matlab — коммерческая программа. Существуют некоммерческие варианты, совместимые по базовым конструкциям языка, но не совместимые по библиотечным функциям. Например, Scilab, Euler Math Toolbox и Octave.

События

Несколько раз в год фирма «Софтлайн» проводит семинары, посвященные новым версиям и отдельным подсистемам Matlab. Проводится Всероссийская научная конференция «Проектирование научных и инженерных приложений в среде MATLAB».

MATLAB

Язык и среда технических расчетов

MATLAB – это среда и язык технических расчетов, предназначенный для решения широкого спектра инженерных и научных задач любой сложности в любых отраслях.

Язык инженерных расчетов
Графические приложения (приложения с графическим интерфейсом)
Средства разработки программного обеспечения
Более сотни прикладных программ (toolboxes) — профессиональных расширений системы и ее адаптации под решение определенных классов математических и научно-технических задач

Как начать работу в MATLAB

MATLAB. Начало работы

Для MATLAB подготовлена обширная документация по всем продуктам, содержащая более 150 000 страниц и более 10 000 примеров кода. Мы перевели её на русский язык и вы можете принять участие в её улучшении.

Задать вопрос более опытным коллегам, поделиться своими наработками или просто обсудить интересующий вас вопрос, связанный с MATLAB, вы можете в нашем сообществе.

Как скачать MATLAB

Полностью рабочая версия c последними обновлениями и расширениями доступна только из официальных источников.

Здесь вы можете бесплатно получить профессиональную пробную версию MATLAB.

Широкий спектр возможностей продукта и его гибкость позволяет найти подходящее решение для самых различных групп пользователей:

MATLAB для студентов
MATLAB для преподавателей
MATLAB для ученых

Выберете свою и узнайте условия приобретения продукта.

Уникальные возможности MATLAB

Полноценный фреймворк для разработки систем и обучения алгоритмов с искусственным интеллектом на больших данных для задач машинного зрения, обработки сигналов, систем управления и анализа текстовых данных.

Проектирование встраиваемых алгоритмов посредством моделирования и автоматической генерации кода для систем управления и обработки сигналов.

Создание стендов на базе контрольно-измерительного оборудования и устройств сбора данных для автоматизации испытаний и регрессивного тестирования.

Моделирование посредством систем дифференциальных уравнений в численном и символьном виде, статистическое моделирование и решение задач математическое оптимизации.

Бесшовное развертывание алгоритмов на пользовательских машинах, корпоративных серверах и web-ресурсах в виде программ или библиотек.

Использование скриптового языка в Simulink позволяет автоматизировать широкий спектр задач: перебор параметров по методу Монте-Карло, анализ чувствительности параметров модели, распараллеливание моделей, подбор оптимальных параметров, запуск скриптов по любому триггеру в модели, запуск алгоритмов верификации и генерации кода, а также автоматическое построение моделей.

В чём разница?

Разница между Matlab и языком C

Основное различие между языками Matlab и C состоит в том, что Matlab — это интерактивная вычислительная среда, а язык C — это язык программирования общего назначения высокого уровня. Кроме того, Matlab используется для задач науки и техники и является платным программным обеспечением, в то время как язык C является универсальным и имеет открытый исходный код.

Matlab — это среда, которая помогает выполнять математические вычисления, такие как решение дифференциальных уравнений, вычисление интегралов, решение полиномов и других задач. Matlab имеет различные команды для выполнения преобразований, таких как Фурье, Лапласа, Обратного Лапласа и для создания различных графиков. С другой стороны, C — это язык программирования общего назначения высокого уровня. Он используется для разработки встроенных систем, баз данных, операционных систем, компиляторов и сетевых драйверов.

Содержание

Обзор и основные отличия
Что такое Matlab
Что такое язык C
В чем разница между Matlab и языком C
Заключение

Что такое Matlab?

Matlab — это интерактивная среда для численных расчетов, программирования и визуализации данных. Это платный программный пакет. Р азработчиком Matlab является компания Mathworks. Matlab следует синтаксису, подобному языку C, и написан с использованием языков программирования C, C++ и Java.

Matlab в основном помогает выполнять различные математические задачи. Пользователи могут выполнять матричные и векторные вычисления, решать алгебраические уравнения, дифференциальные уравнения и задачи интегрирования. Также можно выполнять аналитику и статистику данных. Кроме того, пользователь может выполнять различные преобразования, такие как Фурье, Лапласа и Обратного Лапласа. Помимо этого, Matlab помогает создавать графики для визуализации данных. В дополнение к этому, Matlab предоставляет инструменты для создания впечатляющих графических интерфейсов пользователя. Также возможно интегрировать алгоритмы Matlab с внешними приложениями, такими как C, Java, .NET. Еще одна полезная функция — Simulink. Она позволяет моделировать, проектировать и имитировать системы.

Это программное обеспечение является популярным среди инженерного и научного сообщества. Оно предоставляет несколько наборов инструментов для статистического и машинного обучения, обработки сигналов, систем управления, нейронных сетей, обработки изображений и анализа текста. Matlab также популярен среди исследовательского сообщества, поскольку позволяет легко разрабатывать алгоритмы без особого программирования. В целом, Matlab помогает различным приложениям, связанным с обработкой сигналов, связью, компьютерным зрением и обработкой изображений, системами управления, машинным обучением и многими другими.

Что такое язык C?

C — это язык программирования высокого уровня. Это основной язык программирования для многих других языков, таких как Java, Python и других. Основная парадигма, которой придерживается язык C, — это структурированное программирование. Поэтому язык использует потоки управления, повторения и функции.

C — это язык, основанный на компиляторе. Таким образом, компилятор читает весь исходный код перед преобразованием его в машинный язык. Это быстрый язык по сравнению с интерпретируемыми языками, такими как Python и PHP. Он не обеспечивает автоматического управления памятью, как Java. Поэтому программист должен самостоятельно осуществлять управление памятью. Обычно язык C используется для встроенных систем, программирования сокетов и операционных систем.

В чем разница между Matlab и языком C?

Matlab — это интерактивная вычислительная среда, а C — это язык программирования общего назначения высокого уровня. Matlab разработала Mathworks. Язык C разработал Деннис Ритчи, а Bell Labs развил его дальше. Matlab — это коммерческое программное обеспечение. Поэтому пользователи должны платить, чтобы получить программное обеспечение. С другой стороны, язык C с открытым исходным кодом. Matlab основан на переводчике. Он читает код построчно из-за этого данный процесс происходит достаточно медленно . Тогда как, язык C основан на компиляторе. Он переводит весь исходный код в машинный код одновременно и этот процесс происходит намного быстрее .

Объявление типа переменной не обязательно для Matlab. Если пользователь хочет сохранить значение 2 в переменной с именем x, он может напрямую записать x=2. Тогда как в языке C это не так. В нем н еобходимо объявить тип переменной. Чтобы сохранить значение 2 в переменной x, программист должен написать int x=2. Кроме того, скрипт Matlab заканчивается расширением .m, а программы на C заканчиваются расширением .c.

Основная информация — Matlab vs язык программирования C

Различие между Matlab и языком C состоит в том, что Matlab — это интерактивная вычислительная среда, а язык C — это язык программирования общего назначения высокого уровня.

Матлаб язык программирования

MATLAB: инструмент будущего или дорогая игрушка

Использование

Особенности языка

Целевая аудитория

Литература

Использование

Особенности языка

Целевая аудитория

Литература

В помощь математикам: обзор MATLAB

MATLAB как язык программирования

Недостатки работы с MATLAB

Matlab

Материал из MachineLearning.

Содержание

Краткий обзор языка Matlab

Векторы и матрицы

Операции

Типы данных

Условный переход

Эффективное программирование

Функции

Мини-тест

Рекомендации программистам

Некоммерческие версии

События

MATLAB

Как начать работу в MATLAB

Как скачать MATLAB

Уникальные возможности MATLAB

В чём разница?

Разница между Matlab и языком C

Содержание

Что такое Matlab?

Что такое язык C?

В чем разница между Matlab и языком C?

Основная информация — Matlab vs язык программирования C