Matlab – популярный инструмент, используемый при работе с матричными базами данных, виртуализацией и математическими расчетами. Он не применяется для разработки программного обеспечения вроде игр или бизнес-решений. Язык Matlab высокоуровневый и интерпретируемый. Он включает в себя пакет прикладных программ, а также интегрированную среду разработки. Встречается преимущественно в математических и инженерных задачах. Его изучают математики и физики.
Далее the Matlab будет изучен более подробно. Предстоит выяснить сферы его применения, особенности, преимущества и недостатки. Эта информация пригодится тем, кто сомневается, надо ли изучать упомянутый инструмент.
Определение
The Matlab – язык программирования и пакет узкоспециализированных приложений. Это сокращенное название от Matrix Laboratory. Соответствующий комплекс представляет собой набор профессиональных инструментов для технических вычислений, а также компьютерного моделирования. Отличается строгими требованиями качества.
The Matlab – мультипарадигменный язык и среда числовых вычислений. Он поддерживает:
- работу с матрицами;
- отображение функций и данных;
- реализацию различных алгоритмов;
- создание пользовательских интерфейсов;
- взаимодействие с программами, написанных на различных языках.
Википедия указывает на то, что The Matlab кроме числовых расчетов поддерживает дополнительный набор инструментов – символьный движок MuPAD. Он открывает доступ к символьным вычислениям. The Matlab поддерживает дополнительный пакет Simulink, добавляющий графическое многодоменное моделирование, проектирование на основе моделей для динамических и встраиваемых систем.
История создания
Матлаб как язык программирования был создан в 1970-х годах неким Кливом Моулером, деканом факультета компьютерных наук в университете Нью-Мексико. В самой первой своей версии The Matlab не был полноценным языком. Он представлял собой простой интерактивный матричный калькулятор.
Соответствующий инструмент упрощал студентам использование таких библиотек как Linpack и EISPACK для Fortan. Он стал настоящим помощником тем, кто не умеет программировать. Получит стремительное распространение среди университетов США.
В 1980-х Клив Моулер познакомился с Джоном Литтлом, который подал идею – переделать The Matlab на C, а затем продавать получившийся пакет обладателям компьютеров IBM. Так появилась коммерческая компания The MathWorks, а также коммерческое распространение языка вместе с интегрированной средой.
Для чего используется
Матлаб нужен для выполнения самых разных задач, связанных с математикой и инженерией. Он включает себя:
- наборы матричных функций;
- объектно-ориентированные возможности;
- интерфейсы;
- матричные структуры данных.
Матлабом чаще всего пользуются для:
- программирования и разработки различных алгоритмов;
- визуализации данных в качестве двух- и трехмерный графиков, динамической анимации;
- математических вычислений;
- информационного анализа.
Википедия указывает на то, что Матлаб нужен при научных исследованиях и проведении инженерных работ. Он применяется в следующих областях:
- создание автоматизированных систем управления механизмами;
- сбор и анализ финансовых данных;
- инвестиционная деятельность – для прогнозирования ситуаций на биржах и оптимизации портфелей;
- проектирование и анализ нейронных сетей: распознавание образов, управление нелинейными системами и так далее;
- обработка и улучшение качества сигналов при создании видео- и аудиооборудования, телекоммуникаций, медицинской диагностики, геологии, астрономии, астрофизике и геофизике;
- биология, биоинформатика;
- генетика;
- эпидемиология.
Изучаемый пакет должны использовать специалисты, которым необходимо формировать математические модели процессов и организмов.
Плюсы и минусы
Матлаб – инструмент, который пользуется огромным спросом в 21 веке, несмотря на свое давнее создание. Он регулярно дорабатывается и обновляется. Имеет как преимущества, так и недостатки.
Сильные стороны
К преимуществам The Matlab относят:
- Простоту освоения. Этот язык намного проще, чем СИ-семейство и Fortan. Он обладает интуитивно понятным синтаксисом, хорошей справочно-документальной базы от разработчиков. Для применения соответствующего инструмента вовсе не обязательно быть полноценным разработчиком.
- Функциональность. При помощи данного языка удается работать с продвинутой библиотекой для обработки и формирования графиков, интегрированными функциями линейной алгебры (BLAS, LAPACK), быстрым преобразованием Фурье (FFTW), полиномами, базовой статистикой, решением дифференциальных уравнений. Все это – только начало.
- Регулярные обновления. Основные новшества появляются как для языка, так и для всей среды 2 раза в год.
- Поддержку преобразований в «быстрый» код. То, что написано на the Matlab, легко переводится на C и C++ через Матлаб Coder.
- Интегрированность. В пакет включены прикладные приложения от сторонних и официальных разработчиков. Они расширяют стандартную функциональность языка.
У рассматриваемого продукта имеется большое научное сообщество. Он встречается в университетах, а также исследовательских институтах.
Слабые стороны
К недостаткам относятся следующие моменты:
- Излишняя перегруженность. The Matlab имеет множество операторов и команд. Они делают работы программ, написанных на рассматриваемом языке, более медленными. Информация хранится в оперативной памяти как векторы.
- Узкая специализация. Использование инструмента поддерживается только в замкнутых экосистемах. На других программных платформах он неэффективен.
- Стоимость. Программная среда – это коммерческий продукт. Он распространяется только платно. Чтобы приобрести дистрибутив по минимальной стоимости, необходимо быть студентом университета.
Википедия указывает на то, что узкая направленность и высокая стоимость the Matlab не дали инструменту широкого распространения.
Начало работы
Проекты, выполненные при помощи Матлаба, обычно представлены в двух видах:
- функции;
- скрипты.
Основной рабочий документ приложения – это М-файл. Он представлен бесконечным текстом, в котором происходит программирование вычислений.
Все М-файлы представлены несколькими типами:
- М-сценарии. Это простой тип М-документа. Они не включают входных/выходных аргументов. Могут использоваться для постоянно повторяющихся вычислений.
- М-функции. Включают в себя входные и выходные аргументы. Это необязательно – соответствующие параметры могут отсутствовать.
Далее предстоит изучить процедуру инициализации The Matlab, а также основной спектр приложений, с которыми предстоит работать специалистам.
Инициализация
Для чего нужен Матлаб, понятно. Установка этого инструмента отнимает минимум времени. Она почти ничем не отличается от инициализации любого другого программного обеспечения.
Чтобы установить изучаемый пакет на устройство, потребуется:
- Вставить в компьютер/ноутбук диск с программой. Можно скачать ее с официального сайта разработчика, а затем запустить «Мастер Установки».
- Выбрать в появившемся окне пункт «Install manually without using the Internet». Данный пункт отвечает за инициализацию без подключения к Сети.
- Кликнуть по кнопке «Next».
- Ознакомиться с пользовательским соглашением и поставить отметку около пункта «Yes». Он расположен в нижней части окна.
- Снова нажать на «Next».
- Ввести инсталляционный ключ. Он сохранен в документе с именем fik.txt. Если его нет, нужно выбрать «I do not have a File Installation Key».
- Кликнуть по «Next» и выбрать один из способов установки. По умолчанию инициализация установлена как Typical. Можно поставить отметку около Custom. Это расширенная (настраиваемая) инициализация. Рекомендуется остановиться на первом варианте.
- Выбрать путь установки программы.
- Выбрать файл лицензии. Он поставляется в комплекте с «Мастером Установки». Называется license.dat.
- Подтвердить операцию.
Как только установка будет завершена, на экране появится окно с соответствующей надписью. Клиенту останется нажать на кнопку «Finish». Рекомендуется также перезагрузить компьютер – это необходимо для нормализации работы программного обеспечения на устройстве.
Файлы
Приложение Матлаб – это не просто язык, но и комплекс разнообразных утилит. Они расположены в различных папках и во встроенной библиотеке. Если выучить содержание основных папок, удастся оперативно изучить возможности всей системы.
Особую ценность для The Matlab представляют файлы:
- .mat. Это бинарные документы. В них хранятся значения переменных.
- .t. текстовые редакторы с внешними программами для определения команд и опций системы. Здесь поддерживается основная масса используемых функций.
- .c – документы кодов на языке C;
- .tex. В них содержатся откомпилированные коды.
- .exe. Стандартные исполняемые файлы.
Стандартные M-файлы системы по умолчанию располагаются в папке MATLAB/TOOLBOX/MATLAB. Здесь представлены такие опции как:
- поддержка справки;
- управление программным окном;
- взаимодействие с операционной системой.
Далее предстоит изучить основные подпапки (приложения). Каждая из них отвечает за ту или иную функциональность.
Подпапки
Языковые конструкции, а также операторы и системные опции выражены папками:
- ops – операторы и спецсимволы;
- strfun – опции строк;
- tang – конструкции языка программирования;
- timefun – время и дата;
- iofun – ввод и вывод информации;
- datatypes – виды и форматы используемых данных.
В подпапках математических и матричных функций можно обнаружить:
- elmat – параметры для создания простейших матриц;
- elfun – команды для элементарных матриц;
- soarful – разреженные матрицы;
- polyfun – интерполяция и полиномиальные операции;
- specfun – специфические математические команды;
- matfun – инструменты для работы с линейной алгеброй;
- datafun – спектр команд анализа данных и преобразований Фурье;
- funfun – функции и дифференциальные уравнения.
Графические команды выражаются такими элементами как:
- graph2d/graph3d – поддержка работы с 2D и 3D графикой;
- specgraph – специфические графические компоненты;
- uitools – графика для пользовательских интерфейсов;
- graphics – дескрипторная графика.
Все это – база, благодаря которой можно начать работу с The Matlab.
Синтаксические особенности
Синтаксис достаточно прост. Здесь поддерживается слабая типизация из-за неявного преобразования типов. Переменные в нем определяются через оператор присваивания (=). Они присваиваются без объявления типов. Исключение – когда переменные рассматриваются в качестве символических объектов с поддержкой изменения типа.
Значения переменных – это вычисления, включающие в себя значения других переменных, вывод функции и константы.
В языке поддерживаются векторы и матрицы. Простой массив определяется через символ двоеточия и имеет форму записи:
начальный массив: приращение: терминатор.
Приращение может быть исключено. В данном случае соответствующий параметр по умолчанию окажется 1.
Индексирование основано на единице. Матрицы определяются путем разделения элементов строки пробелом или запятой. Список компонентов заключается в квадратные скобки. Круглые применяются для доступа к элементам и подмассивам.
Транспортирование векторов и матриц осуществляется через специальную функцию – transpose или путем добавления точки-штриха после матрицы.
Хотите освоить современную IT-специальность? Огромный выбор курсов по востребованным IT-направлениям есть в Otus!
