همه چیز در مورد نرم افزار matlab و کاربردهای آن
همه چیز در مورد نرم افزار matlab و کاربردهای آن
مقدمه
متلب یک زبان برنامه‌نویسی سطح بالای نسل چهارم و یک محیط تعاملی برای محاسبات عددی، تجسم و برنامه‌نویسی می‌باشد که از ترکیب دو واژه MATrix (ماتریس) و LABoratory (آزمایشگاه) ایجادشده است این نام حاکی از رویکرد ماتریس محور برنامه است که در آن حتی اعداد منفرد نیز به‌صورت یک ماتریس با ابعاد ۱*۱ در نظر گرفته می‌شود. برنامه متلب یک برنامه جهت استفاده مهندسین است.
نرم‌افزار متلب توسط شرکت MathWorks تولیدشده است. این شرکت در سال ۱۹۸۴ در ایالت ماساچوست امریکا تأسیس شد. در سال ۱۹۷۰ Cleve Moler رییس دانشکده نیومکزیکو نرم‌افزار متلب را بر پایه زبان فرترن نوشت. در سال ۱۹۸۳ این نرم‌افزار را بر پایه زبان برنامه‌نویسی C شکل دادند و پس از تأسیس شرکت گسترش ان سرعت گرفت.
متلب توانایی کار با ماتریس‌ها، رسم انواع توابع و داده‌ها، پیاده‌سازی انواع الگوریتم‌ها، ایجاد رابط کاربری، ارتباط با برنامه‌های نوشته‌شده به زبان‌های دیگر ازجمله C، C++، JAVA و فرترن و ایجاد مدل‌ها و برنامه‌های کاربردی را فراهم می‌کند.
سیستم متلب از پنج قسمت اصلی ایجادشده است.
زبان متلب: متلب یک زبان سطح بالای ماتریس- آرایه‌ای است ویژگی‌های برنامه‌نویسی شی گرا را شامل می‌شود که میتوان با کمک آن برنامه‌های ساده و پیچیده را ایجاد کرد
محیط کاری متلب: مجموعه‌ای از ابزار و امکانات است که شما به‌عنوان کاربر متلب یا برنامه‌نویس متلب با آن‌ها تعامل دارید. این محیط شامل امکاناتی برای مدیریت متغیرها در فضای کاری و ابزاری جهت توسعه، مدیریت، رفع خطا و ایجاد M فایل‌ها در برنامه‌های متلب می‌باشد.
کنترل گرافیک: همان سیستم گرافیکی متلب است که شامل دستورات سطح بالا برای تجسم داده‌های دوبعدی و سه‌بعدی، پردازش تصویر، انیمیشن و گرافیک است. همچنین شامل دستورات سطح پایین است که به شما اجازه میدهد که ظاهر گرافیکی برنامه‌های خود را به‌صورت سفارشی طراحی کنید.
کتابخانه توابع ریاضی متلب: مجموعه گسترده‌ای از الگوریتم‌های محاسباتی اعم از توابع ابتدایی مانند سینوس، کسینوس تا توابع پیچیده مانند ماتریس معکوس، مقادیر ویژه ماتریس و تبدیل فوریه سریع را شامل می‌شود.
رابط برنامه‌های کاربردی متلب (API): کتابخانه‌ای است که امکان نوشتن برنامه‌های فرترن و C که با متلب در تعامل باشند را فراهم می‌کند. این رابط شامل امکاناتی نظیر فراخوانی روال از متلب (اتصال پویا)، فراخوانی متلب به‌عنوان یک موتور محاسباتی و خواندن و نوشتن به فایل‌های mat است.
مزایای متلب
راحتی در استفاده: متلب یک زبان مفسری است که برنامه در محیط توسعه یکپارچه متلب به‌راحتی نوشته، اصلاح و ایجاد می‌گردد. ازآنجایی‌که زبان برنامه‌نویسی برای استفاده راحت است توسعه برنامه‌های جدید به‌راحتی امکان‌پذیر است.
استقلال بستر نرم‌افزاری: متلب توسط بسیاری از سیستم‌های کامپیوتری مختلف پشتیبانی می‌شود. زبان متلب توسط سیستم‌عامل‌های لینوکس، ویندوز و مکینتاش پشتیبانی می‌شود.
توابع از پیش تعریف‌شده: متلب هم را با کتابخانه گسترده‌ای از توابع از پیش تعریف‌شده است که برای بسیاری از کاربردها استفاده می‌شود.
رسم مستقل از دستگاه: برخلاف بسیاری از زبان‌های کامپیوتری دیگر، متلب دستورات بسیاری را برای رسم و تصویربرداری دارد. این تصاویر و رسم‌ها می‌تواند روی هر وسیله خروجی گرافیکی که توسط کامپیوتر پشتیبانی می‌شود قابل نمایش است.
واسط گرافیکی کاربر: متلب شامل ابزاری است که به برنامه‌نویس اجازه میدهد که به‌صورت تعاملی یک واسط گرافیکی کاربر را ایجاد نماید. با این قابلیت برنامه‌نویس می‌تواند برنامه‌های پیچیده تجزیه‌وتحلیل داده‌ها را طوری طراحی کند که کاربران بی‌تجربه نیز بتوانند به‌راحتی با برنامه تعامل داشته باشند.
معایب متلب
متلب دو عیب اساسی دارد. اول اینکه متلی یک زبان مفسری است و بنابراین سرعت اجرای آن نسبت به زبان‌های کامپایلری کمتر است. این مشکل را می‌تواند با به‌کارگیری درست ساختار برنامه در متلب و استفاده از کامپایلر متلب برای کامپایل برنامه نهایی قبل از توزیع برنامه حل نمود.
ایراد اساسی دوم هزینه است: یک کپی کامل از متلب پنج تا ده برابر از یک کامپایلر C یا فرترن گران‌تر است. و برای کسب‌وکار مقرون‌به‌صرفه است.
کاربردهای متلب
متلب به‌طور گسترده به‌عنوان یک ابزار محاسباتی در علم و مهندسی مانند رشته‌های فیزیک، شیمی، ریاضی و تمام رشته‌های مهندسی استفاده می‌شود. در زیر بعضی از موارد استفاده از متلب مطرح‌شده است:
- پردازش سیگنال و ارتباطات
- پردازش تصویر و ویدئو
- سیستم‌های کنترل
- تست و اندازه‌گیری
- مهندسی مالی
- محاسبات زیستی
قدرت محاسبات ریاضی متلب
متلب در هر جنبه از ریاضیات محاسباتی استفاده می‌شود. در زیر برخی از محاسبات ریاضی که در آن از متلب بیشتر استفاده می‌شود آورده شده است:
- کار با ماتریس‌ها و آرایه‌ها
- رسم نمودارهای دوبعدی و سه‌بعدی و گرافیک
- جبر خطی
- معادلات جبری
- توابع غیرخطی
- آمار
- آنالیز داده
- حساب دیفرانسیل و انتگرال و معادلات دیفرانسیل
- محاسبات عددی
- ادغام
- براز منحنی
جعبه‌ابزارهای متلب
شرکت سازنده و گروه‌های مختلف، ازجمله دانشگاه‌های سرتاسر جهان و برخی شرکت‌های مهندسی هرساله جعبه‌ابزارهای خاص-کاربردی به آن می‌افزایند که باعث افزایش کارایی و محبوبیت آن شده است. فهرستی از این جعبه‌ابزارها در زیر آمده است:
- سیمیولینک، ابزاری برای شبیه‌سازی سامانه‌ها به صورت انتزاعی
- جعبه‌ابزار مخابرات متلب، توابع و ابزارهای محاسبات مهندسی مخابرات
- جعبه‌ابزار کنترل متلب، توابع و ابزارهای محاسبات مهندسی کنترل
- جعبه‌ابزار فازی متلب، توابع و ابزارهای محاسبات فازی
- جعبه‌ابزار محاسبات متلب، توابع و ابزارهای محاسبات عددی
- جعبه‌ابزار تخمین متلب، توابع و ابزارهای محاسبات بحث تخمین سیستم در مهندسی کنترل
- جعبه‌ابزار آمار متلب، توابع و ابزارهای محاسبات آمار
- جعبه‌ابزار جمع‌آوری داده متلب، توابع و ابزارهای جمع‌آوری داده
- جعبه‌ابزار شبکه عصبی متلب، توابع و ابزارهای محاسبات شبکه عصبی
- جعبه‌ابزار پردازش تصویر متلب، توابع و ابزارهای محاسبات پردازش تصویر
- جعبه‌ابزار پردازش صوت متلب، توابع و ابزارهای محاسبات پردازش صوت
- جعبه‌ابزار احتمالات متلب
- جعبه‌ابزار محاسبات سیمبولیک متلب
- جعبه‌ابزار کارگاه بی‌درنگ متلب، توابع و ابزارهای محاسبات سامانه‌های بی‌درنگ
منابع:
- “Matlab Tutorial of Fundamental Programming”, Khairul Anuar Ishak, Department of Electrical, Electronic & System Engineering Faculty of Engineering Universiti Kebangsaan Malaysi
- “Matlab numerical computing”,tutorialspoint, www.tutorialspoint.com
- “The Origins of MATLAB”, Cleve Moler, MathWorks
- https://en.wikipedia.org/wiki/MATLAB
دیدگاه خود را ثبت کنید
تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟در گفتگو ها شرکت کنید.