آشنایی با نرم افزار متلب

معرفی نرم افزار Matlab

در اواخر دهه 70 میلادی، متلب توسط Cleve Moler -یکی از موسسان کمپانی خصوصی Mathworks واقع شده در ایالت ماساچوست آمریکا- توسعه و عرضه شد. او که یک استاد ریاضی بود، به منظور دسترسی آسان تر دانشجویان دانشگاه نیومکزیکو به LINPACK و EISPACK، بدون نیاز به یادگیری زبان های برنامه نویسی دیگر مانند فرترن، متلب را ایجاد کرد. اولین برنامه ای که وی با متلب نوشت، یک محاسبه گر ماتریس بود. در سال 2000 متلب بازنویسی شد و با اضافه شدن کتابخانه های کاربردی فراوان، در حوزه های مختلف صنعت، کنترل، مخابرات، پزشکی، فضانوردی و… مورد توجه و استفاده متخصصان قرار گرفت. در واقع می توان گفت که متلب برای استفاده مهندسان و دانشمندان طراحی شده است. آن ها با کمک متلب می توانند به راحتی ماتریس ها و آرایه های ریاضی را به طور مستقیم در برنامه ها استفاده کنند. این موضوع در مورد تجزیه و تحلیل داده ها، پردازش سیگنال و تصویر، جبر خطی و طراحی کنترل نیز صادق است. Matlab به برنامه نویسان کمک می کند تا مسائل پیچیده ریاضی را به زبان کامپیوتر ترجمه کرده و با سرعت بالا آن ها را حل کنند. لوگوی متلب از آغاز تا کنون تغییر زیادی نداشته و نمایشی از معادله ی طول موج است.

ویژگی های زبان متلب و کاربردهای آن

متلب یک زبان برنامه نویسی سطح بالا (نزدیک به زبان انسان)، مفسری و شی گرا است. این زبان برخلاف بسیاری از زبان های برنامه نویسی، متن باز نیست و برای تهیه آن باید هزینه پرداخت کنید (حدودا 50 هزار دلار!) البته استفاده از آن به مدت 30 روز رایگان است. متلب در مقایسه با رقبایش از جمله Fusion، Mathematica و… فضای رم بیش تری مصرف می کند؛ اما از جمله مزیت های آن می توان به امکان گرفتن خروجی C و ++C و همچنین خروجی گرافیکی به صورت نمودار و منحنی از کدهای متلب اشاره کرد. کدهای متلب با کمک API به راحتی با زبان های دیگر مثل جاوا و سی ادغام می شوند و می توان از آن ها در هر بستری استفاده کرد. همچنین می توان با نصب پکیج Hardware Support، برای ابزارهایی مانند رزبری پای، آردوینو، دستگاه های پزشکی مثل MRI و… با استفاده از متلب برنامه نوشت. شما می توانید زبان متلب را تنها در نرم افزار متلب نوشته و اجرا کنید و اجرای آن در سایر محیط های توسعه ی برنامه نویسی امکان پذیر نیست. متلب کاربردهای گسترده ای در رشته های مهندسی، فیزیک، ریاضی و شیمی دارد. برخی از کاربردهای برنامه های ساخته شده با متلب عبارتند از:

• پردازش سیگنال و مخابرات
• پردازش فیلم و تصویر
• سیستم های کنترل خودکار
• تست و اندازه گیری
• امور مالی محاسباتی
• زیست شناسی محاسباتی
• قدرت محاسبات ریاضی Matlab

محاسبات ریاضی رایج با متلب عبارتند از:

• رسم و گرافیک 2 و 3 بعدی
• جبر خطی
• معادلات جبری
• توابع غیر خطی
• آمار
• تحلیل داده ها
• حساب و معادلات دیفرانسیل
• محاسبات عددی
• ادغام
• تبدیل
• ایجاد منحنی و..

کتابخانه های Matlab

متلب در زمینه های مختلف از جمله پردازش سیگنال، هوش مصنوعی، شبکه های عصبی، یادگیری ماشین، حل معادلات دیفرانسیل و فوریه و… دارای کتابخانه های کاربردی فراوان است و امکان ایجاد و افزودن کتابخانه های مجزا نیز وجود دارد. علاوه بر این می توان از پلاگین هایی با عنوان Add-ones نیز استفاده کرد. توابع و دستورات استفاده از کتابخانه ها در بخش Documetation این زبان به صورت کامل موجود هستند و شما به منبع دیگری برای یادگیری نیاز نخواهید داشت.

چه نوع شرکت هایی از متلب استفاده می کنند؟

متلب ابزارهای کاربردی فراوانی در اختیار برنامه نویسان قرار داده است. به همین دلیل بسیاری از صنایع به خصوص صنایع هوافضا و دفاعی به آن نیاز دارند. این شرکت ها از متلب در نمونه گیری اولیه و تست و آزمایشات خود استفاده می کنند. در صنعت تولید خودرو نیز از متلب در توسعه سیستم های کنترل و مصرف سوخت استفاده می شود. صنعت دیگری که استفاده گسترده ای از متلب دارد، صنعت روباتیک است زیرا کمپانی Mathworks از سخت افزارهای بسیاری پشتیبانی می کند که این موضوع ساخت ربات هایی با قابلیت های بسیار پیشرفته را نسبت به گذشته تا حد زیادی آسان تر کرده است.

شروع برنامه نویسی متلب

پس از نصب نرم افزار Matlab با محیطی شبیه به تصویر زیر رو به رو می شوید. صفحه command window جاییست که کدهای شما در آن نوشته می شوند. پنجره Current Folder، فایل ها و پوشه های مرتبط با پروژه شما را نشان می دهد و پنجره Workspace فضای کاری شماست که داده های برنامه در آن نمایش داده می شود.

تعریف متغیرها در Matlab

متغیرها مکان هایی از حافظه هستند که می توان در آن ها داده ها را ذخیره کرده و در قسمت های دیگر برنامه از آن استفاده کرد. برای تعریف متغیرها در متلب تنها کافیست یک نام نمادین (حداکثر 63 کاراکتر) انتخاب کرده و مقدار مورد نظر را به آن تخصیص دهید. لازم به ذکر است که از نام های رزرو شده (مانند sin، tan، cot و…) و علائم (مانند +،-، * و…) نمی توان برای نام متغیرها استفاده کرد. نمونه ای از تعریف متغیر در متلب: A = 3

توجه داشته باشید که زبان متلب Case sensitive بوده و به بزرگ یا کوچک بودن حروف حساس است. استفاده از توابع در Matlabدر برنامه نویسی کاربردهای فراوانی دارند. تابع قطعه کدی است که یک بار نوشته شده و می توان در قسمت های مختلف برنامه بارها آن را فراخوانی کرد. همان طور که پیش تر نیز گفته شد، توابع آماده زیادی در متلب وجود دارند؛ همچنین شما می توانید توابع مورد نیاز خود را تعریف کرده و از آن ها استفاده کنید. برای مثال تابعی که بتواند میانگین اعضای آرایه ورودی را محاسبه کند به این صورت نوشته می شود: function ave = average(x) ave = sum(x(:))/numel(x)

نتیجه گیری

می توان گفت زبان قدرتمند متلب برای استفاد در کاربردهای مهندسی و محاسبات پیچیده ریاضی مناسب است اما به دلیل مصرف بالای منابع سخت افزاری برای استفاده هایی مانند طراحی و توسعه ی وب مناسب نیست. Matlab زبانی مفسری است و در هر بار اجرا، کدها تفسیر می شود به همین دلیل سرعت زبان های مفسری نسبت به زبان های کامپایلری پایین تر است اما مزایایی همچون راحتی استفاده و یادگیری، کتابخانه های کاربردی فراوان و قدرتمند و پشتیبانی توسط سیستم های عامل محبوب Windows، Linux و Mac موجب علاقه مندی بسیاری از برنامه نویسان به این زبان شده است.

آموزش برنامه نویسی VBA در اکسل