Матрична математическа система MATLAB (страница 1 от 8)

Сред бързо развиващите се системи за компютърна математика SCM, фокусирани предимно върху числени изчисления, се откроява матричната математическа система MATLAB. Поради големия брой MATLAB разширителни пакети, доставени със системата (при най-новото внедряване на MATLAB R2009 вече има 82 от тях), тази система е и най-голямата от SCM, предназначени за персонални компютри. Обемът на нейните файлове вече надвишава 3 GB. Системата всъщност се превърна в световен стандарт в областта на съвременния математически, научен и технически софтуер.

Ефективността на MATLAB се дължи преди всичко на фокуса върху матричните изчисления със софтуерна емулация на паралелни изчисления и опростени средства за дефиниране на цикли. Най-новите версии на системата поддържат 64-битови микропроцесори и многоядрени микропроцесори като Intel Core 2 Duo и Quad, които осигуряват най-висока производителност при изчислителна скорост и скорост на математическа симулация.

MATLAB успешно прилага инструменти за работа с многомерни масиви, големи и оскъдни матрици и много типове данни. Системата премина през много години на развитие от високо специализиран матричен софтуерен модул, използван само на мейнфрейм компютри, до универсален интегриран SCM, фокусиран върху масови персонални компютри като IBM PC, AT и Macintosh, UNIX работни станции и дори суперкомпютри. MATLAB разполага с мощни диалогови, графични и сложни инструменти за визуализация.

Системата MATLAB се предлага от разработчиците (The MathWorks Inc.) като лидер на пазара, главно във военно-индустриалния комплекс, в енергийния сектор, в космическата индустрия и в автомобилната индустрия, език за програмиране на високо ниво за технически изчисления, разширени с голям брой софтуерни пакети - разширения.

Най-известното от тях е разширението Simulink, което осигурява симулация на блокове на различни системи и устройства. Но дори и без пакети за разширение, MATLAB е мощна операционна среда за извършване на огромен брой математически и научно-технически изчисления и изчисления, а потребителите създават свои собствени пакети за разширение и библиотеки от процедури и функции. Новите версии на системата имат вграден компилатор и ви позволяват да създавате изпълними файлове.

Типичен комплекс MATLAB + Simulink съдържа кутии с инструменти с голям брой пакети добавки MATLAB и Bloкksets, за да разшири възможностите на визуално ориентираната блокова симулация на динамични системи Simulink. Те се закупуват отделно и отделно от MATLAB + Simulink. Много научни училища по света и водещи университети участват в разработването на пакети за удължаване на MATLAB. Много пакети покриват основни области на науката и технологиите, като оптимизиране на реакцията на нелинейни системи, моделиране на устройства и системи за механика и енергия, обработка на сигнали и изображения, вейвлети, биоинформатика, генни алгоритми, размита логика, невронни мрежи и др.

Предназначение и характеристики на системата MATLAB

Първи стъпки с матрици

Тъй като MATLAB е матрична система, разумно е да започнете да я описвате с въведение във вектори и матрици.

Двуизмерен масив от числа или математически изрази обикновено се нарича матрица. Едномерен масив се нарича вектор. Векторите могат да бъдат два вида: вектор на редове и вектор на колона.

Векторите и матриците се характеризират с измерение и размер. Dimension дефинира структурната организация на масивите като низ (размер 1), страница (измерение 2), куб (измерение 3) и т.н. Така че векторът е едномерен масив, а матрицата е двуизмерен масив с измерение 2. MATLAB ви позволява да задавате и използвате многомерни масиви, но тук се ограничаваме само до описване на едномерни и двумерни масиви - вектори и матрици.

Размерът на вектор е броят на неговите елементи, а размерът на матрицата се определя от произведението на броя на редовете му и колони n. Обикновено размерът на матрицата е посочен като m × n. Матрицата се нарича квадрат, ако m = n, т.е. броят на редовете на матрицата е равен на броя на нейните колони.

Векторите и матриците могат да имат имена, например V - вектор или M - матрица.

Елементите на вектори и матрици се третират като индексирани променливи, например:

• V2 - вторият елемент на вектора V;

• M2,3 е третият елемент от втория ред на матрицата M.

Индексите на вектори и матрици в MATLAB имат цели числа, които започват с 1. Дори обикновените числа се третират в MATLAB като 1 × 1 матрици.

Предназначение на матричната система MATLAB

MATLAB е една от най-старите, старателно разработени и изпитани във времето системи за автоматизиране на математически и научно-технически изчисления, изградена върху разширено представяне и приложение на матрични операции. Това е отразено в името на системата - MATrix LABoratory - матрична лаборатория. Използването на матрици като основни обекти на системата допринася за рязко намаляване на броя на циклите, които са много често срещани при извършване на матрични изчисления в конвенционалните езици за програмиране на високо ниво, и улеснява изпълнението на паралелни изчисления.

Едно от основните предизвикателства при създаването на системата MATLAB винаги е било да се предостави на потребителите мощен език за програмиране, фокусиран върху технически и математически изчисления и способен да надмине възможностите на традиционните езици за програмиране, които се използват в продължение на много години за внедряване на числени методи . В същото време беше обърнато специално внимание както на увеличаване на скоростта на изчисленията, така и на адаптиране на системата към решаване на голямо разнообразие от потребителски проблеми.

MATLAB реализира три важни концепции за програмиране:

• процедурно модулно програмиране, базирано на създаването на модули - процедури и функции;

• обектно-ориентирано програмиране, което е особено ценно при изпълнението на графичните средства на системата;

• визуално ориентирано програмиране, насочено към създаване на инструменти за графичен потребителски интерфейс (GUI).

Езикът за програмиране MATLAB принадлежи към класа интерпретатори. Това означава, че всяка команда на системата се разпознава (интерпретира) от нейното име (идентификатор) и незабавно се изпълнява в командния ред, което осигурява лесна проверка на части от всеки програмен код. В същото време тълкувателният характер на езика за програмиране MATLAB означава, че от първите редове на описанието на средствата на тази система всъщност е описан нейният език за програмиране.

Важните предимства на системата са нейната откритост и разтегливост.

Повечето от командите и функциите на системата са изпълнени като m текстови файлове (с разширение .m) и файлове на езика C/C ++ и всички файлове са достъпни за модификация. Потребителят получава възможност да създава не само отделни файлове, но и файлови библиотеки за изпълнението на конкретни задачи. Всеки набор от команди в помощта може да бъде незабавно изпълнен с помощта на командата Evaluate Selection на контекстното меню с десен бутон.

Системни изисквания за инсталиране

Новите версии на системата MATLAB са много тромав софтуерен пакет, който изисква до 5000 MB дискова памет (в зависимост от конкретната доставка, пълнотата на системата за помощ и броя на пакетите приложения, които трябва да бъдат инсталирани). Следователно системата е на DVD. За съжаление PDF_файловете на англоезична документация са изключени от доставката на нови версии, но достъпът до тях е отворен чрез Интернет. Получаването им при ниска скорост на достъп (до 56 Kbps) е много проблематично в нашите условия. Това засилва ролята на рускоезичната литература в системата MATLAB.

Следните минимални инструменти са необходими за успешно инсталиране на нови версии на MATLAB:

• препоръчва се компютър с микропроцесор не по-нисък от Pentium и математически копроцесор, процесори Pentium III, Pentium IV, Pentium M или AMD Athlon, Athlon XP, Athlon MP (най-новите версии на MATLAB поддържат двуядрени (например Intel Core) 2 Duo серия) и четириядрени процесори (Intel Core 2 Quad);

• CD-ROM четец (DVD устройство), мишка, 8-битов графичен адаптер и монитор, поддържащ поне 256 цвята;

• операционна система Windows XP/2000/NT/Vista (разрешен е Windows NT4 със сервизни пакети 5 или 6а);

• RAM с капацитет 256 MB за минималната версия на системата (препоръчително е да имате 512 MB или повече памет);

• до 5000 MB дисково пространство с пълна инсталация на всички разширения и всички помощни системи (345 MB при инсталиране само на MATLAB с помощ);

• безплатен USB порт за свързване на ключ, който отваря достъп до системата.

Освен това се разглеждат само системните внедрения, които работят с операционни системи от клас Windows. Всички примери са дадени за системи от клас MATLAB, работещи в Windows XP.

Инсталиране на MATLAB + Simulink

MATLAB + Simulink се предлага на едно DVD. За да го инсталирате с други разширителни пакети, просто инсталирайте DVD и изчакайте автоматичното му стартиране (или го стартирайте както обикновено). След разопаковане и инсталиране на инсталационните файлове за кратко време се появява прозорец с логото на MATLAB и след това първият прозорец на инсталатора.

В първия прозорец на инсталатора трябва да изберете опцията Инсталиране за инсталация или опцията за актуализиране на лиценза и получаване на PLP (Personal License Pasword) код. Този код е 20-цифрена група. Инсталирайте Инсталиране и щракнете върху Напред>. Ще се появи прозорец за въвеждане на потребителски данни (име и име на организация) и, най-важното, PLP код. Този код се записва като дълъг номер и се появява на диска, когато MATLAB се продава или се изисква от MathWorks през Интернет. Всеки легален потребител на MATLAB вече има свои собствени страници на този уебсайт с информация за лиценза, неговите условия и комплекта за доставка на MATLAB. PLP кодове също могат да бъдат получени от тази страница.