Раздел 1 Основные понятия среды matlab

В этой главе рассматриваются основные понятия среды MATLAB. Определены способы и правила работы со средой. Описаны основные типы данных и их преобразования. Определены системные константы, математические и логические операции и функции. Также рассмотрены элементы программирования. Описаны основные операторы среды, способы и правила создания подпрограмм.

1. Начало работы в среде matlab

1.1. Характеристика среды matlab

MATLAB – одна из первых специализированных, объектно-ориентированных и проверенных временем систем автоматизации математических расчетов и построения имитационных моделей, построенная на расширенном представлении и применении матричных операций. Это нашло отражение в названии системы — MATrix LABoratory — матричная лаборатория. Развиваясь и пополняясь новыми возможностями, сегодня среда MATLAB стала одной из наиболее мощных универсальных интегрированных математических систем и широко используется в различных областях деятельности. В этой системе объединены: удобная оболочка, редактор выражений и текстовых комментариев, вычислитель и графический программный процессор. Возможности MATLAB весьма обширны, а по скорости выполнения задач система нередко превосходит другие аналогияные системы. Она применима при математическом моделировании механических устройств и систем, в частности в динамике, акустике, энергетике и т. д., а также в задачах распознавания образов.

В состав среды MATLAB входит большой перечень реализаций современных численных методов из различных разделов математики, что значительно упрощает разработку программных продуктов, включающих расчетные задачи. Это сочетается с мощными средствами графической визуализации, как векторной, так и растровой, а также возможностью анимационной графики. Также расширение возможностей MATLAB осуществлено за счет введения специализированных пакетов — наборов инструментов (Toolbox). Например, пакеты:

• Statistics Toolbox обеспечивает исследователей, полным набором средств статистической обработки данных, содержит функции и интерактивные инструменты для анализа временных рядов, статистических моделей, исторических данных, а также средства разработки статистических алгоритмов.

• Neural Network Toolbox – пакет проектирования, моделирования, разработки и визуализации нейронных сетей.

• Signal Processing Toolbox – содержит набор типовых функций для цифровой и аналоговой обработки сигналов различного типа и природы.

• Image Processing Toolbox –содержит полный набор типовых эталонных алгоритмов для обработки и анализа изображений, в том числе функций фильтрации, частотного анализа, улучшения изображений, морфологического анализа и распознавания.

Все функции пакета написаны на открытом языке MATLAB, что позволяет пользователю контролировать исполнение алгоритмов, изменять исходный код, а также создавать свои собственные функции и процедуры.

С системой MATLAB могут интегрироваться такие популярные математические системы, как Mathcad, Maple и Mathematica. Также есть возможности объединения с современными текстовыми процессорами. Например, новое средство последних версий MATLAB — Notebook — позволяет готовить документы в текстовом процессоре Word 95/97/2000 со вставками в виде документов MATLAB и результатов вычислений, представленных в численном, табличном или графическом виде, что позволяет создавать «живые» электронные книги, в которых демонстрируемые примеры могут быть оперативно изменены. В версии MATLAB 2009 предусмотрены улучшенные средства для экспорта графики в слайды презентационной программы Microsoft PowerPoint.

Существует несколько способов взаимодействия системы MATLAB с внешними программами:

• можно написать расширение MATLAB на обычных языках программирования, таких как С/С++, Fortran и Java;

• можно интегрировать данные из других приложений, например, Excel;

• можно вызвать вычислительное ядро MATLAB из своей программы и получить результат вычислений среды MATLAB в свою программу. В этом случае MATLAB выступает как своего рода вычислительный сервер для внешней программы;

• средой MATLAB можно управлять при помощи команд DDE (Dynamic Data Exchange) или ActiveX (OLE) Automation;

• можно обмениваться данными со средой MATLAB через MAT-файлы, структура которых описана в документации к системе.

Среда MATLAB позволяет организовать работу несколькими способами:

• вычисления можно выполнять в режиме командного окна, то есть без подготовки программы. Это превращает MATLAB в необычайно мощный калькулятор, который способен производить не только обычные вычисления (например, выполнять арифметические операции и вычислять элементарные функции), но и операции с векторами и матрицами, комплексными числами, рядами, обработкой сигналов разного типа.

• существует возможность создания собственных подпрограмм-функций (М-файлов), которые можно объединять в сложные проекты путем создания script-файлов – независимых блоков операторов и команд;

• предусмотрена возможность разработки графических интерфейсов (GUI – graphic Uses Interface) на базе набора стандартных компонентов, таких как кнопка, меню различного типа и т.д.;

• в среду MATLAB "вшит" графический язык Simulink, позволяющий создавать имитационные модели и легко их перестраивать с помощью набора блоков различного назначения.

Модели и функции можно объединять оболочкой графического интерфейса GUI, что позволяет создавать универсальные программы.