Презентация на тему Лекция №4. Основы работы в среде Matlab

программирования пришли специализированные системы компьютерной математики (СКМ). Среди них

наибольшую известность получили системы Eureka, Mercury, Mathcad, Derive, Mathematica 2/3/4, Maple V R3/R4/R5 и Maple 6 и др.
В разделе №2 рассматривается система MATLAB®, прошедшая многолетний путь развития от узко специализированного матричного программного модуля, используемого только на больших ЭВМ, до универсальной интегрированной СКМ, ориентированной на массовые персональные компьютеры класса IBM PC и Macintosh и рабочие станции UNIX и имеющей мощные средства диалога, графики и комплексной визуализации . MATLAB представляет собой хорошо апробированную и надежную СКМ, рассчитанную на решение самого широкого круга математических задач с представлением данных в универсальной матричной форме, предложенной фирмой Math Works, Inc.
Популярности системы способствует ее мощное расширение Simulink, предоставляющее удобные и простые средства, в том числе визуальное объектно-ориентированное программирование, для моделирования линейных и нелинейных динамических систем, а также множество других пакетов расширения системы.

проверенных временем систем автоматизации математических расчетов, построенная на расширенном

представлении и применении матричных операций. Это нашло отражение в названии системы — MATrix LABoratory — матричная лаборатория.
В настоящее время система MATLAB далеко вышла за пределы специализированной матричной системы и стала одной из наиболее мощных универсальных интегрированных СКМ. Слово «интегрированная» указывает на то, что в этой системе объединены удобная оболочка, редактор выражений и текстовых комментариев, вычислитель и графический программный процессор.
В новой версии используются такие мощные типы данных, как многомерные массивы, массивы ячеек, массивы структур, массивы Java и разреженные матрицы, что открывает возможности применения системы при создании и отладке новых алгоритмов матричных и основанных на них параллельных вычислений и крупных баз данных.

Молером (С. В. Moler) и с конца 70-х гг.

широко использовалась на больших ЭВМ. В начале 80-х гг. Джон Литл (John Little) из фирмы MathWorks, Inc. разработал версии системы PC MATLAB для компьютеров класса IBM PC, VAX и Macintosh.
В дальнейшем были созданы версии для рабочих станций Sun, компьютеров с операционной системой UNIX и многих других типов больших и малых ЭВМ. Сейчас свыше десятка популярных компьютерных платформ могут работать с системой MATLAB. К расширению системы были привлечены крупнейшие научные школы мира в области математики, программирования и естествознания.
Одной из основных задач системы было предоставление пользователям мощного языка программирования, ориентированного на математические расчеты и способного превзойти возможности традиционных языков программирования, которые многие годы использовались для реализации численных методов. При этом особое внимание уделялось как повышению скорости вычислений, так и адаптации системы к решению самых разнообразных задач пользователей.

скорости выполнения задач система нередко превосходит своих конкурентов. Она

применима для расчетов практически в любой области науки и техники - при математическом моделировании различного рода устройств и процессов и систем в области механики, гидродинамике, аэродинамике, акустике, энергетике, телекоммуникаций и т. д.
Этому способствует не только расширенный набор матричных и иных операций и функций, но и наличие пакетов расширения Toolbox и Simulink, специально предназначенных для решения задач блочного моделирования динамических систем и устройств, решения задач оптимизации, идентификации, обработки изображений и др.
Некоторые из них, например Notebook (интеграция с текстовым процессором Word и подготовка «живых» электронных книг), Symbolic Math и Extended Symbolic Math (символьные вычисления с применением ядра системы Maple V R5) и Simulink (моделирование динамических систем и устройств, заданных в виде системы блоков), настолько органично интегрировались с системой MATLAB, что стали ее составными частями.

на Microsoft Windows версии системы (MATLAB 4.x)

обладали мощными средствами.
В области математических вычислений:
матричные, векторные, логические операторы;
элементарные и специальные функции;
полиномиальная арифметика;
многомерные массивы;
массивы записей;
массивы ячеек.
В области реализации численных методов:
дифференциальные уравнения;
вычисление одномерных и двумерных квадратур;
поиск корней нелинейных алгебраических уравнений;
оптимизация функций нескольких переменных;
одномерная и многомерная интерполяция.

500 встроенных математических функций;
ввод/вывод двоичных и текстовых файлов;

применение программ, написанных на Си и ФОРТРАН;
автоматическая перекодировка процедур MATLAB в тексты программ на языках Си и C++;
типовые управляющие структуры. В области визуализации и графики:
возможность создания двумерных и трехмерных графиков;
осуществление визуального анализа данных. Эти средства сочетались с открытой архитектурой систем, позволяющей изменять уже существующие функции и добавлять свои собственные. Входящая в состав MATLAB программа Simulink дает возможность имитировать реальные системы и устройства, задавая их моделями, составленными из функциональных блоков. Simulink имеет обширную и расширяемую пользователями библиотеку блоков и простые средства задания и изменения их параметров.

5.x введены новые мощные средства.
Улучшенная среда программирования:
профилировщик m-файлов

для оценки времени исполнения фрагментов программ;
редактор/отладчик m-файлов с удобным графическим интерфейсом;
объектно-ориентированное программирование, включая переназначение функций и операторов;
средства просмотра содержимого рабочей области и путей доступа;
конвертирование m-файлов функций в промежуточный р-код.
Графический интерфейс пользователя (GUI - Graphic User Interface):
интерактивное средство построения графического интерфейса пользователя — GUI;
форма диалоговых панелей и панелей сообщений;
многострочный режим редактирования текста; запоминание последовательности графических элементов управления;
расширение параметров элементов управления;
свойство переносимости между платформами;
курсор, определяемый пользователем.

структур (записей);
массивы ячеек данных разного типа;
массивы символов

с 16-разрядной кодировкой;
массивы с 8-разрядной кодировкой элементов.
Средства программирования:
списки аргументов переменной длины;
переназначение функций и операторов;
применение локальных функций в m-файлах;
оператор-переключатель switch...case...end;
оператор wait for;
функции обработки битов.
Математические вычисления и анализ данных:
пять новых численных методов решения (solver) обыкновенных дифференциальных уравнений (ОДУ);
вычисление собственных значений и сингулярных чисел для матриц разреженной структуры;
многомерная интерполяция;
анализ и обработка многомерных массивов;
функции обработки времени и даты.

двойные х- и y-оси;
легенда — пояснение в виде

отрезков линий со справочными надписями, размещаемое внутри графика или около него;
управление шрифтом текстовых объектов;
надстрочные, подстрочные и греческие символы;
трехмерные диаграммы, поля направлений, ленточные и стержневые графики;
увеличенное количество стилей для маркировки линий;
16-битный стереозвук.
Версия MATLAB 5.3.1 (выпуск 11.1) интегрирует в своем составе 42 программных продукта, среди которых основу составляют базовая система MATLAB и новая реализация пакета расширения Simulink 3.1. В систему введен ряд новых компонентов, включая следующие:
Data Analysis, Visualization and Application Development — анализ данных, их визуализация и применение;
Control Design — проектирование устройств управления;
DSP and Communications System Design — проектирование коммуникационных систем и систем цифровой обработки сигналов.

600 число встроенных функций и команд;
новый интерфейс с

набором инструментов для управления средой, включающий в себя окно команд (Command Window), окно истории команд (Command History), браузер рабочей области (Workspace Browser) и редактор массивов (Array Editor);
новые инструменты, позволяющие при помощи мыши интерактивно редактировать и форматировать графики, оптимизировать их коды и затраты памяти на графические команды и атрибуты;
новая библиотека FFTW (быстрых преобразований Фурье) Массачусетского технологического института Кембриджского университета (США);
ускоренные методы интегральных преобразований;
новые, более мощные и точные, алгоритмы интегрирования дифференциальных уравнений и квадратур;
новые современные функции визуализации: вывод на экран двумерных изображений, поверхностей и объемных фигур в виде прозрачных объектов;
новые, современные инструменты проектирования графического пользовательского интерфейса;
новый интерфейс (последовательный порт) для обмена данными с внешним оборудованием из MATLAB;
существенно обновленные пакеты расширения, в частности новые версии пакета моделирования динамических систем Simulink 4 и Real Time Workshop 4.

MATLAB необходимы следующие минимальные средства:
 компьютер с микропроцессором не

ниже Pentium и математическим сопроцессором, рекомендуются процессоры Pentium PRO, Pentium II, Pentium III, Pentium IV или AMD Athlon;
устройство считывания компакт дисков (привод CD-ROM) (для установки), мышь, 8-разрядный графический адаптер и монитор, поддерживающие не менее 256 цветов;
 операционная система Windows 95/98 (оригинальная или второе издание) / Me (Millennium Edition) /2000/ (допускается также NT4 с сервис-пакетами 5 или 6а);
 ОЗУ емкостью 64 Мбайт для минимального варианта системы (рекомендуется иметь память не менее 128 Мбайт);
до 1500 Мбайт дискового пространства при полной установке всех расширений и всех справочных систем.

файловой системы – окно «Current Directory»;
2. Окно с вкладками

«Launch Path» (Доступ к частям системы) и «Workspace» (Рабочая область);
3. Окно с вкладками «Command History» (Обзор ранее исполненных команд);
4. Окно «Command Window» - для ввода команд и вывода результатов расчета.