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.

Общие положения и правила работы в среде MATLAB

При запуске среды MATLAB открывается рабочая среда (рис. 1.1), которая содержит следующие элементы:

· главное меню;

· панель инструментов;

· окно Workspace, из которого можно получить доступ к различным модулям наборов инструментов ToolBox и к содержимому рабочей среды, а также вводить новые переменные и изменять значения уже существующих. Рабочее пространство Workspace является хранилищем данных, доступ к которым организован на основе технологии DDE;

· окно с вкладками Command History и Current Directory, предназначенное для просмотра и повторного вызова ранее введенных команд, а также для установки текущего каталога;

· Command Window – командное окно, в котором непосредственно можно работать в режиме калькулятора и создавать сценарии.

Рис. 1.1 Вид рабочей среды MATLAB

В различных версиях MATLAB количество и названия пунктов главного меню различно, основными пунктми являются (рис. 1.2):

· File (Файл) – работа с файлами;

· Edit (Правка) – редактирование;

· Desktop (Рабочий стол) или View (Просмотр)– управление окнами и видом рабочего стола;

· Window (Окно) – связь с окнами системы;

· Help (Справка) – связь со справочной системой MATLAB.

Рис. 1.2 Главное меню и панель инструментов

При запуске среды MATLAB появляется рабочий стол, вид которого соответствует установкам по умолчанию. Можно изменять состав и размещение рабочих окон, а также их размеры с помощью вертикальных и горизонтальных разделителей. Кроме того, существует возможность отделять окна от рабочего стола и помещать их на рабочий стол, используя меню View инструментальной панели. Также, каждое окно содержит кнопку управления: – присоединить окно к рабочему столу. Когда окно является элементом рабочего стола, то доступны кнопки управления (рис. 1.3).

Рис. 1.3 Кнопки управления окнами

Настроить такие параметры рабочего стола, как тип, размер цвет шрифта т.д. можно с помощью опции Preferences пункта меню File вид которого представлен на рис. 1.4.

Рис. 1.4 Окно настройки параметров рабочего стола

Для полной очистки рабочих окон можно воспользоваться командами пункта меню Edit:

· Clear Command Window – очистить командное окно;

· Clear Command History – очистить окно предыстории;

· Clear Workspace – очистить рабочее пространство.

Как было отмечено ранее, в среде MATLAB можно создавать приложения разных типов. Для каждого типа приложений предусмотрено отдельное окно, выбрать которое можно с помощью пунктов главного меню: File → New → тип приложения (рис. 1.5).

Рис. 1.5 Выбор типа приложений