نرم افزار matlab (متلب) چیست؟

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 آسان‌تر دانشجویان دانشگاه نیومکزیکو به LINPACK و EISPACK، بدون نیاز به یادگیری زبان‌های برنامه‌نویسی دیگر مانند فرترن، متلب را ایجاد کرد. اولین برنامه‌ای که وی با متلب نوشت، یک محاسبه‌گر ماتریس بود. در سال 2000 متلب بازنویسی شد و با اضافه‌شدن کتابخانه‌های کاربردی فراوان، در حوزه‌های مختلف صنعت، کنترل، مخابرات، پزشکی، فضانوردی و… مورد توجه و استفاده متخصصان قرار گرفت.

در واقع می‌توان گفت که متلب برای استفاده مهندسان و دانشمندان طراحی شده است. آن‌ها با کمک متلب می‌توانند به راحتی ماتریس‌ها و آرایه‌های ریاضی را به طور مستقیم در برنامه‌ها استفاده کنند. این موضوع در مورد تجزیه و تحلیل داده‌ها، پردازش سیگنال و تصویر، جبر خطی و طراحی کنترل نیز صادق است. Matlab به برنامه‌نویسان کمک می‌کند تا مسائل پیچیده ریاضی را به زبان کامپیوتر ترجمه کرده و با سرعت بالا آن‌ها را حل کنند.

لوگوی متلب از آغاز تا کنون تغییر زیادی نداشته و نمایشی از معادله‌ی طول موج است.

ویژگی‌های زبان متلب و کاربردهای آن

متلب یک زبان برنامه‌نویسی سطح بالا (نزدیک به زبان انسان)، مفسری و شی‌گرا است. این زبان برخلاف بسیاری از زبان‌های برنامه‌نویسی، 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 بیش‌تری مصرف می‌کند؛ اما از جمله مزیت‌های آن می‌توان 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 زبان‌های دیگر مثل جاوا و سی ادغام می‌شوند و می‌توان از آن‌ها در هر بستری استفاده کرد. همچنین می‌توان با نصب پکیج Hardware Support، برای ابزارهایی مانند رزبری‌پای، آردوینو، دستگاه‌های پزشکی مثل MRI و… با استفاده از متلب برنامه نوشت. شما می‌توانید زبان متلب را تنها در نرم‌افزار متلب نوشته و اجرا کنید و اجرای آن در سایر محیط‌های توسعه‌ی برنامه‌نویسی امکان‌پذیر نیست. متلب کاربردهای گسترده‌ای در رشته‌های مهندسی، فیزیک، ریاضی و شیمی دارد. برخی از کاربردهای برنامه‌های ساخته شده با متلب عبارتند از:

• پردازش سیگنال و مخابرات
• پردازش فیلم و تصویر
• سیستم‌های کنترل خودکار
• تست و اندازه‌گیری
• امور مالی محاسباتی
• زیست شناسی محاسباتی
• راحتی در استفاده: متلب یک زبان مفسری است که برنامه در محیط توسعه یکپارچه متلب به‌راحتی نوشته، اصلاح و ایجاد می‌گردد. ازآنجایی‌که زبان برنامه‌نویسی برای استفاده راحت است توسعه برنامه‌های جدید به‌راحتی امکان‌پذیر است.
• استقلال بستر نرم‌افزاری: متلب توسط بسیاری از سیستم‌های کامپیوتری مختلف پشتیبانی می‌شود. زبان متلب توسط سیستم‌عامل‌های لینوکس، ویندوز و مکینتاش پشتیبانی می‌شود.
• توابع از پیش تعریف‌شده: متلب هم را با کتابخانه گسترده‌ای از توابع از پیش تعریف‌شده است که برای بسیاری از کاربردها استفاده می‌شود.
• رسم مستقل از دستگاه: برخلاف بسیاری از زبان‌های کامپیوتری دیگر، متلب دستورات بسیاری را برای رسم و تصویربرداری دارد. این تصاویر و رسم‌ها می‌تواند روی هر وسیله خروجی گرافیکی که توسط کامپیوتر پشتیبانی می‌شود قابل نمایش است.
• واسط گرافیکی کاربر: متلب شامل ابزاری است که به برنامه‌نویس اجازه می‌دهد که به‌صورت تعاملی یک  واسط گرافیکی کاربر را ایجاد نماید. با این قابلیت برنامه‌نویس می‌تواند برنامه‌های  پیچیده تجزیه‌وتحلیل داده‌ها را طوری طراحی کند که کاربران بی‌تجربه نیز بتوانند به‌راحتی با برنامه تعامل داشته باشند.

معایب نرم افزار متلب چیست؟

معایب نرم افزار متلب چیست؟ متلب دو عیب اساسی دارد. اول اینکه متلب یک زبان مفسری است و بنابراین سرعت اجرای آن نسبت به زبان‌های کامپایلری کمتر است. این مشکل را می‌تواند با به‌کارگیری درست ساختار برنامه در متلب و استفاده از کامپایلر متلب برای کامپایل برنامه نهایی قبل از توزیع برنامه حل نمود.

ایراد اساسی دوم هزینه است: یک کپی کامل از متلب پنج تا ده برابر از یک کامپایلر C یا فرترن گران‌تر است. و برای کسب وکار مقرون‌ به‌ صرفه است.

کاربردهای نرم افزار متلب چیست ؟

متلب به‌ طور گسترده به‌عنوان یک ابزار محاسباتی در علم و مهندسی مانند رشته‌های فیزیک، شیمی، ریاضی و تمام رشته‌های مهندسی استفاده می‌شود. در زیر بعضی از موارد استفاده از متلب یا کاربردهای نرم افزار متلب مطرح‌ شده است:
– پردازش سیگنال و ارتباطات
– پردازش تصویر و ویدئو
– سیستم‌های کنترل
– تست و اندازه‌گیری
– مهندسی مالی
– محاسبات زیستی

قدرت محاسبات ریاضی Matlab

MATLAB  برای استفاده در  فرآیندهای پیچیده ریاضیاتی مناسب است و کتابخانه‌های فراوانی برای انجام عملیات ریاضی در دسترس برنامه‌نویسان قرار می‌دهد. برخی از محاسبات ریاضی رایج با متلب عبارتند از:

• رسم و گرافیک 2 و 3 بعدی
• جبر خطی
• معادلات جبری
• توابع غیر خطی
• آمار
• تحلیل داده‌ها
• حساب و معادلات دیفرانسیل
• محاسبات عددی
• ادغام
• تبدیل
• ایجاد منحنی
• و بسیاری توابع خاص دیگر

جعبه‌ ابزارهای نرم افزار متلب چیست ؟

شرکت سازنده و گروه‌های مختلف، ازجمله دانشگاه‌های سرتاسر جهان و برخی شرکت‌های مهندسی هرساله جعبه‌ابزارهای خاص-کاربردی به آن می‌افزایند که باعث افزایش کارایی و محبوبیت آن شده است. فهرستی از این جعبه‌ابزارها در زیر آمده است:

• سیمیولینک، ابزاری برای شبیه‌سازی سامانه‌ها به‌ صورت انتزاعی
• جعبه‌ابزار مخابرات متلب، توابع و ابزارهای محاسبات مهندسی مخابرات
• جعبه‌ابزار کنترل متلب، توابع و ابزارهای محاسبات مهندسی کنترل
• جعبه‌ابزار فازی متلب، توابع و ابزارهای محاسبات فازی
• جعبه‌ابزار محاسبات متلب، توابع و ابزارهای محاسبات عددی
• جعبه‌ابزار تخمین متلب، توابع و ابزارهای محاسبات بحث تخمین سیستم در مهندسی کنترل
• جعبه‌ابزار آمار متلب، توابع و ابزارهای محاسبات آمار
• جعبه‌ابزار جمع‌آوری داده متلب، توابع و ابزارهای جمع‌آوری داده
• جعبه‌ابزار شبکه عصبی متلب، توابع و ابزارهای محاسبات شبکه عصبی
• جعبه‌ابزار پردازش تصویر متلب، توابع و ابزارهای محاسبات پردازش تصویر
• جعبه‌ابزار پردازش صوت متلب، توابع و ابزارهای محاسبات پردازش صوت
• جعبه‌ابزار احتمالات متلب
• جعبه‌ابزار محاسبات سیمبولیک متلب
• جعبه‌ابزار کارگاه بی‌درنگ متلب، توابع و ابزارهای محاسبات سامانه‌های بی‌درنگ

کتابخانه‌های Matlab

متلب در زمینه‌های مختلف از جمله پردازش سیگنال، هوش مصنوعی، شبکه‌های عصبی، یادگیری‌ماشین، حل معادلات دیفرانسیل و فوریه و… دارای کتابخانه‌های کاربردی فراوان است و امکان ایجاد و افزودن کتابخانه‌های مجزا نیز وجود دارد. علاوه بر این می‌توان از پلاگین‌هایی با عنوان Add-ones نیز استفاده کرد. توابع و دستورات استفاده از کتابخانه‌ها در بخش Documetation این زبان به صورت کامل موجود هستند و شما به منبع دیگری برای یادگیری نیاز نخواهید داشت.

چه نوع شرکت‌هایی از متلب استفاده می‌کنند؟

متلب ابزارهای کاربردی فراوانی در اختیار برنامه‌نویسان قرار داده است. به همین دلیل بسیاری از صنایع به خصوص صنایع هوافضا و دفاعی به آن نیاز دارند. این شرکت‌ها از متلب در نمونه‌گیری اولیه و تست و آزمایشات خود استفاده می‌کنند. در صنعت تولید خودرو نیز از متلب در توسعه سیستم‌های کنترل و مصرف سوخت استفاده می‌شود. صنعت دیگری که استفاده گسترده‌ای از متلب دارد، صنعت روباتیک است زیرا کمپانی Mathworks از سخت‌افزارهای بسیاری پشتیبانی می‌کند که این موضوع ساخت ربات‌هایی با قابلیت‌های بسیار پیشرفته را نسبت به گذشته تا حد زیادی آسان‌تر کرده است.

شروع برنامه‌نویسی متلب

پس از نصب نرم‌افزار Matlab با محیطی شبیه به تصویر زیر رو به رو می‌شوید. صفحه command window جاییست که کدهای شما در آن نوشته می‌شوند. پنجره Current Folder، فایل‌ها و پوشه‌های مرتبط با پروژه شما را نشان می‌دهد و پنجره Workspace فضای کاری شماست که داده‌های برنامه در آن نمایش داده می‌شود.

تعریف متغیرها در Matlab

متغیرها مکان‌هایی از حافظه هستند که می‌توان در آن‌ها داده‌ها را ذخیره کرده و در قسمت‌های 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 نام‌های رزرو شده (مانند sin، tan، cot و…) و  علائم (مانند +،-، * و…) نمی‌توان برای نام متغیرها استفاده کرد.

توجه داشته باشید که زبان متلب Case sensitive بوده و به بزرگ یا کوچک بودن حروف حساس است.

استفاده از توابع در Matlab

توابع در برنامه‌نویسی کاربردهای فراوانی دارند. تابع قطعه کدی است که یک بار نوشته شده و می‌توان در قسمت‌های مختلف برنامه بارها آن را فراخوانی کرد. همان‌طور که پیش‌تر نیز گفته شد، توابع آماده زیادی در متلب وجود دارند؛ همچنین شما می‌توانید توابع مورد نیاز خود را تعریف کرده و از آن‌ها استفاده کنید. برای مثال تابعی که بتواند میانگین اعضای آرایه ورودی را محاسبه کند

نتیجه‌گیری

می‌توان گفت زبان قدرتمند متلب برای استفاد در کاربردهای مهندسی و محاسبات پیچیده ریاضی مناسب است اما به دلیل مصرف بالای منابع سخت افزاری برای استفاده‌هایی مانند طراحی و توسعه‌ی وب مناسب نیست. Matlab زبانی مفسری است و در هر بار اجرا، کدها تفسیر می‌شود به همین دلیل سرعت زبان‌های مفسری نسبت به زبان‌های کامپایلری پایین‌تر است اما مزایایی همچون راحتی استفاده و یادگیری، کتابخانه‌های کاربردی فراوان و قدرتمند و پشتیبانی توسط سیستم‌های عامل محبوب Windows، Linux و Mac موجب علاقه‌مندی بسیاری از برنامه‌نویسان به این زبان شده است.

امروزه میلیون‌ها برنامه‌نویس و دانشمند در سراسر جهان از متلب برای آنالیز و طراحی سیستم‌هایی که نیاز به انجام محاسبات پیچیده ریاضی در مقیاس بزرگ دارند، استفاده می‌کنند. تجربه شما از برنامه‌نویسی با زبان متلب چیست؟ در چه زمینه‌هایی از متلب استفاده کرده‌اید؟