Korogodin: Новая страница: «'''Matlab''' — язык программирования и система научных и инженерных расчетов, построенная на...»

2011-06-05T09:31:08Z

Новая страница: «'''Matlab''' — язык программирования и система научных и инженерных расчетов, построенная на...»

Новая страница

'''Matlab''' — [[язык программирования]] и система научных и инженерных расчетов, построенная на основе интерпретатора этого языка.
Matlab, сокращение от «Matrix Laboratory», предназначен в первую очередь для выполнения [[алгоритм]]ов, использующих [[вектор]]ы и [[матрица|матрицы]].

Язык программирования Matlab (иногда также называется M-code) изначально был разработан с целью упрощения работы с
процедурами широко распространенной в 70-80 годы библиотеки алгоритмов [[линейная алгебра|линейной алгебры]] [http://www.netlib.org/linpack/ LINPACK].
Впоследствии он развился в мощный язык с богатым набором типов данных.

Оболочка Matlab состоит из командной строки, текстового редактора со встроенным отладчиком и окнами со списком файлов,
списком видимых переменных и с историей введенных команд.

Matlab имеет большое число пакетов (toolboxes) — как собственных, так и распространяемых независимыми разработчиками
часто на условиях открытого кода. В Matlab включен Simulink — визуальный редактор для моделирования динамических систем.

== Краткий обзор языка Matlab ==

=== Векторы и матрицы ===
ввести вектор-столбец
<source lang="matlab">
vec = [1; 2; 3]
</source>

вектор-строку
<source lang="matlab">
vec = [1 2 3]
</source>

и матрицу
<source lang="matlab">
mat = [1 2 3; ...
4 5 6]
</source>

задать матрицы
<source lang="matlab">
m = 3;
n = 2;
mat1 = ones(m,n)
mat0 = zeros(m,n)
mat2 = rand(n,n)
mat4 = randn(n,n)
mat3 = rand(n,n,n)
</source>

задать векторы
<source lang="matlab">
vec = [0:0.01:1]
vec = [0:100]
vec = linspace(0,1,100)
</source>

соединить векторы
<source lang="matlab">
vec = [0:0.5:1, 2:0.4:3]
</source>

добавть элемент к вектору-столбцу
<source lang="matlab">
vec(end)
vec(end+1) = 3
</source>

добавить элемент в вектору-строке
<source lang="matlab">
vec = [-1 vec]
</source>

векторизовать матрицу
<source lang="matlab">
vec = mat4(:)
</source>

удалить элементы
<source lang="matlab">
idx = find(vec < 0.05)
vec(idx) = []
vec=[]
</source>

соединить матрицы
<source lang="matlab">
mat1 = [1:5]'*[1:5]
mat2 = mat1(2:4,2:5)
mat2 = mat2'
mat2 = [mat1; mat1]
mat2 = [mat1, mat1]
</source>

текстовая строка - это вектор
<source lang="matlab">
i = 2
str = ['The lucky number is ', num2str(i)]
</source>

но не наоборот
<source lang="matlab">
str = ''; % empty string
str = sprintf(' 1 plus%s %d',str,i)
</source>

=== Операции ===
скалярное произведение
<source lang="matlab">
x = [1:5]';
norm = x'*x
table = x*x'
</source>

умножение матриц
<source lang="matlab">
A = rand(5,2)
ATA = A'*A
ATA1 = inv(ATA)
ATA1'*ATA
</source>

поэлементные операции
<source lang="matlab">
y = 1+x
y = x+x
y = x.*x
Y = A.*A
</source>

=== Типы данных ===
структура
<source lang="matlab">
PP.niter = 100;
PP.tolX = 10e-6;
PP.display = 1;
niter = PP(1).niter;
PP
</source>

массив ячеек
<source lang="matlab">
strarray = {'one','two','et cetera'}
strarray = {'north','south';'west','east'}
fprintf(1, 'Go to the %s!\n', strarray{1,1});
</source>

возвращает ячейку
<source lang="matlab">
strarray(1,1) % note that the following item is a cell
</source>

возвращает содержимое
<source lang="matlab">
strarray{1,1}
</source>

=== Цикл ===
цикл for
<source lang="matlab">
x=rand(5,1); % get some x
for i=1:length(x)
fprintf(1,'%1.2f\n',x(i)); % some code uses x(i)
end
</source>
итератор может быть элементом вектора
<source lang="matlab">
x=rand(5,1); % get some x
idx = find(x>0.5); % find some elements of x to process
for i = idx % here idx is integer-valued vector
fprintf(1,'%1.2f\n',x(i)); % some code uses x(i)
end
</source>
или вектором-столбцом матрицы
<source lang="matlab">
mat = [1 3 5 7; 2 4 6 8]
for i = mat % no need to use additional lines if you deal with vectors
fprintf(1,'i'' = %s\n',num2str(i'));
end
</source>
см. также
<source lang="matlab">
doc while % etc.
</source>

=== Условный переход ===
оператор if использует как логические так и целочисленные переменные;
можно использовать операции 'and(a, b)', синоним 'a && b' и 'or(a, b)', синоноим 'a || b'
<source lang="matlab">
a = 1;
b = 2;
c = []; % empty
d = NaN; % Non a Number
e = -Inf; % Infinity
if or (a>b, or( isempty(c), or( isnan(d), isinf(e))))
disp('something remarkeble happens');
end
</source>
но удобнее использовать
<source lang="matlab">
if any([a>b, isempty(c), isnan(d), isinf(e)])
disp('something remarkeble happens')
end
</source>

=== Эффективное программирование ===
Matlab в своих базовых конструкциях сложнее C/C++,
поэтому желательно смотреть чужой код с целью выявления удачных приемов

пример 1, строим усеченную синусоиду, вариант 1
<source lang="matlab">
x = [0:0.01*2*pi:2*pi]; % the length of the vector is 101
y = sin(x); % the 1st line
y1 = y; % dummy for the 2nd line
CONST = 0.2;
for i = 1:length(y1)
if y1(i) > CONST, % please, do not act like that!
y1(i) = CONST;
elseif y1(i) < -CONST;
y1(i) = -CONST;
end
end
plot(x,y,'r-'); % plot the result
hold on
plot(x,y1,'b-');
hold off
</source>
пример1, вариант 2
<source lang="matlab">
n = 100;
x = linspace(0,2*pi,n);
y = sin(x);
idx = find(abs(y) > CONST); % it's better to write
y(idx) = sign(y(idx))*CONST; % here the same result in a few lines of code!
</source>
следует избегать циклов там, где можно использовать матричные операции;

пример 2, вариант 1
<source lang="matlab">
n = 5;
x = rand(n,1);
A = magic(n);
for j = 1:n
A(:,j) = A(:,j)*x(j); % multiply some columns by some scalars
end
</source>
пример 2, вариант 2
<source lang="matlab">
n = 5;
x = rand(n,1);
A = magic(n);
A = A*diag(x); % much better
</source>

=== Функции ===
функции бывают embedded, private, public, inline, см. doc;
при написании желательно организовать код так,
чтобы функция возвращала корректный результат независимо от того, что было подано в качестве аргумента — скаляр, вектор или матрица

пример, стандартизация вектора
<source lang="matlab">
function y = to01(x)
y = (x - min(x))./(max(x) - min(x))
return
% place the code below in a separate file named 'to01.m'
% usage 1:
y = to01([1 2 3 4 5]);
% usage 2:
x = randn(1,20);
y = to01(x);
min(y)
max(y)
</source>

функции могут включать варьируемое число входных и выходных аргументов
<source lang="matlab">
function [a,b] = somefunc(c,d)
if nargin < 2, d = 1; end
% some code..., i.e.
a = c;
if nargout > 1, b = d; end
return
</source>

выполнение функций как текстовых строк в теле программы
<source lang="matlab">
eval('x = [1,2;3,4];')
[m,n] = eval('size(x)')
mat = feval('rand',2,2)
</source>

пример, как сделать случайную k-индексную матрицу
<source lang="matlab">
% how to make an [a x b x c x d x ... x e] (k-times)
k = 5; % have to generate k-dimantional array
dims=randperm(k+1) % let the dimension sizes be random
dims(find(dims==1)) = [] % remove the size of 1
str = sprintf('%d,',dims) % type the vector into a string
str = sprintf('rand(%s);',str(1:end-1)) % add the rand function
mat = eval(str); % evaluate the expression
size(mat) % check the size of the obtained multi-dimensional array mat
</source>

инлайн-функции — функции задаваемые в теле программы

пример 1
<source lang="matlab">
f1 = inline('w(1) + w(2)*x','w','x');
y1 = f1([1 2],3)
y1 = f1([1,2],[1:5]') % be care of this; use .-operations
</source>

пример 2
<source lang="matlab">
f2 = inline('(x - min(x))./(max(x) - min(x))','x');
y2 = f2([1:10])
</source>

== Рекомендации программистам ==

# Matlab прост в освоении. Нет понятий проект, компилятор, библиотека.
# Есть командная строка, редактор m-code, path list и help.
# Если вы ходите использовать функцию из toolbox просто используйте ее имя в коде.
# Коллизий имен не существует. Старое имя исчезает при его перезагрузке.
# Функции вызываются по имени согласно path list (см. основное меню). Следите на очередностью в этом списке.
# Почитайте help, если вам нужно написать известный алгоритм, возможно он уже написан.
# В частности, функции, работающие с множествами: intersect, ismember, issorted, setdiff, setxor, union, unique и очень полезная функция is* находятся в Help navigator -> MATLAB -> Functions — Categorical list.
# Wikipedia.org содержит много библиотек для Matlab.
# Не нужно избегать сложных алгоритмов. Часто задачи классификации, регрессии, оптимизации решаются в одну строку кода.
# Желательно документировать свои функции так:
#* первая строка — назначение функции
#* вторая строка — имя функции и ее входные и выходные аргументы
#* варианты использования функции
#* пример использования функции
# Изучите все структуры данных в Matlab, их очень много. В последней версии (R2008a) появилась поддержка работы с классами.
# Избегайте циклов, если возможно, используйте операции работы с матрицами.
# Имеется возможность подключать функции, написанные на C (в виде специально скомпилированных библиотек).

== Некоммерческие версии ==
Matlab — коммерческая программа. Существуют некоммерческие варианты,
совместимые по базовым конструкциям языка, но не совместимые по библиотечным функциям.
Например, [http://www.scilab.org/ Scilab], [http://mathsrv.ku-eichstaett.de/MGF/homes/grothmann/euler/ Euler Math Toolbox]
и [http://www.gnu.org/software/octave/index.html Octave].

== События ==
Несколько раз в год фирма [http://softline.ru/ «Софтлайн»] проводит семинары, посвященные новым версиям и отдельным подсистемам Matlab. Проводится Всероссийская научная конференция [http://matlab.exponenta.ru/conf2007/default.php «Проектирование научных и инженерных приложений в среде MATLAB»].

== Смотри также ==
* [[MVR Composer]] — система порождения моделей нелинейной регрессии
* [[Media:optbenchdoc.pdf|Автоматическая генерация документации]]
* [[Media:autodoc4matlab.pdf|Пример внешнего документирования систем]]
* [[Документирование функций Matlab]]

== Внешние ссылки ==
* [http://www.mathworks.com/company/events/archived_webinars.html?sec=compbio Matlab Webinars] Лекции (голос и слайды, примерно пол-часа с возможностью перемотки) обычно состоят из введения в Matlab, решаемой задачи и рекламы. Рекомендуется к просмотру в том случае, когда нужно использовать какой-нибудь незнакомый toolbox. Можно увидеть интересный код или использование команд языка.
* [http://matlab.exponenta.ru/index.php Консультационный центр по Matlab]
* [http://www.scilab.org/ Scilab, the open source platform for numerical computation]
* [http://mathsrv.ku-eichstaett.de/MGF/homes/grothmann/euler/ Euler Math Toolbox]
* [http://www.gnu.org/software/octave/index.html Octave, high-level language for numerical computations]
* [http://en.wikipedia.org/wiki/Matlab Статья Matlab на Wikipedia.org, En]. Смотри прочие ссылки по теме там.

[[Категория:Инструменты и технологии]]
[[Категория:Прикладные системы анализа данных]]
[[Категория:Matlab]]
[[Категория:Популярные и обзорные статьи]]

Matlab - История изменений

Korogodin: Новая страница: «'''Matlab''' — язык программирования и система научных и инженерных расчетов, построенная на...»