Elettracompany.com

Компьютерный справочник
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Основы работы в matlab

Документация

Миллионы инженеров и ученых во всем мире используют MATLAB ® , чтобы анализировать и спроектировать системы и продукты, преобразовывающие наш мир. Матричный язык MATLAB является самым естественным способом в мире выразить вычислительную математику. Встроенная графика облегчает визуализацию и понимание данных. Окружение рабочего стола способствует экспериментированию, исследованиям и открытиям. Эти средства MATLAB и возможности все строго протестированы и спроектированы, чтобы работать совместно.

MATLAB помогает вам воплощать свои идеи за пределами рабочего стола. Можно запустить исследования больших наборов данных и масштабировать до кластеров и облаков. Код MATLAB может быть интегрирован с другими языками, позволив вам развернуть алгоритмы и приложения в сети, предприятии и промышленных системах.

Примеры

  • Описание рабочего стола

Ввод операторов в командной строке и просмотр результатов.

MATLAB работает, в основном, с массивами и матрицами, как в целом, так и с их частями. Матрица является двумерным массивом, часто используемым в линейной алгебре.

Переменные в MATLAB обычно являются массивами, которые могут содержать много чисел. Когда необходимо получить доступ к выбранным элементам массива, используйте индексацию.

Рабочая область содержит переменные, которые вы создаете в MATLAB или импортируете из файлов данных или других программ.

Создайте строковые массивы для текста или создайте символьные массивы для данных.

MATLAB предлагает большое количество функций, которые выполняют вычислительные задачи. Чтобы вызвать функцию, заключите ее входные параметры в круглые скобки.

Графические функции включают 2D и 3-D функции построения графика, чтобы визуализировать данные и передать результаты.

Самый простой тип программы MATLAB называется скриптом. Скрипт содержит последовательность команд и вызовов функции.

Все функции имеют сопроводительную документацию, которая включает примеры и описывает входные параметры функции, выходные параметры и синтаксис вызова.

Дистанционное обучение

MATLAB Onramp
Бесплатный двухчасовой онлайновый курс MATLAB

Видео

Начало работы с MATLAB
Получите представление о MATLAB, языке технических вычислений.

Работа в среде разработки
Доступ к инструментам, таким как браузер рабочей области истории команд и редактор переменных, сохраните и загрузите свои данные о рабочей области и управляйте окнами и структурой рабочего стола.

В помощь математикам: обзор MATLAB

Доверь свою работу кандидату наук!

Обзор MATLAB

Те, кто имеет дело с высшей математикой, прекрасно знают, с какими математическими «чудовищами» иногда приходится сталкиваться. Например, на вычисление какого-нибудь гигантского тройного интеграла можно потратить настоящую уйму времени, душевных сил и не восстанавливающихся нервных клеток. Конечно, это очень интересно, бросить вызов интегралу, и взять его. Но, что делать, если вместо этого интеграл грозиться взять Вас? Или, что еще хуже, кубический трехчлен вышел из-под контроля и разбушевался? Такого и врагу не пожелаешь.

Что делать?

Раньше вариантов было всего два: плюнуть на все и пойти гулять или вступить в многочасовую схватку с интегралом. Ну, кому многочасовую, кому многоминутную – кто как учился. Но суть не в этом. Двадцатый век и неумолимо движущийся прогресс предлагают нам третий способ, а именно позволяют взять самый сложный интеграл «по-быстрому». То же самое касается решения всевозможных уравнений, построения графиков функций в виде кубических гиперболоидов и т.д.

Для таких неординарных, но периодически случающихся среди студентов ситуаций существует мощное математическое оружие. Встречайте, кто еще не знает – пакет программ MATLAB.

Матлаб и решит уравнение, и аппроксимирует, и построит график функции. Понимаете, что это значит, друзья?

Это значит, что MATLAB – один из мощнейших на сегодняшний день пакетов обработки данных. Название расшифровывается как Matrix Laboratory. Матричная Лаборатория, если по-русски. Возможности программы покрывают практически все области математики. Так, пользуясь матлабом, Вы сможете:

  • Производить всевозможные операции над матрицами, решать линейные уравнения, работать с векторами;
  • Вычислять корни многочленов любой степени, производить операции над многочленами, дифференцировать, экстраполировать и интерполировать кривые, строить графики любых функций;
  • Проводить статистический анализ данных с использованием цифровой фильтрации, статистической регрессии;
  • Решать дифференциальные уравнения. В частных производных, линейных, нелинейных, с граничными условиями – не важно, матлаб все решит;
  • Выполнять операции целочисленной арифметики.

MATLAB

Помимо всего этого возможности MATLAB позволяют визуализировать данные вплоть до построения трехмерных графиков и создания анимированных роликов.

Наше описание матлаб, конечно, далеко не полное. Помимо предусмотренных производителем возможностей и функций существует огромное количество инструментов матлаб, написанных просто энтузиастами или другими компаниями.

MATLAB как язык программирования

М-файл

А еще MATLAB – это язык программирования, используемый непосредственно при работе с программой. Не будем вдаваться в подробности, скажем только, что программы, написанные на языке MATLAB, бывают двух видов: функции и скрипты.

MATLAB — серьезное средство для серьезных ребят

Основной рабочий файл программы – М-файл. Это бесконечный текстовый файл, и именно в нем происходит непосредственно программирование вычислений. Кстати, пусть Вас не пугает это слово – для того, чтобы работать в MATLAB, вовсе не нужно быть профессиональным программистом.

М-файлы делятся на

  • М-сценарии. М-сценарий – самый простой тип M-файла, у которого отсутствуют входные и выходные аргументы. Данный файл используется для автоматизации многократно повторяемых вычислений.
  • M-функции. М-функции – это М-файлы, допускающие наличие входных и выходных аргументов.

Для того чтобы наглядно показать, как происходит работа в MATLAB, приведем ниже пример создания функции в матлабе. Данная функция будет вычислять среднее значение вектора.
function y = average (x)
% AVERAGE Среднее значение элементов вектора.
% AVERAGE(X), где X — вектор. Вычисляет среднее значение элементов вектора.
% Если входной аргумент не является вектором, генерируется ошибка.
[m,n] = size(x);
if (

Строка определения функции сообщает системе MATLAB, что файл является М-функцией, а также определяет список входных аргументов. Так, строка определения функции average имеет вид:
function y = average(x)
Где:

  1. function — ключевое слово, определяющее М-функцию;
  2. y — выходной аргумент;
  3. average — имя функции;
  4. x — входной аргумент.

Итак, чтобы написать функцию в матлабе, необходимо помнить, что каждая функция в системе MATLAB содержит строку определения функции, подобную приведенной.

Безусловно, такой мощный пакет нужен не только для того, чтобы облегчить жизнь студентам. В настоящее время MATLAB, с одной стороны, очень популярен среди специалистов многих научных и инженерных отраслей. С другой стороны, возможность работы с большими матрицами делает MATLAB незаменимым инструментом финансовых аналитиков, позволяющим решить намного больше задач, чем, к примеру, известный всем Excel. Подробнее о том, как сделать презентацию на компьютере вы можете прочитать в обзорной статье.

Недостатки работы с MATLAB

MATLAB — хорошо, но тяжело

Какие есть трудности в работе с MATLAB? Трудность, пожалуй, всего одна. Но фундаментальная. Чтобы полностью раскрыть возможности MATLAB и с легкостью решать встающие перед Вами задачи, придется попотеть и сначала разобраться с самим матлабом (как создать файл, как создать функцию и др.). А это не так просто, ибо мощность и широкие возможности требуют жертв.

При всем желании нельзя сказать, что MATLAB – простая программа. Тем не менее, надеемся, все вышеперечисленное будет достаточным аргументом для того, чтобы взяться за ее освоение.

И напоследок. Если Вы не знаете, почему все в Вашей жизни пошло так, а не иначе, спросите об этом у матлаба. Просто наберите в командной строке “why” (почему). Он ответит. Попробуйте!

Теперь вы знаете возможности Матлаб. В области образования MATLAB часто используется в преподавании численных методов и линейной алгебры. Многим студентам не обойтись без него при обработке результатов эксперимента, проведенного в ходе лабораторной работы. Для быстрого и качественного освоения основ работы с MATLAB Вы всегда можете обратиться к нашим специалистам, в любой момент готовым ответить на любой Ваш вопрос.

Основы работы в среде MATLAB

Лабораторная работа № 6

Основы работы в среде MATLAB

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

ü получить навыки работы с основными элементами интерфейса системы MATLAB;

ü получить навыки работы с классами данных в системе MATLAB;

ü изучить основы графической визуализации вычислений в среде MATLAB.

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ

MATLAB (MATrix LABoratory) —универсальная интегрированная система автоматизации математических расчетов. Особенностью данной системы, выделяющей ее среди прочих пакетов программ аналогичной направленности, является расширенное представление матричных операций, что обусловлено частым применением матриц в сложных математических расчетах, например, при решении задач линейной алгебры и математического моделирования статических и динамических систем и объектов. Слово «интегрированная» указывает на то, что в этой системе объединены удобная оболочка, редактор выражений и текстовых комментариев, вычислитель и графический программный процессор, ориентированный на математические расчеты для реализации численных методов. Благодаря расширенному набору матричных и иных операций и функций, а также наличию множества пакетов расширений система MATLAB применима для расчетов практически в любой области науки и техники.

Важными достоинствами системы являются ее открытость и расширяемость. Большинство команд и функций системы реализованы в виде текстовых m-файлов (с расширением .m) и файлов на языке Си, причем все файлы доступны для модификации. Пользователю дана возможность создавать не только отдельные файлы, но и библиотеки файлов для реализации специфических задач.

ИНТЕРФЕЙС СИСТЕМЫ MATLAB

После загрузки MATLAB появляется Рабочий стол MATLAB, содержащий визуальные инструменты для управления файлами, переменными и приложениями, связанными с системой MATLAB (рис. 4.1). Рабочий стол состоит из строки заголовка, строки главного меню, панели инструментов, области для размещения окон инструментальных средств и строки состояния с кнопкой Start. На Рабочем столе может быть представлено любое сочетание из представленных ниже инструментальных средств:

· окно запуска приложений (Launch Pad);

· окно команд (Command Window);

· окно истории команд (Command History);

· окно просмотра помощи (Help Browser);

· окно просмотра текущей директории (Current Directory Browser);

· окно просмотра Рабочей области (Workspace Browser);

· окно Редактора данных (Array Editor);

· Редактор m– файлов (Editor/ Debugger);

· Профайлер (Profiler), оценивающий быстродействие команд.

Рис. 4.1. Рабочий стол системы MATLAB.

Помимо указанных инструментальных средств в систему MATLAB входят не управляемые посредством Рабочего стола графические окна (Figures), предназначенные для визуализации результатов вычислений.

Для управления окнами инструментальных средств предназначены команды меню View. Например, команда Desktop Layout открывает меню, в котором размещаются команды, предназначенные для отображения на Рабочем столе системы различных комбинаций инструментальных средств. Наиболее используемым расположением окон инструментальных средств при работе с системой MATLAB является расположение, принятое по умолчанию. Это расположение при необходимости можно установить командой View→ Desktop Layout→Default.

Для осуществления операций на файловом уровне предназначены команды меню File. Так с помощью подменю New можно открыть приложение для создания нового m – файла (Editor/ Debugger), динамической модели(SIMULINK), графического интерфейса пользователя (GUIDE), а также создать новое графическое окно. Команда Save Workspace as… позволяет сохранять данные, расположенные в рабочей области, на диске в виде двоичных файлов с расширением .mat. Для этих же целей служит и команда save. Например, вызов команды save fname X позволит записать значение переменной X в файл fname.mat. Следует отметить, что возможности сохранения всего текста сессии, формируемой в командном режиме, команда save не дает, для этого служит команда diary. Например, вызов команды diary filename приведет к записи на диск всех команд в строках ввода и полученных результатов в виде текстового файла с именем filename.m. Кроме того, в системе предусмотрена возможность приостановки записи в файл с помощью команды diary off и возобновления ранее прерванной записи с помощью команды diary on.

Для загрузки рабочей области ранее сохраненной сессии предназначена команда load. Например, для загрузки ранее сохраненного файла myf_1.mat следует вызвать команду load myf_1.mat. Если команда load используется в ходе проведения сессии, то произойдет замена текущих значений переменных теми значениями, которые были сохранены ранее в считываемом МАТ-файле. При этом для задания имен загружаемых файлов может использоваться знак *, означающий загрузку всех файлов с определенными признаками. Например, load lab*.mat означает загрузку всех файлов с началом имени lab, например lab_1, lab_2, lab_3 и т. д.

Для завершения работы с системой можно использовать команды exit, quit или комбинацию клавиш Ctrl+Q. Если необходимо сохранить значения всех переменных системы, то перед вводом команды exit следует дать команду save. В этом случае команда load после загрузки системы считает значения сохраненных переменных и позволит начать работу с системой с того момента, когда она была прервана.

Команды меню Edit позволяют отменять(Undo) или возвращать (Redo) отмененное действие, обмениваться информацией с буфером обмена (Cut–Вырезать, Copy– Копировать, Paste – Вставить, PasteSpecial – Специальная вставка), полностью выделять содержимое текущего окна (Selectall), а также очищать окно команд (ClearCommandWindow), окно истории команд (ClearCommandHistory) и содержимое рабочей области ( ClearWorkspace).

Команды меню Web позволяют перейти на страницу сайта фирмы разработчика системы MATLAB. Для переключения между окнами m– файлов, окнами библиотек блоков приложения SIMULINK, окнами моделей систем предназначены команды меню Windows. Доступ к справочной информации предоставляют команды меню Help.

Командное окно (Command Window) предназначено для ввода команд и вывода результатов их выполнения в текстовом режиме. Работа с командным окном происходит в диалоговом режиме. Пользователь вводит команду в командную строку после приглашения >> и нажимает Enter, после чего команда передается ядру системы MATLAB. Ядро проверяет команду на синтаксические ошибки и, в случае их отсутствия, выполняет команду и возвращает результат. В противном случае выводится сообщение об ошибке.

По умолчанию в командное окно результат выводится в числовом формате shortG. Изменить формат вывода числа можно с помощью диалогового окна Preferences, которое вызывается одноименной командой меню File. В данном окне после активизации инструментального средства Command Window из раскрывающегося списка поля Numeric format, расположенного внутри группы Text display, следует выбрать необходимый формат. Помимо этого сменить текущий формат можно также с помощью команды format. Список форматов вывода числовых данных представлен в таблице 4.1.

Таблица 4.1. Форматы вывода числовых данных.

Основы работы в МатЛаб. МатЛаб как универсальный калькулятор.

Среди множества существующих математических пакетов, таких как Mathematica, MathCad и др., система MatLab занимает лидирующее место благодаря удобному встроенному языку программирования для реализации самых разнообразных математических алгоритмов и задач математического моделирования. Кроме того, данный пакет имеет дополнительно инструмент визуального моделирования Simulink, позволяющий строить и исследовать математические модели, не прибегая к их программированию.

MATLAB – система многоцелевого назначения, которая вышла на рынок программных продуктов почти двадцать лет назад и с тех пор непрерывно совершенствовалась. Но первоначально ее основу составляли алгоритмы решения систем линейных уравнений и задач на собственные значения, откуда и произошло ее название «матричная лаборатория». Теперь она представляется наиболее эффективной при проведении прикидочных расчетов и при разработке новых алгоритмов. Сейчас уже существует несколько десятков специальных приложений к MATLAB-у, посвященных более узким проблемам. Это обработка сигналов и изображений, инженерное программирование в виде блок-схем, решение экономических задач и многое другое. Но любое из этих приложений можно изучать только после первоначального освоения MATLAB-а. В методическое пособие включены две лабораторные работы. Предполагается, что студенты уже имеют базовые знания по математическому анализу (дифференциальное и интегральное исчисление, решение дифференциальных уравнений), комплексным числам, векторам и матрицам. При выполнении первой лабораторной работы студенты осваивают стандартные программные структуры и команды MATLAB-а: числа, матрицы, функции, графическое представление функций, действия с массивами. При выполнении второй лабораторной работы студенты получают навыки решения следующих задач: нахождение нулей и точек экстремума функции, вычисление определенных интегралов, решение дифференциальных уравнений, а также знакомятся с возможностями пакета символьных вычислений Symbolic Math Toolbox.

MATLAB — это высокопроизводительный язык для технических расчетов. Он включает в себя вычисления, визуализацию и программирование в удобной среде, где задачи и решения выражаются в форме, близкой к математической. Типичное использование MATLAB — это:

анализ данных, исследования и визуализация

научная и инженерная графика

разработка приложений, включая создание графического интерфейса

MATLAB — это интерактивная система, в которой основным элементом данных является массив. Это позволяет решать различные задачи, связанные с техническими вычислениями, особенно в которых используются матрицы и вектора, в несколько раз быстрее, чем при написании программ с использованием «скалярных» языков программирования, таких как Си или Фортран.

MATLAB развивался в течении нескольких лет, ориентируясь на различных пользователей. В университетской среде, он представлял собой стандартный инструмент для работы в различных областях математики, машиностроении и науки. В промышленности, MATLAB — это инструмент для высокопродуктивных исследований, разработок и анализа данных.

В MATLAB важная роль отводится специализированным группам программ, называемых toolboxes. Они очень важны для большинства пользователей MATLAB, так как позволяют изучать и применять специализированные методы. Toolboxes — это всесторонняя коллекция функций MATLAB (М-файлов), которые позволяют решать частные классы задач. Toolboxes применяются для обработки сигналов, систем контроля, нейронных сетей, нечеткой логики, вэйвлетов, моделирования и т.д.

Система MATLAB состоит из пяти основных частей.

Язык MATLAB. Это язык матриц и массивов высокого уровня с управлением потоками, функциями, структурами данных, вводом-выводом и особенностями объектно-ориентированного программирования.

Среда MATLAB. Это набор инструментов и приспособлений, с которыми работает пользователь или программист MATLAB. Она включает в себя средства для управления переменными в рабочем пространстве MATLAB, вводом и выводом данных, а также создания, контроля и отладки М-файлов и приложений MATLAB.

Управляемая графика. Это графическая система MATLAB, которая включает в себя команды высокого уровня для визуализации двух- и трехмерных данных, обработки изображений, анимации и иллюстрированной графики. Она также включает в себя команды низкого уровня, позволяющие полностью редактировать внешний вид графики, также как при создании Графического Пользовательского Интерфейса (GUI) для MATLAB приложений.

Библиотека математических функций. Это обширная коллекция вычислительных алгоритмов от элементарных функций, таких как сумма, синус, косинус, комплексная арифметика, до более сложных, таких как обращение матриц, нахождение собственных значений, функции Бесселя, быстрое преобразование Фурье.

Программный интерфейс. Это библиотека, которая позволяет писать программы на Си и Фортране, которые взаимодействуют с MATLAB. Она включает средства для вызова программ из MATLAB (динамическая связь), вызывая MATLAB как вычислительный инструмент и для чтения-записи МАТ-файлов.

Simulink, сопутствующая MATLAB программа, — это интерактивная система для моделирования нелинейных динамических систем. Она представляет собой среду, управляемую мышью, которая позволяет моделировать процесс путем перетаскивания блоков диаграмм на экране и их манипуляцией. Simulink работает с линейными, нелинейными, непрерывными, дискретными, многомерными системами.

Blocksets — это дополнения к Simulink, которые обеспечивают библиотеки блоков для специализированных приложений, таких как связь, обработка сигналов, энергетические системы.

Real-Time Workshop — это программа, которая позволяет генерировать С код из блоков диаграмм и запускать их на выполнение на различных системах реального времени.

Лучший способ начать работу с MATLAB — это научиться обращаться с матрицами. В этой главе мы покажем вам, как надо это делать. В MATLAB матрица — это прямоугольный массив чисел. Особое значение придается матрицам 1×1, которые являются скалярами, и матрицам, имеющим один столбец или одну строку, — векторам. MATLAB использует различные способы для хранения численных и не численных данных, однако вначале лучше всего рассматривать все данные как матрицы. MATLAB организован так, чтобы все операции в нем были как можно более естественными. В то время как другие программные языки работают с числами как элементами языка, MATLAB позволяет вам быстро и легко оперировать с целыми матрицами.

Как и большинство других языков программирования, MATLAB предоставляет возможность использования математических выражений, но в отличие от многих из них, эти выражения в MATLAB включают матрицы. Основные составляющие выражения:

В MATLAB нет необходимости в определении типа переменных или размерности. Когда MATLAB встречает новое имя переменной, он автоматически создает переменную и выделяет соответствующий объем памяти. Если переменная уже существует, MATLAB изменяет ее состав и если это необходимо выделяет дополнительную память. Например,

создает матрицу 1×1 с именем num_students и сохраняет значение 25 в ее единственном элементе.

Имена переменных состоят из букв, цифр или символов подчеркивания. MATLAB использует только первые 31 символ имени переменной. MATLAB чувствителен к регистрам, он различает заглавные и строчные буквы. Поэтому А и а — не одна и та же переменная. Чтобы увидеть матрицу связанную с переменной, просто введите название переменной.

MATLAB использует принятую десятичную систему счисления, с необязательной десятичной точкой и знаками плюс-минус для чисел. Научная система счисления использует букву е для определения множителя степени десяти. Мнимые числа используют i или j как суффикс. Некоторые примеры правильных чисел приведены ниже

9.6397238 1.60210e-20 6.02252e23

1i -3.14159j 3e5i

Числа с плавающей точкой обладают ограниченной точностью — приблизительно 16 значащих цифр и ограниченным диапазоном – приблизительно от 10-308 до 10308

Выражения используют обычные арифметические операции и правила старшинства.

‘ комплексно сопряженное транспонирование

() определение порядка вычисления

2.3 Специальные символы

[ ] – квадратные скобки используют для создания матриц и векторов;

– пробел служит для разделения элементов матриц;

, – запятая применяется для разделения элементов матриц и операторов в строке ввода;

; – точка с запятой отделяет строки матриц, а точка с запятой в конце оператора (команды) отменяет вывод результата на экран;

: – двоеточие используется для указания диапазона (интервала изменения величины) и в качестве знака групповой операции над элементами матриц;

% – знак процента обозначает начало комментария;

! – отмечает начало команды DOS

’ – апостроф указывает на символьные строки.

MATLAB предоставляет большое количество элементарных математических функций, таких как abs, sqrt, exp, sin. Вычисление квадратного корня или логарифма отрицательного числа не является ошибкой: в этом случае результатом является соответствующее комплексное число. MATLAB также предоставляет и более сложные функции, включая Гамма функцию и функции Бесселя. Большинство из этих функций имеют комплексные аргументы. Чтобы вывести список всех элементарных математических функций, наберите

help elfun Для вывода более сложных математических и матричных функций, наберите

Некоторые функции, такие как sqrt и sin, — встроенные. Они являются частью MATLAB, поэтому они очень эффективны, но их вычислительные детали трудно доступны. В то время как другие функции, такие как gamma и sink, реализованы в М-файлах. Поэтому вы можете легко увидеть их код и, в случае необходимости, даже модифицировать его.

Несколько специальных функций предоставляют значения часто используемых констант.

i мнимая единица, √-1

j то же самое, что и i

realmin наименьшее число с плавающей точкой, 2-1022

realmax наибольшее число с плавающей точкой, (2-ε)21023

Бесконечность появляется при делении на нуль или при выполнении математического выражения, приводящего к переполнению, т.е. к превышению realmax. Не число (NaN) генерируется при вычислении выражений типа О/О или Inf- Inf, которые не имеют определенного математического значения.

Имена функций не являются зарезервированными, поэтому возможно изменять их значения на новые, например

и далее использовать это значение в последующих вычислениях. Начальное значение может быть восстановлено следующим образом

MATLAB имеет широкие возможности для графического изображения векторов и матриц, а также для создания комментариев и печати графики. Эта глава описывает несколько наиболее важных графических функций и дает примеры их применения.

Функция plot имеет различные формы, связанные с входными параметрами, например plot(y) создает кусочно-линейный график зависимости элементов у от их индексов. Если вы задаете два вектора в качестве аргументов, plot(x,y) создаст график зависимости у от х.

Например, для построения графика значений функции sin от нуля до 2π, сделаем следующее

Читать еще:  Ошибка 651 при подключении вай фай
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector