Wprowadzenie do Matlaba.pdf

Matlab

Uniwersalne środowisko do obliczeń naukowo-technicznych

MATLAB (MATrix LABoratory) - interakcyjne środowisko do wykonywania naukowych

i inżynierskich obliczeń oraz wizualizacji danych

• produkt firmy The Math Works, Inc (adres internetowy http://www.mathworks.com)

• zakres zastosowań obejmuje różne dziedziny nauki i techniki, w tym biologię, medycynę,

ekonomię, metrologię i wiele innych

• jego zalety to możliwość szybkiego uzyskania rezultatów złożonych obliczeń i przedstawienia

ich w postaci wykresów dwu- lub trójwymiarowych, a także jako mapy wielobarwne

• jest to przede wszystkim język programowania wysokiego poziomu, a jego środowisko to

typowy interpreter języka poleceń

Zmienne w Matlabie:

• macierze rzeczywiste i zespolone o wymiarach [ w x k ] to podstawowy typ danych

(przy czym skalary to macierze [ 1 x 1 ])

• zmienne tekstowe (łańcuchowe) to drugi rodzaj zmiennych

• stałe w pojęciu języków programowania nie występują, można je zapisać pod postacią

zmiennych

W Matlabie zmiennych nie deklaruje się; użycie zmiennej automatycznie powoduje

przydzielenie jej odpowiedniego obszaru przestrzeni roboczej. Zmienne są przechowy-wane w

przestrzeni roboczej Matlaba i są dostępne tylko przez nazwę (nie występują wskaźniki typowe

np. dla języka C). Nazwa zmiennej może składać się z dużych i/lub małych znaków.

Środowisko języka Matlab:

• otwartość i łatwość rozbudowy pakietu - wygodny dostęp do poleceń, funkcji i bibliotek

• praca w trybie interakcyjnym (obliczenia - wykresy - sprawozdanie - wydruki)

• możliwość wyboru platformy sprzętowej - programy i dane można przenosić na inne

komputery

• otwarta architektura pakietu, na którą składają się:

− M-pliki , umożliwiające definiowanie własnych poleceń i algorytmów obliczeniowych,

− MEX-pliki (skompilowane podprogramy w C lub Fortranie),

− MAT-pliki i pliki ASCII służące do wymiany danych i wyników obliczeń pomiędzy

Matlabem a innymi programami,

− Grafika służy do wizualizacji danych i wyników obliczeń (animacja i efekty

dźwiękowe),

− GUI interfejs graficzny daje możliwość pracy interakcyjnej za pomocą okienek

edycyjnych, przycisków, suwaków i menu,

− Usługi DDE realizują statyczną lub dynamiczną wymianę danych tekstowych i

graficznych pomiędzy programami w środowisku Windows,

• Toolboxy (przyborniki) to ponad 20 wyspecjalizowanych pakietów oprogramowania do

różnorodnego wykorzystania; są to biblioteki M-plików, które poszerzają zakres zasto-sowań

Matlaba o najnowsze i najbardziej efektywne osiągnięcia w różnych dziedzinach nauki i

techniki

• SIMULINK to interaktywny pakiet do modelowania i symulacji systemów dynamicznych.

Umożliwia tworzenie wielopoziomowych schematów blokowych. Obiekty są umieszczone w

okienkach jako ikony - można je łączyć w schematy blokowe służące do symulacji. Można

tworzyć własne biblioteki obiektów

• Notatnik integruje usługi pakietu Matlab i edytora tekstu Word

• dodatkowe narzędzia produkowane przez niezależne firmy

Dokumentacja podstawowa:

• MATLAB User’s Guide - podręcznik z przykładami praktycznych zastosowań oraz omówienie

zasad użytkowania pakietu

• MATLAB Reference Guide - zawiera alfabetyczny spis prawie wszystkich poleceń i funkcji, z

opisem i przykładami ich wykorzystania

System pomocy tekstowej

• wywołuje się myszką z menu lub jako polecenie:

>> help

lub

>> help nazwa_polecenia

lub

>> help nazwa_M-pliku

• zapoznanie się z podstawowymi operatorami, instrukcjami i znakami specjalnymi

stosowanymi w Matlabie ( >> intro )

• demo - zestaw programów pokazujących zastosowanie Matlab'a dla rozwiązywania

wybranych problemów numerycznych ( >> demo )

Przykłady zastosowań MATLAB'a

• pomiary

− badanie jakości żywności - w laboratorium stworzono bazę danych z wynikami analiz

typowych produktów żywnościowych; wyniki badań nowej próbki są porównywane

przez system ekspertowy z próbkami wyrobu od innych producentów z

wykorzystaniem metod rozpoznawania obrazów

• medycyna

− analiza i wizualizacja przebiegów EEG z 64 kanałów (elektrod)

• energetyka

− optymalizacja położenia prętów sterujących w rdzeniu elektrowni jądrowej

• zastosowania techniczne i wojskowe

− system TOS służący do przemieszczania satelity telekomunikacyjnego z orbity

tymczasowej na stacjonarną

− modelowanie aerodynamiki samolotu myśliwskiego JAS 39 Grippen (Saab)

• transport

− koleje - badanie dynamiki wagonu na poduszce magnetycznej, wibracji torów oraz

systemu sterowania

− identyfikacja parametrów samochodu w oparciu o dane pomiarowe z jazdy próbnej

− testowanie systemów sterowania jednoczesnego skręcania kół w samochodach

formuły 1

Menu okna poleceń MATLAB'a

Okno poleceń Matlab'a posiada nagłówek MATLAB Command Window ; zawiera ono menu

główne z następującymi opcjami:

• File - zawiera opcje, które umożliwiają operacje na M-plikach:

− New/M-file - otwarcie okna edycyjnego celem utworzenia nowego M-pliku. Pozostałe

opcje New realizują:

− New/Figure - otwarcie nowego okna graficznego,

− New/Model - otwarcie okna Untitled dla tworzenia nowego modelu Simulink'a

− Open M-file ... - modyfikacja istniejącego M-pliku,

− Run M-file ... - uruchomienie M-pliku,

− Print - drukowanie wybranych M-plików, przy czym parametry wydruku ustawia się

poprzez Printer Setup,

− Save Workspace As ... - zapis wszystkich zmiennych z przestrzeni roboczej do MAT-

pliku o podanej nazwie,

− Look for Selected - wyszukiwanie informacji według słów kluczowych,

− Exit - zakończenie sesji Matlab'a

• Edit - przenoszenie informacji do bufora poprzez funkcje Cut, Copy, Paste, Clear

• Options - wybór edytora dla plików oraz parametrów związanych np. z formatem danych

numerycznych, kolorem, wielkością i krojem znaków itp.

• Windows - podaje spis otwartych okien Matlab'a

• Help - interaktywna pomoc

Styl programowania w MATLAB-ie

• intensywne wykorzystanie funkcji oraz operatorów arytmetycznych dla operacji tablicowych i

macierzowych

• zdecydowane ograniczenie stosowania pętli for , szczególnie w przypadku operacji na

wektorach i macierzach

• tworzenie własnych M-plików skryptowych i funkcyjnych, tak aby działały poprawnie zarówno

dla skalarów i macierzy

• tworzenie warunków do wielokrotnego wykorzystania tworzonych programów i ich

fragmentów

• analiza M-plików dostarczonych wraz z MATLAB-em

Podstawy języka MATLAB

Obsługa plików i katalogów

Nazwa funkcji Sposób działania funkcji

who listuje bieżące zmienne

whos listuje bieżące zmienne i podaje ich wymiary

which funkcja wskazuje katalog w którym jest funkcja

size macierz wyprowadza na ekran wymiary macierzy

what wyprowadza na ekran listę m-plików

type plik wyprowadza na ekran listing pliku o nazwie plik.m

exit kończy sesję Matlaba

save zapamiętuje całą zawartość przestrzeni roboczej

load ładuje zawartość pliku matlab.mat do przestrzeni roboczej

dir,ls wyświetla zawartość katalogu

cd zmienia bieżący katalog

pwd pokazuje nazwę bieżącego katalogu

matlabpath pokazuje listę katalogów widzianych przez Matlab’a

format ustala format wprowadzanych danych

diary nazwa_pliku zapisanie przebiegu sesji Matlaba w pliku

Znaki specjalne

• stosuje się je do wprowadzania danych i komentarzy, pisania wyrażeń i poleceń

Symbol znaku

Opis znaku specjalnego

Przykład

przypisanie wartości

>> x = 3

[ ]

używane przy tworzeniu wektorów, macierzy i listy

argumentów wyjściowych funkcji

>> a = [2 3 7]

( )

zaznaczanie wyrażeń liczonych w pierwszej kolejności i

listy argumentów wejściowych funkcji

>> y = 2 * (sqrt(225) + 1)

kropka dziesiętna; element operatorów arytmetycznych

>> x = 2.4315

katalog macierzysty

>> pwd; cd ..; pwd

...

kontynuacja polecenia w następnej linii

separacja indeksów, argumentów funkcji, poleceń

;

koniec wiersza macierzy; wstrzymanie wypisania

odpowiedzi

>> d = [5 1 3];

początek komentarza

% Komentarz

generowanie wektorów, indeksowanie macierzy

>> m = 0 : .2 : 5

operator transpozycji lub sprzężenia macierzy

>> A=[1 2 ; 3 4]; B = A’

wykonanie komendy systemu operacyjnego

>> ! nc

Zmienne specjalne

Nazwa

Opis zmiennej lub stałej

ans

zmienna robocza

computer

nazwa komputera na którym pracuje Matlab

eps

precyzja zmiennoprzecinkowa (dokładność obliczeń)

flops

licznik operacji zmiennoprzecinkowych

i,j

jednostka urojona

Inf

nieskończoność

NaN

wartość nieokreślona

nargin

liczba argumentów wejściowych funkcji

nargout

liczba argumentów wyjściowych funkcji

3.1415926535897...

realmax

największa dostępna liczba rzeczywista

realmin

najmniejsza dostępna liczba rzeczywista

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: