Теоретичні відомості. Сучасна комп’ютерна математика пропонує цілий набір інтегрованих програмних систем та пакетів програм для автоматизації математичних обчислювань: Eureka
Сучасна комп’ютерна математика пропонує цілий набір інтегрованих програмних систем та пакетів програм для автоматизації математичних обчислювань: Eureka, Gauss, TK Solver!, Derive, Mathcad, Mathematica, Maple V та інш. Виникає питання: «Яке місце у цьому займає система MATLAB?» MATLAB – одна з найстарших, ретельно пророблених та перевірених часом систем автоматизації математичних обчислювань, побудованая на розширеному подаванні та застосуванні матричних операцій. Це знайшло відображення в назві системи MATLAB – MAT rix LAB oratory (МАТ річна ЛА Бораторія). Типове використовування MATLAB – це:
Дана система може бути використана в областях науки та техніки, таких як електро- і радіотехніка, динаміка, акустика, енергетика, економіка. MATLAB дозволяє виконувати матричний аналіз, вирішення задач математичної фізики, статистичних, оптимізаційних та фінансово-економічних задач, дослідження та обробка сигналів та зображень, обробка та візуалізація інформації. Але найбільшою мірою ступені, дане середовище орієнтоване на виповнення інженерних задач, тому що її математичний апарат основується на обчислюванні з матрицями та комплексними числами. MATLAB містить кількість процедур та функцій, необхідних інженеру та науковому робітнику для виконання складних обчислювань та моделювання поведінки технічних та фізичних систем. MATLAB ЯК МАТЕМАТИЧНИЙ ПАКЕТ, МОЖЛИВОСТІ, РЕЖИМИ. ТИПИ ДАНИХ, ЯКИМИ ОПЕРУЄ MATLAB. Система MATLAB складається з п'яти основних частин. MATLAB – це мова матриць і масивів високого рівня з управлінням потоками, функціями, структурами даних, введенням та виведенням даних і особливостями об'єктно-орієнтованого програмування. Середовище MATLAB. Це набір інструментів і пристосувань, з якими працює користувач або програміст MATLAB. Вона включає засоби для управління змінними в робочому просторі MATLAB, введення і виведення даних, а також створення, контролю і відладки m -файлів і додатків MATLAB. Графічна система MATLAB включає команди високого рівня для візуалізації двух- і тривимірних даних, обробки зображень, анімації і ілюстрованої графіки. Вона також включає команди низького рівня, що дозволяють повністю редагувати зовнішній вигляд графічної інформації таким чином, як при створенні графічного (для користувача) інтерфейсу (GUI) для MATLAB додатків. Бібліотека математичних функцій – це обширна колекція обчислювальних алгоритмів від елементарних функцій, таких як сума, синус, косинус, комплексна арифметика, до складніших, таких як обернення матриць, знаходження власних значень, функції Бесселя, швидке перетворення Фурье. Програмний інтерфейс – це бібліотека, яка дозволяє писати програми на Сі і Фортрані, які взаємодіють з MATLAB. Вона включає засоби для виклику програм з MATLAB (динамічний зв'язок): MATLAB викликається як обчислювальний інструмент і для читання або запису m -файлів. Simulink, супутня MATLAB програма, – це інтерактивна система для моделювання нелінійних динамічних систем. Вона є середовищем, яке управляється мишкою, яка дозволяє моделювати процес шляхом перетягування і маніпуляції блоків діаграм на екрані. Simulink працює з лінійними, нелінійними, безперервними, дискретними, багатовимірними системами. Blocksets – це доповнення до Simulink, які забезпечують бібліотеки блоків для спеціалізованих додатків, таких як зв'язок, обробка сигналів, енергетичні системи. Cеанс роботи з MATLAB прийнято називати сесією (session). Сесія, по суті, є поточним документом, що відображає роботу користувача з системою MATLAB. У ній є рядки введення, висновку і повідомлень про помилки. Вхідні в сесію визначення змінних і функцій, розташовані в робочій області пам'яті, але не саму сесію, можна записати на диск (файли формату. mat), використовуючи команду save (зберегти). Команда load (завантажити) дозволяє рахувати з диска дані робочої області. Фрагменти сесії можна оформити у вигляді щоденника за допомогою команди diary (щоденник). Робота в середовищі MATLAB може здійснюватися у двох режимах. 1. Режим калькулятора. Обчислення можна виконувати у режимі прямих обчислювань, тобто, без підготовки програми. Робота з системою у такому режимі носить характер діалога і відбувається згідно правилу «задав питання, отримав відповідь». Користувач набирає на клавіатурі обчислювальний вираз, редагує його (коли треба) у командному рядку та завершує введення інформації натисканням клавіши ENTER. 2. Програмний режим. Це режим виклику програми, що створена та записана на диск мовою MATLAB і містить усі необхідні команди, які забезпечують введення даних, організацію обчислень та виведення результатів на екран. У командному вікні у режимі діалога проводяться обчислення та активізуються елементи середовища MATLAB. Виконувач завдання вводить команди або запускає на виповнення файли з текстами на мові MATLAB. Інтерпретатор здійснює обробку введених даних та формує результати: числові та строкові данні, попередження та інформацію про помилки. В обох режимах користувачу доступні практично всі обчислювальні можливості системи, у тому числі виведення інформації в графічній формі. Програмний режим дозволяє зберігати розроблені обчислювальні алгоритми і без додаткових операцій повторювати обчислення з іншими початковими даними. MATLAB оперує з такими типами даних:
o числові; o векторні; o символьні; o системні (i, j, π, e, ans, Inf, NaN, realmin, realmax). Математичний пакет MATLAB був створений у 1997 році. Система спочатку була призначена для чисельних обчислень. З часом кількість можливостей MATLAB істотно зростала, з'явилися бібліотеки, які реалізують унікальні для математичних пакетів функції. Наприклад, широко відома бібліотека Simulink, що відтворює принцип візуального програмування, дозволяє не написавши ні строчки коду побудувати функціональну схему системи управління із стандартних блоків (підсилювач, суматор, інтегратор і т.д.) і проаналізувати її роботу. MATLAB відрізняється високою швидкістю чисельних обчислень. З недоліків слід зазначити відносно невисоку ступінь інтегрованості середовища, не зовсім вдалу довідкову систему і специфічний редактор коду MATLAB -програм.
|
