十年累计处分328家机构 银行间债市自律管理全面持续从严

MATLAB

Vyvojá?	MathWorks
Aktuální verze	R2024b (12. zá?í 2024)
Opera?ní systém	Multiplatformní
Vyvíjeno v	C, C++, Fortran a Java
Typ softwaru	Software pro vědeckotechnické vypo?ty
Licence	Proprietární
Web	Domovská stránka Matlabu
Některá data mohou pocházet z datové polo?ky.

百度 我们要牢记使命、感恩奋进，立足岗位教书育人，在这个美好的新时代实现新作为。

MATLAB (matrix laboratory) je interaktivní programové prost?edí a skriptovací programovací jazyk ?tvrté generace. Program MATLAB, ktery je k dispozici pro opera?ní systémy Linux (32bit, 64bit), Windows (32bit, 64bit), Mac OS X (64bit), je vyvíjen spole?ností MathWorks. MATLAB umo?ňuje po?ítání s maticemi, vykreslování 2D i 3D graf? funkcí, implementaci algoritm?, po?íta?ovou simulaci, analyzu a prezentaci dat i vytvá?ení aplikací v?etně u?ivatelského rozhraní. P?vodně byl jazyk ur?en pro matematické ú?ely, ale ?asem byl upraven, byly p?idány nové funkce a roz?í?ení, rozrostl se r?znymi směry a dnes je vyu?itelny v ?iroké paletě aplikací.

V roce 2004 měl MATLAB p?es milión u?ivatel? a to p?edev?ím z ?ad vědeckotechnickych pracovník?, student? a zaměstnanc? vysokych ?kol. MATLAB je vyu?íván pro vědecké a vyzkumné ú?ely a to jak v soukromém sektoru, tak i v akademickych ?adách. Hlavní oblastí vyu?ití jsou technické obory a ekonomie. Někte?í odborníci nepova?ují MATLAB za programovací jazyk, jiní o něm zase ?íkají, ?e je velice cennym a u?ite?nym programovacím jazykem.

Název MATLAB vznikl zkrácením slov MATrix LABoratory (volně p?elo?eno ?maticová laborato?“), co? odpovídá skute?nosti, ?e klí?ovou datovou strukturou p?i vypo?tech v MATLABu jsou matice. Vlastní programovací jazyk vychází z jazyka Fortran.

Historie

MATLAB vytvo?il na konci sedmdesátych let profesor Cleve Moler, ktery v té době p?sobil na Univerzitě v Novém Mexiku na kated?e informa?ních technologií. Navrhl MATLAB z d?vodu, aby jeho studenti mohli vyu?ívat LINPACK a EISPACK bez nutnosti se u?it programovací jazyk Fortran, ktery se mnoho let vyu?íval jako hlavní jazyk pro matematické vypo?ty. Programování ve Fortranu bylo slo?ité a skryvalo mnoho nástrah p?i ?e?ení matematickych vypo?t?. MATLAB se velice rychle roz?í?il i na dal?í univerzity a získal si veliké mno?ství u?ivatel? a fanou?k?. ?iroké vyu?ití na?el p?edev?ím v aplikované matematice. V roce 1983 kdy? byl Cleve Moler na náv?těvě na Stanfordově univerzitě se o MATLAB za?al zajímat Jack Little, ktery v softwaru uviděl ekonomicky potenciál. Do této doby byl MATLAB zdarma. Jack Little p?epsal MATLAB do jazyka C, p?idal některé dal?í funkce a knihovny a v roce 1984 zalo?ili Little, Moler a Steve Bergert spole?nost MathWorks, která dále pokra?ovala ve vyvoji a nabídla produkt na trh.

První verze pro PC XT byla vydána kolem roku 1985. Základním problémem bylo nedostatek paměti a z toho plynoucí omezení na maximální velikost matic. Po p?íchodu PC AT rychle následovala verze MATLABu pro tento po?íta?. Zde byla maximální velikost matice omezena fyzickou velikostí paměti (max 16 MiB). Vzhledem k tehdej?ím cenám paměti v?ak nebylo osazení vět?í paměti bě?né. Velké obliby doznala verze MATLAB 386, která byla ur?ena pro PC s 32bitovym procesorem Intel 80386, která vyu?ívala virtuální pamě?. Program pracující s virtuální pamětí umo?ňuje vyu?ívat více opera?ní paměti, ne? je dostupná fyzická pamě? RAM, proto?e dochází k odkládání dat na pevny disk po?íta?e. Tato skute?nost sice vede k zpomalení vypo?t?, ale je mo?né vypo?ty na velkych maticích v?bec provést.

Vlastnosti

Programovací jazyk Matlab je integrované prost?edí, které je ur?ené pro vědeckotechnické ú?ely, simulace, paralelní vypo?ty apod. Zahrnuje vypo?ty, vizualizaci a programovaní do u?ivatelsky ovladatelného prost?edí. Problémy a ?e?ení jsou nej?astěji vyjád?eny pomocí známych matematickych vztah?. Typické oblasti pou?ití:

• in?enyrské vypo?ty,
• tvorba algoritm?,
• modelování a simulace,
• analyza dat,
• vědecká a in?enyrská grafika,
• tvorba aplikací (v?etně grafického rozhraní).

Mezi základní vlastnosti lze zahrnout vlastnost, ?e ve?keré objekty v Matlabu jsou pova?ovány za prvky pole (matice). Tyto prvky v?ak mohou byt nejen ?ísla, proměnné, ale i slo?itěj?í struktury jako nap?íklad obrázky. Vykonnost Matlabu je roz?i?ována díky navazujícímu softwaru, které tvo?í p?edev?ím soubory programu tzv. "toolboxy", orientované zpravidla na dany problém nebo u?ivatelem sestavené programy, tzv. m-files (m-soubory).

Proměnné v Matlabu

MATLAB má slabou dynamickou typovou kontrolu. Co? znamená, ?e proměnné v MATLABu nemají po deklaraci ur?eny datovy typ a mění datovy typ během své existence. Je mo?né do jedné proměnné ulo?it datovy typ integer a následně v kódu do té samé proměnné ulo?it textovy ?etězec, kterym p?epí?eme p?vodní hodnotu. Dynamické typování je pru?něj?í a mnohdy pohodlněj?í pro programátora, ov?em je daleko náchylněj?í ke vzniku chyb. Programátor si typovou kontrolu musí hlídat sám a některé takto vzniklé chyb se projeví a? daleko od místa svého vzniku a jsou tak jen tě?ko odhalitelné.

• Proměnné v Matlabu nevy?adují deklaraci, vzniknou prvním p?i?azením hodnoty.
• ?tení z neexistující proměnné vyvolá chybu.
• Změny typu a velikosti proměnnych probíhají automaticky.

Základním druhem proměnné je matice. Ka?dá matice m??e v Matlabu obsahovat:

• ?ísla v r?znych formátech (celo?íselná, s plovoucí desetinnou ?árkou, komplexní),
• znaky (s vektorem znak? je zacházeno jako se ?etězcem),
• struktury, které mohou obsahovat dal?í matice nebo struktury,
• symbolické proměnné nebo speciální typy (nap?. p?enosová funkce 'tf').

Matice m??e mít prakticky libovolny po?et rozměr?, v ka?dém rozměru jsou prvky ozna?eny celymi kladnymi ?ísly od 1 do n. Matice o rozměrech 1 × 1 je ozna?ována jako skalár, matice 1 × n nebo m × 1 je ozna?ována jako vektor. Matice jsou v?dy obdélníkové (nejsou mo?ná pole polí jako nap?. v C++ s r?znymi délkami druhé úrovni). V?echny prvky jedné matice musí byt stejného typu ('double', 'int', 'logical', 'struct', 'sym', …).

Omezení matic na stejny typ ve v?ech prvcích odstraňují později zavedení proměnné 'cell', k jejím? prvk?m se p?istupuje pomocí slo?enych závorek. Jednotlivé prvky 'cell' mohou mít libovolny obsah.

M-file

Soubory s koncovkou *.m, takzvané m-files, obsahují definice funkcí, skript? nebo t?íd. Sami si m??ete m-files vytvá?et a tak p?idávat do MATLABu nové funkce a roz?i?ovat tak jeho vyu?ití. Název funkce v m-filu musí byt stejny jako název souboru. U funkce si nastavíte vstupní parametry a návratové hodnoty, následny komentá?, slou?í jako nápověda, popisující k ?emu daná funkce slou?í.

Jednoduchy p?íklad funkce ulo?ené v m-file:

function [ x ] = linearniRovnice(a,b,c)
  % lineárníRovnice - funkce pro vypo?et lineární rovnice
  % parametry a,b,c zastupují hodnoty z rovnice ax+b=c

  if a==0
    if b==c
      x = 'Rovnice má nekone?ně mnoho ?e?ení';
    else 
      x = 'Rovnice nemá ?e?ení';
    end;
  else
    x = (c-b)/a;
  end;
end

MATLAB podporuje funkce s r?znym po?tem vstupních i vystupních parametr?. Ve?kery text na ?ádku za znakem ' % ' je brán jako komentá?. St?edníky v MATLABu neslou?í k ukon?ení ?ádku nebo p?íkazu, ale k zabránění vypisu na obrazovku. Kdybychom st?edníky nepou?ili, na obrazovku by se vypsaly v?echny kroky a jejich mezivysledky, které funkce provádí.

Komponenty

Toolboxy - Knihovny

D?le?itou ?ástí instalace MATLABu jsou knihovny funkcí (adresá?e s m a mex soubory), které jsou nazyvány toolboxy. Toolboxy obsahují v?dy ucelenym zp?sobem, v?etně dokumentace a p?íklad?, zpracovany ur?ity obor numerické matematiky, analytické matematiky, statistiky, systémového p?ístupu k regulacím a dal?í obory, ve kterych nachází Matlab uplatnění. Takovychto balík? je dnes k dispozici asi 35.

Simulink

Simulink je program, ktery vyu?ívá Matlab a jeho funkce k simulaci dynamickych systém?. Je mlad?í ne? Matlab. Jeho první verze byla k dispozici pro Matlab 4. Simulink má trochu jiné u?ivatelské rozhraní ne? Matlab. Zatímco u Matlabu je stále nejd?le?itěj?í p?íkazovy ?ádek, ovládání Simulinku je jednodu??í a intuitivněj?í, ale pokro?ilej?í funkce nelze provádět bez znalosti jazyka Matlab. Interaktivní zp?sob tvorby a simulace model? se spou?tí z p?íkazové ?ádky systému Matlab p?íkazem simulink. Po spu?tění je vytvo?eno okno pro tvorbu nového modelu a okno obsahující základní nabídku otvírání knihoven zdroj? signál?, základních spojitych, diskrétních a nelineárních blok? a blok? pro zobrazování a ukládání signál?. Pod touto interaktivní obálkou se skryvá systém velmi podobny grafickému subsystému s obdobnymi funkcemi simget a simset. Dal?í vrstva funkcí umo?ňuje ji? komfortněj?í neinteraktivní tvorbu model? systém?. Pro obvyklého u?ivatele v?ak není nutné o implementaci a programování model? p?emy?let.

Guide

Prost?edí, které umo?ňuje vytvá?et aplikace s grafickym rozhraním, se nazyvá GUIDE (Graphical User Interface Development Environment). Obsahuje následující vlastnosti:

• umo?ňuje vytvá?et a editovat u?ivatelské rozhraní pomocí základních komponent (checkbox, sliders, tables apod.)
• v?echny komponenty, které jsou vytvo?eny v tomto prost?edí, lze měnit za běhu aplikace
• vzhled vytvo?ené GUI aplikace je ukládán do souboru s p?íponou *.fig a jeho zdrojovy kód s p?íponou *.m

Spu?tění pr?vodce pro tvorbu GUI aplikací je mo?né více zp?soby. Jedním z nich je vyu?ít základní menu File/New/GUI nebo zápisem a potvrzením p?íkazu guide v hlavním prost?edí Matlabu.

Rozhraní pro jiné programovací jazyky

MATLAB Builder JA je sou?ástí MATLABu verze R2006b a vy??í. Spole?ně s MATLAB kompilátorem umo?ňuje vytvá?et Java komponenty (jar archívy) z matlabovskych program?. Java komponentu lze pak nasadit nap?. do desktopové aplikace nebo na webovy server.

Objektově-orientované programování

MATLAB podporuje objektově-orientované programování a podle stránek MathWorks vám umo?ní vyvíjet komplexní aplikace rychleji ne? v jinych programovacích jazycích jako je Java nebo C#. V MATLABu m??ete vytvá?et t?ídy, pou?ívat dědi?nost, nastavovat události a poslucha?e pro pozorování objekt? nebo vyu?ívat návrhovych vzor? pou?ívanych i v jinych objektově-orientovanych jazycích a p?itom z?stat ve vysoko-úrovňovém jazyce. OOP vyznamně zjednodu?uje a zp?ehledňuje tvorbu slo?itěj?ích aplikací.

P?íklady

Definice funkce faktoriálu:

function f=fakt1(n)
% FAKT1 - vypocet faktorialu celeho cisla
% f=fakt1(n)
% n ... cislo
% f ... faktorial (f=n!)

if n<0 % kontrola vstupu
 error('faktorial neexistuje') % KONEC, nic nepocitame
end
f = 1; % priprava vysledku
while n>1 % dokud je co pridat do vysledku
 f = f*n; % pridavame do vysledku
 n = n-1; % postupne snizujeme 'n'
end
% nakonec je 'n' rovno jedne a 'f' obsahuje jeho faktorial

Definice funkce Fibonacciho posloupnost:

function f = fibonacci(n)
f = zeros(n,1);
f(1) = 1;
f(2) = 2;
for k = 3:n
f(k) = f(k-1) + f(k-2);
end

Kód pro vykreslení loga Matlabu:

ax = axes('CameraPosition', [-200 -265 220], 'CameraTarget',[25 25 10], ...
 'CameraUpVector',[0 0 1], 'CameraViewAngle',10, ...
 'Position',[0 0 1 1], 'Visible','off');
surface(40*membrane(1,21), 'EdgeColor','none', ...
 'FaceColor',[0.9 0.2 0.2], 'FaceLighting','phong', ...
 'SpecularStrength',1.1, 'SpecularExponent', 7, 'parent',ax);
light('Position',[40 100 20], 'Color',[0 0.8 0.8], 'parent',ax, 'Style','local');
light('Position',[.5 -1 .4], 'Color',[0.8 0.8 0], 'parent',ax)

Alternativy MATLABu

Na trhu se vyskytuje velké mno?ství konkurent? pro MATLAB. Z komer?ních produkt? to jsou nap?íklad Mathematica, Maple, IDL od spole?nosti ITT Visual Information Solutions nebo také Metlynx. Existují také open source alternativy k MATLABU, jako je GNU Octave, FreeMat a Scilab, které jsou s MATLABovskym jazykem v lec?em srovnatelné ov?em kvality prost?edí MATLABu zdaleka nedosahují. Existují také r?zné knihovny, které p?idávají podobnou funk?nost jako má MATLAB do jinych existujících jazyk?. Takovéto knihovny jsou nap?íklad IT++ pro C++, Perl Data Language pro Perl nebo SciPy spole?ně s NumPy a Matplotlib pro Python.

Odkazy

Související ?lánky

• Scilab
• GNU Octave
• Numerická matematika

Literatura

• ti?těná skripta - Du?ek, F.: MATLAB a SIMULINK – úvod do pou?ívání. Univerzita Pardubice 2000, 147 s., ISBN 80-7194-273-1
• Doňar Bohuslav, Zaplatílek Karel: MATLAB pro za?áte?níky 1. díl, BEN - technická literatura, 2003, ISBN 80-7300-175-6
• Doňar Bohuslav, Zaplatílek Karel: MATLAB - tvorba u?ivatelskych aplikací 2. díl, BEN - technická literatura, 2004, ISBN 80-7300-133-0
• Doňar Bohuslav, Zaplatílek Karel: MATLAB - za?ínáme se signály 3. díl, BEN - technická literatura, 2006, ISBN 80-7300-200-0

Externí odkazy

• Obrázky, zvuky ?i videa k tématu MATLAB na Wikimedia Commons
• Oficiální stránky
• ?esky p?eklad MATLAB Primer CZ Archivováno 28. 3. 2006 na Wayback Machine. – také ?jak za?ít“

Autoritní data	NKC: ph117047 PSH: 13889 BIBSYS: 90605893 BNF: cb12488192g (data) CANTIC: 981060555939706706 LCCN: n92036881 NLG: 59208 NLI: 987007289707705171 SUDOC: 03409038X VIAF: 178697808