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關于MATLAB的介紹和用途分析

MATLAB ? 來源:djl ? 2019-09-18 14:21 ? 次閱讀

MATLAB 是受全球數百萬工程師和科學家青睞的高級語言和交互環境。您可以探尋思路,實現可視化,開展跨學科協作,包括信號和圖像處理、通訊、控制系統和計算金融。

您可以在諸如能耗建模之類的項目中使用 MATLAB,構建智能電網,為高超音速飛行器開發控制算法,分析氣象數據以實現颶風軌跡和強度的可視化,運行數百萬次仿真以確定抗生素的最佳劑量。

您將如何使用 MATLAB?

主要特性

用于數值計算、可視化和應用程序開發的高級語言

可實現迭代式探查、設計及問題求解的交互式環境

用于線性代數、統計、傅立葉分析、篩選、優化、數值積分以及常微分方程求解的數學函數

用于數據可視化的內置圖形以及用于創建自定義繪圖的工具

用于改進代碼質量和可維護性并最大限度地發揮性能的開發工具

用于構建自定義圖形界面應用程序的工具

可實現基于 MATLAB 的算法與外部應用程序和語言(如 C、Java、.NET 以及 Microsoft Excel)集成的函數

關于MATLAB的介紹和用途分析


使用 MATLAB 桌面執行數據分析及數據可視化。MATLAB環境還可用來編寫程序以及開發算法和應用程序。

主要功能

1. 數值計算

MATLAB提供了一系列用于分析數據、開發算法和創建模型的數值計算方法。MATLAB語言包括用以支持常見的工程設計和科學運算的數學函數。核心的數學函數采用處理器優化庫,可以快速地執行向量運算和矩陣運算。具體可采用的方法包括:

插值與回歸

微分與積分

線性方程組

傅里葉分析

特征值與奇異值

常微分方程(ODE)

稀疏矩陣

MATLAB附加產品提供了各種專業領域的函數,如統計、優化、信號分析以及機器學習

關于MATLAB的介紹和用途分析

使用二維三次插值完善柵格數據。

2. 數據分析和可視化

MATLAB提供了用于數據采集、分析和可視化的工具,使您能夠深入探查數據,而且與使用電子表格或傳統編程語言相比節省了大量時間。此外,還可以通過繪圖、報告或發布MATLAB 代碼的形式來記錄和共享結果。

采集數據

利用 MATLAB,可以從文件、其他應用程序、數據庫以及外部設備訪問數據。您可以從各種常用文件格式(如 Microsoft Excel、文本或二進制文件、圖像、語音和視頻文件)以及諸如 netCDF 和 HDF 等科學文件中讀取數據。借助文件 I/O 函數,可以處理任意格式的數據文件。

通過將 MATLAB 與附加產品配合使用,可以從諸如計算機串口或聲卡等硬件設備獲取數據,并且使實時測量的數據接導入 MATLAB,以便用于分析和可視化處理。此外,還可以實現與各種儀器(如示波器、函數發生器以及信號分析儀)之間的通信

關于MATLAB的介紹和用途分析

使用“導入工具”可將數字和文本混合文件導入 MATLAB。MATLAB 能夠以編程的形式自動生成有待導入文件中的腳本或函數。

分析數據

利用 MATLAB,可以對數據進行管理、篩選以及預處理。您可以執行探索性數據分析,探明趨勢,檢驗假設,并構建描述模型。MATLAB 提供了可用于濾波和平滑、插值、卷積以及快速傅 立葉變換 (FFT) 的各種函數。各種附加產品提供了可用于曲線和曲面擬合、多元統計、頻譜分析、 圖像分析、系統識別及其他分析任務的多種功能。

關于MATLAB的介紹和用途分析

使用 MATLAB 和 Curve Fitting Toolbox 將曲面擬合到自定義模型數據。

數據可視化

MATLAB 提供了內置的二維和三維繪圖函數,以及立體可視化函數。使用這些函數,可以實現數據可視化,了解數據,并交流結果。對繪圖進行自定義時既可以采用交互方式,也可以采用編程方式。

關于MATLAB的介紹和用途分析

使用 MATLAB 交互式繪圖環境編輯曲面等高線圖的標題。

存檔和共享結果

您可以采用圖形或完整報告的方式來共享結果。通過定制 MATLAB 圖形,可以符合出版規格,并保存為常見的圖形和數據文件格式。執行 MATLAB 程序時,可以自動生成報告。所生成的報告中含有代碼、注釋和程序結果,其中包括圖形。報告可采用各種格式(如 HTML、PDF、Word 或 LaTeX)發布。

關于MATLAB的介紹和用途分析

利用 MATLAB 編輯器以 HTML 格式(右)發布的 MATLAB 程序(左)。其中捕獲并包含了顯示在“命令行窗口”中或顯示為圖形的結果,而且代碼注釋轉被轉換成 HTML 文件中的分節標題和正文文本。

3. 編程與算法開發

MATLAB 提供了一種高級語言和開發工具,使您可以迅速地開發并分析算法和應用程序。

MATLAB語言

MATLAB 語言對向量運算和矩陣運算提供內在支持,這些運算是解決工程和科學問題的基礎,能夠實現快速開發和執行。

使用 MATLAB 語言,編程和開發算法的速度較使用傳統語言大幅提高,這是因為無須執行諸如聲明變量、指定數據類型以及分配內存等低級管理任務。在很多情況下,支持向量運算和矩陣運算就無需使用 for 循環。因此,一行MATLAB代碼通常等同于數行 C 代碼或 C++ 代碼。

MATLAB 提供了傳統編程語言的多項功能,其中包括流控制、錯誤處理以及面向對象編程 (OOP)。您既可以使用基本的數據類型或高級數據結構,也可以定義自定義數據類型。

采用交互方式,一次僅執行一個命令,可以即時生成結果。這種方法可以快速試探多個選項,通過反復迭代,找出最佳的解決方案。通過捕獲交互式步驟,生成可以重復使用的腳本和函數,并實現任務的自動化。

開發工具

MATLAB 內置的各種工具可以實現高效的算法開發,包括:

命令行窗口- 能夠以交互的方式輸入數據,執行命令和程序,以及顯示結果

MATLAB 編輯器- 提供編輯和調試功能,如設置斷點及逐步調試各行代碼

代碼分析器- 自動檢查代碼是否有問題,并提出修改建議,以最大限度地發揮性能以及可維護性

MATLAB 事件探查器– 衡量 MATLAB 程序的性能,并確定需要修改加以改進的代碼范圍

其他工具可以對代碼和數據文件進行比較,并提供顯示文件相關性、注釋提示和代碼涵蓋范圍的報告。

關于MATLAB的介紹和用途分析


在調試模式下運行以便診斷問題的 MATLAB 程序。

與其他語言和應用程序集成

MATLAB 應用程序可以與其他語言編寫的應用程序集成。在 MATLAB 中,可以直接調用以 C、C++、Java 和 .NET 編寫的代碼。使用 MATLAB 引擎庫,可從 C、C++ 或 Fortran 應用程序調用 MATLAB 代碼。

性能

MATLAB 采用處理器優化庫,可以快速執行矩陣運算和向量運算。對于通用的標量計算,MATLAB 使用其即時 (JIT) 編譯技術,提供了可與傳統編程語言相媲美的執行速度。

為了充分利用多核和多處理器計算機,MATLAB 提供了眾多的多線程線性代數和數值函數。這些函數可在單個 MATLAB 會話中自動執行多個計算線程,從而得以在多核計算機上提高執行速度。

4. 應用的開發和部署

MATLAB 工具和附加產品提供了一系列開發和部署應用程序的選項。您既可以與其他 MATLAB 用戶共享各個算法和應用程序,也可以向其他沒有 MATLAB 的用戶實施免特許費的部署。

設計圖形用戶界面

使用 GUIDE(圖形用戶界面開發環境),可以布置、設計和編輯自定義圖形用戶界面。既可以 含帶常用控件,如列表框、下拉菜單和按鈕,也可以含帶 MATLAB 繪圖。此外,還可以使用 MATLAB 函數以編程的方式來創建圖形用戶界面。

關于MATLAB的介紹和用途分析

風力分析 GUI 的 GUIDE 布局(頂部)和完成后的界面(底部)。

部署應用程序

若要將一個應用程序直接分發給其他 MATLAB 用戶,可以將其打包為 MATLAB 應用程序,從而 實現單文件分發。應用程序會自動安裝在 MATLAB 應用程序庫中,以便于訪問。若要與沒有 MATLAB 的其他人分享應用程序,可以使用應用程序部署產品。這些附加產品會自動 生成獨立應用程序、共享庫和軟件組件,以便與 C、C++、Java、.NET 和 Excel 環境集成。可執行 文件和組件可以免特許費分發。

生成C代碼

使用 MATLAB Coder,可以從 MATLAB 代碼生成獨立的 C 代碼。MATLAB Coder 支持 MATLAB 語言的子集;設計工程師通常使用該語言來開發作為大型系統組件的算法。該代碼既可用于獨立執行,與其他軟件應用程序集成,也可以作為嵌入式應用程序的一部分。

關于MATLAB的介紹和用途分析

MATLAB 代碼(左)以及顯示生成的 C 代碼的代碼生成報告(右)。

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