MatLAB
Программа MatLAB была создана в 1984 году компанией Math Works. Эта система предназначена для выполнения инженерных и научных расчетов в различных областях науки и техники. Система MatLAB — это язык программирования высокого уровня, допускающий работу в режиме командного интерпретатора, главным образом предназначенный для выполнения матричных вычислений. При подготовке данного раздела были использованы материалы учебных пособий и лабораторных практикумов, опубликованных в [14]-[19].
Интерфейс
__Для запуска программы на рабочем столе необходимо найти ярлык ./. VtATiAB, для заГруЗКИ программной среды может понадобиться достаточно много времени. После загрузки всех компонентов программы открывается рабочая среда, представленная на рисунке 6.1.
Рабочая среда состоит из привычных вкладок управления документом (File, Edit, Debug, Parallel, Desktop, Window, Help) с ниспадающим меню, пиктограмм для быстрого выполнения команд, командного окна (Command Window), рабочего окна (Workspace) и окна истории команд (Command History).
Окно Command Window предназначено для ввода пользовательских команд с последующим их выполнением, а также для отображения результатов. Окно Workspace отражает текущий набор элементов, созданных пользовате лем. Окно Command History хранит все команды, вводимые в окне Command Window, без предоставления ответов.
Работа в командном окне
Командное окно программы MatLAB является важной частью при вводе и вычислении различных математических выражений. Кроме этого, в командном окне выводятся сообщения, посылаемые системой.
Приглашением для ввода какой-либо команды в окне является знак ». Любая введенная информация обрабатывается мгновенно после нажатия на клавиатуре ENTER. Система MatLAB предоставляет обширный набор функций. Каждой функции соответствует свое имя. Для того чтобы вызвать все элементарные функции необходимо в командном окне ввести help elfun. В таблице 6.1 представлены элементарные функции.
Как открыть командное окно в матлабе
Opening the Command Window
The Command Window is one of the main tools you use to enter data, run MATLAB functions and other M-files, and display results. If you are viewing this document in the Help browser, you can watch the Desktop and Command Window video demo for an overview of the major functionality .
When the Command Window is not open, access it by selecting Command Window from the Desktop menu. Alternatively, open the Command Window with the commandwindow function.
If you prefer a simple command line interface without the other MATLAB desktop tools, select Desktop -> Desktop Layout -> Command Window Only. For more information, see Arranging the Desktop—Overview.
The Command Window prompt, >> , is where you enter statements. For example, you can enter a MATLAB function with arguments, or assign values to variables. The prompt indicates that MATLAB is ready to accept input from you. When you see the prompt, you can enter a variable or run a statement. This prompt is also known as the command line.
When MATLAB displays the K>> prompt in the Command Window, MATLAB is in debug mode. Type dbquit to return to normal mode. For more information, see Editing and Debugging M-Files.
Командное окно
Командное окно CommandWindowпоказано на рис. 1.3 и предназначено для работы с переменными, файлами и функциями системыMATLAB.
Рис. 1.3
В отличие от предшествующих версий в среде системы MATLAB 6 все операторы как в зоне просмотра командного окна, так и в командной строке могут быть активизированы с помощью правой кнопки мыши. При этом появляется контекстное меню со следующими опциями: Evaluate Selection (Вычислить выделенное), Open Selection (Открыть выделенное), Help on Selection (Справка по выделенному), Copy (Копировать), Paste (Вставить).
Окно предыстории
Окно предыстории вызова операторов CommandHistoryпоказано на рис. 1.4. Оно содержит строки операторов, которые вводились в командном окне с начала сеанса работы.
Рис.1.4
Эти строки можно активизировать к выполнению двойным щелчком левой кнопки мыши, можно переносить из окна на командную строку, а можно использовать правую кнопку мыши. При этом появляется контекстное меню со следующими опциями: Copy (Копировать),Evaluate Selection (Вычислить выделенное),Create M—File (Создать М-файл),Delete Selection(Удалить выделенное),Delete to Selection(Удалить до выделенного),Delete Entire History(Удалить всю предысторию).
Окно запуска
Окно, или панель запуска, Launch Pad показано на рис. 1.5 и предназначено для вызова программных продуктов, включенных в состав инсталлированной версии системы MATLAB.
Рис. 1.5
Активизация кнопки вызова подменю для каждого из продуктов позволяет обратиться к средству подсказки Help, демонстрационным примерамDemos. Применительно к ядру системыMATLABможно активизировать либо окно текущего каталогаCurrentDirectory, либо окно рабочей областиWorkspace, либо средство управления путями доступаPath. Можно также вызвать средство построения графического интерфейса пользователяGUIDE(GUIBuilder), обратиться через Интернет к страницеProductPage(Web) на сайте фирмыTheMathWorksInc., где приведено описание продуктов семействаMATLAB.
И вновь доступно контекстное меню со следующими опциями: Open (Открыть),Edit Source(Отредактировать источник),Refresh(Обновить).
Окно текущего каталога
Окно для просмотра текущего каталога CurrentDirectoryпоказано на рис. 1.6; оно позволяет открывать, просматривать и выполнять поиск информации в файлах системыMATLAB, имеющих необходимое расширение.
Рис. 1.6
Контекстное меню, связанное с правой кнопкой мыши, позволяет реализовать следующие действия: Open(Открыть),Run (Выполнить),View Help(Просмотреть справку),Open as Text(Открыть как текст),Import Data…(Импортировать данные…),New(Открыть новый. ),Rename(Переименовать),Delete (Удалить),Cut(Вырезать),Copy (Копировать),Paste (Вставить),File Filter(Задать список расширений),Add to Path(Добавить к пути доступа),Refresh (Обновить).
На инструментальной панели системы MATLAB6 имеется информационное окноCurrentDirectory, с помощью которого всегда обеспечивается доступ к списку ранее вызванных текущих каталогов, как это показано на рис. 1.7. Это позволяет быстро переходить от одного каталога к другому, получая доступ к интересующим файлам.
Рис. 1.7
Окно рабочей области
Окно рабочей области Workspaceпоказано на рис. 1.8 и содержит список переменных (именованные массивы), накопленных в памяти в процессе работы, расширение списка переменных при обращении к функциям, выполнении М-файлов и загрузке сохраненных переменных.
Рис. 1.8
На рис. 1.8 показан список переменных, охватывающий все типы данных: это массивы действительных и комплексных (complex) чисел удвоенной точностиdoublearray, разновидности этих массивов, описываемые глобальной переменнойglobalи переменными логического типаlogical. Кроме того, список содержит массив строкchararray, массив разреженной матрицыsparsearray, массив записейstructarray, массив ячеекcellarray, а также специальные типы целочисленных массивовuint8 и uint32 и объект типаinlineobject. Для каждой переменной указывается размер массиваSize, объем памятиBytesи тип массиваClass.
Окно рабочей области, как и все окна рабочего стола системы MATLAB6, сопровождается контекстным меню, которое включает следующие опции:Open Selection…(Открыть выделенное…),Graph Selection(Построить график),Select All(Выделить все),Import Data(Импорт данных),Save Selection As… (Сохранить выделенное как…),Save Workspace As…(Сохранить рабочую область как…),Delete Selection (Удалить выделенное),Delete Workspace(Удалить рабочую область).
На рис. 1.9 показана глубина вложенности опции GraphSelection, что позволяет в режиме контекста строить любые типы графиков. Это определяет совершенно новый стиль работы в среде системыMATLAB6, когда многие предварительные действия вообще не требуют обращения к командной строке и могут быть реализованы с использованием только правой кнопки мыши.
Рис. 1.9
После завершения сеанса работы данные в рабочей области не сохраняются, и пользователь должен предусмотреть их сохранение в виде файла данных. Это реализуется либо с помощью опции контекстного меню Save Workspace As…, либо с помощью этой же опции из менюFile, либо с использованием командыsave. Любая из этих операций приводит к созданию специального двоичного файла с расширением .mat. Чтобы прочитать МАТ-файл и разместить его в рабочей области, следует воспользоваться опциейImport Data…или использовать командуload.
Окно рабочей области помимо перечисленных функций выполняет функции обозревателя (средства просмотра) данных. Достаточно выполнить двойной щелчок по левой клавише мыши, чтобы вызвать редактор данных ArrayEditor.
На рис. 1.10 показан редактор данных, который позволяет в интерактивном режиме просматривать и корректировать одномерные и двумерные числовые массивы, массивы строк и массивы строковых ячеек.
Рис. 1.10
Работа с окном команд и редактором в MATLAB
MATLAB – популярный пакет программ для решения технических, математических, статистических задач, вычислений и моделирования. Так же называется и одноимённый язык программирования, который используется в этом пакете. Давайте рассмотрим порядок работы с окном команд и редактором среды MATLAB.
1 Работа с окном команд в среде MATLAB
В среде MATLAB есть несколько режимов работы. Самый простой – это ввод команд непосредственно в окно команд (Command Window).
Окно команд MATLAB
Если оно не видно в интерфейсе программы, откроем его. Найти окно команд можно через меню Desktop Command Window.
Давайте для примера введём в это окно последовательно друг за другом команды
и нажмём клавишу «Ввод» (Enter). Программа моментально создаст переменную X, создаст переменную Y и посчитает её значения по заданной функции, а затем построит её график.
Стрелками клавиатуры вверх и вниз в окне команд мы можем переключаться между введёнными командами, тут же изменять их, а по нажатию Enter отправлять среде MATLAB на исполнение. Стрелками влево и вправо можно перемещаться по введённой команде и редактировать её. Если в конце команды стоит точка с запятой, то результат будет посчитан, но не будет выведен в окно команд; в противном случае результат выполнения команды будет отображён тут же. По любой функции в среде MATLAB есть подробная встроенная справка. Например, чтобы получить справку по команде plot, выделите эту команду, нажмите на неё правой кнопкой мыши, и в открывшемся контекстном меню выберите пункт Help on Selection или нажмите клавишу F1.
Получение справки по командам MATLAB
Удобно? Безусловно. И главное – очень быстро. Все эти действия занимают несколько секунд.
Но что если нужна более сложная организация команд? Если нужно циклическое исполнение каких-то команд? Вводить команды вручную по одной, а потом долго искать их в истории может быть довольно утомительным делом.
2 Работа с редактором в среде MATLAB
Чтобы упростить жизнь учёному, инженеру или студенту, служит окно редактора (Editor). Давайте откроем окно редактора через меню Desktop Editor.
Открытие редактора MATLAB
В окне редактора можно создавать новые переменные, строить графики, писать программы (скрипты), создавать компоненты для обмена с другими средами, создавать приложения с пользовательским интерфейсом (GUI), а также редактировать имеющиеся.
Нас в данный момент интересует написание программы, содержащей функции для повторного использования в будущем. Поэтому идём в меню File редактора и выбираем New M-File.
Создание нового M-файла в MATLAB
М-файлами в среде МАТЛАБ называются файлы, содержащие текст программ (скрипты) или определённые пользователем функции.
Давайте напишем в редакторе простую функцию draw_plot:
Ввод текста программы в окне редактора MATLAB
Мы добавили вторую функцию и будем выводить сразу два графика рядом друг с другом. Знаком процента обозначаются в среде MATLAB комментарии.
Не забудем сохранить программу. Стандартное расширение файла с программой МАТЛАБ – *.m. Теперь закройте редактор и окно с графиком, который мы построили ранее.
Переходим обратно в окно команд.
Можно очистить историю команд, чтобы лишняя информация нас не отвлекала. Для этого кликните правой кнопкой мыши на поле ввода команд и в открывшемся контекстном меню выберите пункт Clear Command Window.
Переменная X у нас осталась после предыдущего эксперимента, мы её не изменяли и не удаляли. Поэтому в окно команд можно сразу ввести:
Вы увидите, что MATLAB прочитает нашу функцию из файла и выполнит её, нарисовав график.
Результат выполнения скрипта, написанного в редакторе MATLAB