Матричная лаборатория MatLab
История
появления системы MATLAB
Современная компьютерная математика предлагает целый набор интегрированных программных
систем и пакетов программ для автоматизации математических расчетов: Eureka,
Gauss, TK Solver!, Derive, Mathcad, Mathematica, Maple V и др. Возникает вопрос:
«А какое место занимает среди них система MATLAB?»
MATLAB — одна из старейших, тщательно проработанных и проверенных временем систем
автоматизации математических расчетов, построенная на расширенном представлении
и применении матричных операций. Это нашло отражение в названии системы — MATrix
LABoratory — матричная лаборатория. Однако синтаксис языка программирования
системы продуман настолько тщательно, что эта ориентация почти не ощущается
теми пользователями, которых не интересуют непосредственно матричные вычисления.
Матрицы широко применяются в сложных математических расчетах, например при решении
задач линейной алгебры и математического моделирования статических и динамических
систем и объектов. Они являются основой автоматического составления и решения
уравнений состояния динамических объектов и систем. Примером может служить расширение
MATLAB — Simulink. Это существенно повышает интерес к системе MATLAB, вобравшей
в себя лучшие достижения в области быстрого решения матричных задач.
. Однако в настоящее время MATLAB далеко вышла за пределы специализированной
матричной системы и стала одной из наиболее мощных универсальных интегрированных
СКМ. Слово «интегрированная» указывает на то, что в этой системе объединены
удобная оболочка, редактор выражений и текстовых комментариев, вычислитель и
графический программный процессор. В новой версии используются такие мощные
типы данных, как многомерные массивы, массивы ячеек, массивы структур, массивы
Java и разреженные матрицы, что открывает возможности применения системы при
создании и отладке новых алгоритмов матричных и основанных на них параллельных
вычислений и крупных баз данных.
В целом MATLAB — это уникальная коллекция реализаций современных численных методов
компьютерной математики, созданных за последние три десятка лет. Она вобрала
в себя и опыт, правила и методы математических вычислений, накопленные за тысячи
лет развития математики. Это сочетается с мощными средствами графической визуализации
и даже анимационной графики. Систему с прилагаемой к ней обширной документацией
вполне можно рассматривать как фундаментальный многотомный электронный справочник
по математическому обеспечению ЭВМ — от массовых персональных компьютеров до
супер-ЭВМ.
Увы, пока представленный полностью лишь на английском и частично на японском
языках!
Система MATLAB была разработана Молером (С. В. Moler) и с конца 70-х гг. широко
использовалась на больших ЭВМ. В начале 80-х гг. Джон Литл (John Little) из
фирмы MathWorks, Inc. разработал версии системы PC MATLAB для компьютеров класса
IBM PC, VAX и Macintosh. В дальнейшем были созданы версии для рабочих станций
Sun, компьютеров с операционной системой UNIX и многих других типов больших
и малых ЭВМ. Сейчас свыше десятка популярных компьютерных платформ могут работать
с системой MATLAB. К расширению системы были привлечены крупнейшие научные школы
мира в области математики, программирования и естествознания. И вот теперь появилась
новейшая версия этой системы — MATLAB 6. Одной из основных задач системы было
предоставление пользователям мощного языка программирования, ориентированного
на математические расчеты и способного превзойти возможности традиционных языков
программирования, которые многие годы использовались для реализации численных
методов. При этом особое внимание уделялось как повышению скорости вычислений,
так и- адаптации системы к решению самых разнообразных задач пользователей.
Возможности MATLAB весьма обширны, а по скорости выполнения задач система нередко
превосходит своих конкурентов. Она применима для расчетов практически в любой
области науки и техники. Например, очень широко используется при математическом
моделировании механических устройств и систем, в частности в динамике, гидродинамике,
аэродинамике, акустике, энергетике и т. д. Этому способствует не только расширенный
набор матричных и иных операций и функций, но и наличие пакета расширения (toolbox)
Simulink, специально предназначенного для решения задач блочного моделирования
динамических систем и устройств, а также десятков других пакетов расширений.
В обширном и постоянно пополняемом комплексе команд, функций и прикладных программ
(пакетов расширения, пакетов инструментов, (toolbox)) [Пакет инструментов, пакет
расширения, прикладная программа — почти синонимы при переводе термина toolbox,
но пакет инструментов собственно MATLAB 6 рассматривается как один из toolbox
всей системы, включающей MATLAB 6, Simulink и другие пакеты. Редакция старалась
максимально сохранить авторский стиль, но следует помнить, что и под прикладной
программой, и иод пакетом расширения автор имеет в виду toolbox в терминах MATLAB.
— Примеч. ред.
] системы MATLAB содержатся специальные средства для электротехнических и радиотехнических
расчетов (операции с комплексными числами, матрицами, векторами и полиномами,
обработка данных, анализ сигналов и цифровая фильтрация), обработки изображений,
реализации нейронных сетей, а также средства, относящиеся к другим новым направлениям
науки и техники. Они иллюстрируются множеством практически полезных примеров.
К разработкам расширений для системы MATLAB привлечены многие научные школы
мира и руководящие ими крупные ученые и педагоги университетов.
Важными достоинствами системы являются ее открытость и расширяемость. Большинство
команд и функций системы реализованы в виде текстовых m-файлов (с расширением
.m) и файлов на языке Си, причем все файлы доступны для модификации. Пользователю
дана возможность создавать не только отдельные файлы, но и библиотеки файлов
для реализации специфических задач.
Поразительная легкость модификации системы и возможность ее адаптации к решению
специфических задач науки и техники привели к созданию десятков пакетов прикладных
программ (toolbox), намного расширивших сферы применения системы. Некоторые
из них, например Notebook (интеграция с текстовым процессором Word и подготовка
«живых» электронных книг), Symbolic Math и Extended Symbolic Math (символьные
вычисления с применением ядра системы Maple V R5) и Simulink (моделирование
динамических систем и устройств, заданных в виде системы блоков), настолько
органично интегрировались с системой MATLAB, что стали ее составными частями.
Аннотационное описание этих и ряда других пакетов дано в уроке 23. Более подробно,
хотя в версиях для выпуска 11.
