See aken on MatLABis peamine. See kuvab ekraanile kasutaja poolt sisestatavate käskude sümbolid, kuvab nende käskude täitmise tulemused, käivitava programmi teksti ja teabe süsteemi tuvastatud programmide täitmise vigade kohta.
Märk, et MatLAB on valmis järgmist käsku vastu võtma ja täitma, on kutsemärgi " >> " ilmumine akna tekstivälja viimasel real, millele järgneb vilkuv vertikaalne riba.
Akna ülaosas (pealkirja all) on menüüriba, mis sisaldab menüüsid File, Edit, View, Windows, Help. Menüü avamiseks asetage hiirekursor sellele ja vajutage vasakut nuppu. Menüükäskude funktsioone kirjeldatakse täpsemalt edaspidi, rubriigis “MatLabi liides ja üldotstarbelised käsud. M-raamatute kirjutamine."
Siin me ainult märgime seda keskkonnast välja pääseda MatLAB, ava lihtsalt menüü Fail ja vali selles käsk Exit MATLAB või lihtsalt sulge käsuaken, vajutades hiire vasakut nuppu, kui hiirekursor asub selle akna ülemise parempoolse nupu pildil (tähistatud kaldus rist).
1.2. Tehted numbritega
1.2.1. Reaalarvude sisestamine
Numbrite sisestamine klaviatuurilt järgib kõrgetasemeliste programmeerimiskeelte jaoks kehtestatud üldreegleid:
arvu mantissi murdosa eraldamiseks kasutatakse koma (tavalises tähistuses koma asemel);
arvu kümnendeksponent kirjutatakse täisarvuna eelneva sümboli "e" järele;
numbri mantissi ja sümboli "e" vahel(mis eraldab mantissi eksponendist) tegelasi ei tohiks olla, sealhulgas vahelejätmise sümbol.
Kui sisestate näiteks rea MatLAB-i käsuaknasse
seejärel pärast klahvi vajutamist<Еnter>Sellesse aknasse ilmub kirje:
Tuleb märkida, et tulemus väljastatakse kujul (vormingus), mis on määratud numbrite esitamise eelseadistatud vorminguga. Seda vormingut saab määrata käsuga Eelistused menüü Fail(joonis 1.3). Peale selle helistamist ilmub ekraanile samanimeline aken (joon. 1.4). Ühel selle akna jaotisest on nimi Numbriline Vorming. See on mõeldud arvutusprotsessi ajal käsuaknas kuvatavate arvude esitamise vormingu määramiseks ja muutmiseks. Pakutakse järgmisi vorminguid:
Short (vaikimisi) – lühike kirje (vaikimisi kasutatav);
Pikk – pikk sisestus;
Hex – tähistus kuueteistkümnendarvuna;
Pank – salvestamine sajandikuni;
Pluss – salvestatakse ainult numbri märk;
Lühike E – ujukoma formaadis lühike märge;
Long E – pikk kirje ujukoma formaadis;
Lühike G – ujukomavormingus lühimärke teine vorm;
Long G – pika ujukomamärgi teine vorm;
Ratsionaalne – märge ratsionaalse murru kujul.
Valides hiirega soovitud numbriesituse tüübi, saate tagada, et edaspidi kuvatakse numbreid käsuaknas täpselt sellisel kujul.
Nagu näha jooniselt fig. 1.2, ei ühti ekraanil kuvatav number sisestatud numbriga. See on tingitud asjaolust, et numbrite esitamise vaikevorming ( Lühike) ei võimalda väljastada rohkem kui 6 märgilist numbrit. Tegelikult salvestatakse sisestatud number MatLABis koos kõigi sisestatud numbritega. Näiteks kui valite hiirega pika valikunupu E(st määrake numbrite esitamiseks määratud vorming), siis, korrates samu samme, saame:
kus kõik numbrid on juba õigesti kuvatud (joonis 1.5).
Asjad, mida meeles pidada:
- sisestatud number ja kõigi Ma-süsteemi arvutuste tulemused tLAB salvestatakse arvuti mällu suhtelise veaga umbes 2,10-16(st täpsete väärtustega 15 kohta pärast koma):
- reaalarvude mooduli esitusvahemik jääb vahele 10-308 ja 10+308.
1.2.2. Lihtsad aritmeetilised tehted
MatLAB-i aritmeetilistes avaldistes kasutatakse järgmisi aritmeetiliste toimingute sümboleid:
+ – lisamine;
– – lahutamine;
* - korrutamine;
/ – jagamine vasakult paremale;
\ – jagamine paremalt vasakule;
^ – astendamine.
MatLAB-i saab kasutada kalkulaatorirežiimis, kirjutades käsureale lihtsalt aritmeetiliste toimingute jada numbritega, st regulaarne aritmeetiline avaldis, näiteks: 4,5^2*7,23 – 3,14*10,4.
Kui pärast selle järjestuse sisestamist klaviatuurilt vajutage klahvi
Üldiselt järgib vaheteabe väljund käsuaknasse järgmisi reegleid:
- kui operaatorikirje ei lõpe sümboliga";", selle operaatori tulemus kuvatakse kohe käsuaknas;
- kui avaldus lõpeb märgiga";", selle tegevuse tulemust käsuaknas ei kuvata;
- kui operaator ei sisalda määramismärki(= ), st see on lihtsalt mingi arvude ja muutujatega seotud toimingute jada kirje, tulemuse väärtus määratakse spetsiaalsele süsteemimuutujale nimega ans ;
- saanud muutuva väärtuse ans saab seda nime kasutades kasutada järgmistes arvutuslausetes ans; Tuleb meeles pidada, et süsteemi muutuja väärtus ans muutub pärast järgmise operaatori tegevust ilma määramismärgita;
- üldjuhul näeb tulemuse esitamise vorm käsuaknas välja selline:
<Имя переменной> = <результат>.
Näide. Oletame, et peame arvutama avaldise (25+17)*7. Seda saab teha nii. Esmalt sisestage järjestus 25+17 ja vajutage
Kasutades MatLAB-i kalkulaatorina, saate muutujate nimede abil vahetulemusi arvuti mällu kirjutada. Selleks kasutage määramistoimingut, mis sisestatakse võrdusmärgiga "=" vastavalt skeemile:<Имя переменной> = <выражение>[;]
Muutuja nimi võib sisaldada kuni 30 tähemärki ega tohi ühtida funktsioonide, süsteemiprotseduuride ja süsteemimuutujate nimedega. Sellisel juhul eristab süsteem muutujates suuri ja väikeseid tähti. Seega tähistavad nimed "amenu", "Amenu", "aMenu" MatLABis erinevaid muutujaid.
Määramismärgist paremal asuv avaldis võib olla lihtarv, aritmeetiline avaldis, märgijada (siis tuleb need märgid ümbritseda apostroofidega) või märgiavaldis. Kui avaldis ei lõpe tähega ";", siis pärast klahvi vajutamist<Еnter>käsuaknas kuvatakse täitmistulemus järgmisel kujul:
<Muutuja nimi> = <tulemus>.
Riis. 1.7. Riis. 1.8.
Näiteks kui sisestate rea " X= 25 + 17", ekraanile ilmub kirje (joonis 1.9).
Süsteemil MatLAB on mitu muutujanime, mida süsteem ise kasutab ja mis sisalduvad reserveeritud nimedes:
i, j – imaginaarne ühik (ruutjuur väärtusest –1); pi – number p (salvestatud kui 3,141592653589793); inf – masina lõpmatuse tähistus; Na – määratlemata tulemuse tähistus (näiteks tüüp 0/0 või inf/inf); eps – ujukomaarvude tehte viga; ans – viimase toimingu tulemus ilma määramismärgita; realmax ja realmin on kasutatava arvu maksimaalsed ja minimaalsed võimalikud väärtused.
Neid muutujaid saab kasutada matemaatilistes avaldistes.
1.2.3. Kompleksarvude sisestamine
Erinevalt paljudest kõrgetasemelistest programmeerimiskeeltest sisaldab MatLAB süsteemikeel sisseehitatud kompleksarvude aritmeetikat, mida on väga lihtne kasutada. Enamik elementaarseid matemaatilisi funktsioone aktsepteerivad kompleksarvusid argumentidena ja annavad tulemusi kompleksarvudena. See keele funktsioon muudab selle inseneride ja teadlaste jaoks väga mugavaks ja kasulikuks.
Kujutise ühiku tähistamiseks MatLAB-i keeles on reserveeritud kaks nimetust i ja j. Kompleksarvu väärtuse sisestamine klaviatuurilt toimub, kirjutades käsuaknasse sellise rea:
<kompleksne muutuja nimi> = <PM väärtus> + i[j] * <MP väärtus>,
kus DC on kompleksarvu reaalosa, MP on imaginaarne osa. Näiteks:
Ülaltoodud näitest näete, kuidas süsteem kuvab ekraanil (ja prindil) kompleksnumbreid.
1.2.4. Põhilised matemaatikafunktsioonid
Funktsiooni kasutamise üldine vorm MatLABis on:
<tulemuse nimi> = <funktsiooni nimi>(<argumentide või nende väärtuste loend>).
MatLAB-keel pakub järgmisi elementaarseid aritmeetilisi funktsioone.
Trigonomeetrilised ja hüperboolsed funktsioonid
patt (z) – arvu z siinus;
sinh(z) – hüperboolne siinus;
nagu (z) – arcsiinus (radiaanides, vahemikus kuni );
Asinh(z) – pöördhüperboolne siinus;
kooss(z) – koosinus;
сosh(z) – hüperboolne koosinus;
acos (z) – kaarekoosinus (vahemikus 0 kuni lk);
samutish(z) – hüperboolne pöördkoosinus;
tan (z) – puutuja;
tanh (z) – hüperboolne puutuja;
atan (z) – arktangent (vahemikus kuni );
аtап2 (Х, Y) – neljakvadrandiline arktangent (nurk vahemikus – lk kuni + lk horisontaalse parempoolse kiire ja koordinaatidega punkti läbiva kiire vahel X Ja Y);
atanh (z) – pöördhüperboolne puutuja;
sec (z) – sekant;
sech (z) – hüperboolne sekant;
asec (z) – kaarekujuline;
asech (z) – pöördhüperboolne sekant;
csc (z) – koosekants;
csch (z) – hüperboolne kosekant;
acsc (z) – arkosekants;
acsch (z) – pöördhüperboolne koosekant;
cot (z) – kotangens;
coth (z) – hüperboolne kotangent;
acot (z) – kaartangens;
acoth (z) – pöördhüperboolne kotangent
Eksponentfunktsioonid
exp (z) – arvu z eksponent;
logi(z) – naturaallogaritm;
logi10 (z) – kümnendlogaritm;
sqrt(z) – arvu z ruutjuur;
abs (z) – arvu z moodul.
Täisarvulised funktsioonid
fix (z) – ümardamine lähima täisarvuni nulli suunas;
põrand (z) – ümardamine lähima täisarvuni negatiivse lõpmatuse suunas;
ceil (z) – ümardamine lähima täisarvuni positiivse lõpmatuse suunas;
round (z) – arvu z tavaline ümardamine lähima täisarvuni;
mod (X, Y) – X-i täisarv jagamine Y-ga;
rem(X, Y) – jäägi arvutamine X jagamisel Y-ga;
märk(z) – arvu z tunnusfunktsiooni arvutamine
(0 juures z = 0, –1 juures z< 0, 1 при z > 0)
1.2.5. Spetsiaalsed matemaatilised funktsioonid
Lisaks elementaarsetele pakub MatLAB keel mitmeid erilisi matemaatilisi funktsioone. Allpool on nende funktsioonide loend ja kokkuvõte. Kasutaja leiab nendele juurdepääsu ja kasutamise reeglid nende funktsioonide kirjeldustest, mis kuvatakse ekraanile, kui tippida abikäsk ja määrata samale reale funktsiooni nimi.
Koordinaatide teisendusfunktsioonid
käru2 sph– Descartes'i koordinaatide teisendamine sfäärilisteks;
käru2 pol– Descartes'i koordinaatide teisendamine polaarseteks;
pol2 käru– polaarkoordinaatide teisendamine Descartes'iks;
sph2 käru– sfääriliste koordinaatide teisendamine Descartes'iks.
Besseli funktsioonid
besselj– esimest tüüpi Besseli funktsioon;
bessely– teist tüüpi Besseli funktsioon;
besseli– esimest tüüpi muudetud Besseli funktsioon;
besselk– teist tüüpi Besseli muudetud funktsioon.
Beetafunktsioonid
beeta- beetafunktsioon;
betainc- mittetäielik beetafunktsioon;
betaln– beetafunktsiooni logaritm.
Gamma funktsioonid
gamma– gamma funktsioon;
gammainc– mittetäielik gammafunktsioon;
gammaln– gammafunktsiooni logaritm.
Elliptilised funktsioonid ja integraalid
ellipj– Jacobi elliptilised funktsioonid;
ellipke– täielik elliptiline integraal;
expint– eksponentsiaalne integraalfunktsioon.
Veafunktsioonid
erf– veafunktsioon;
erfc– täiendav veafunktsioon;
erfcx– skaleeritud lisavea funktsioon;
erflnv on pöördvea funktsioon.
Teised omadused
gcd– suurim ühisjagaja;
õppida– vähim ühiskordne;
legendre– üldistatud Legendre funktsioon;
log2– logaritm aluseni 2;
pow2– 2 tõstmine määratud võimsusele;
rott– arvu esitamine ratsionaalse murru kujul;
rotid– arvude esitamine ratsionaalsete murdude kujul.
1.2.6. Elementaartehted kompleksarvudega
Lihtsamad toimingud kompleksarvudega - liitmine, lahutamine, korrutamine, jagamine ja astendamine - tehakse vastavalt tavaliste aritmeetiliste märkide +, –, *, /, \ ja ^ abil.
Kasutamisnäited on näidatud joonisel fig. 1.11.
Märge. Ülaltoodud fragment kasutab funktsiooni disp (sõnast “display”), mis kuvab ka arvutustulemusi või mõnda teksti käsuaknas. Sel juhul kuvatakse numbriline tulemus, nagu näha, ilma muutuja nime või ans.
1.2.7. Komplekssed argumenteerimisfunktsioonid
Peaaegu kõik elementaarsed matemaatilised funktsioonid punktis 1.2.4 antud, arvutatakse argumendi keeruliste väärtuste jaoks ja selle tulemusena saadakse keerulised tulemusväärtused.
Tänu sellele arvutab näiteks funktsioon sqrt erinevalt teistest programmeerimiskeeltest negatiivse argumendi ruutjuure ja funktsiooni abs arvestades argumendi kompleksväärtust, arvutab kompleksarvu mooduli. Näited on näidatud joonisel fig. 1.12.
MatLAB-il on mitmeid lisafunktsioone, mis võtavad ainult keerulisi argumente:
päris (z) – valib kompleksargumendi z reaalosa;
і mag (z) – tõstab esile keerulise argumendi imaginaarse osa;
nurk (z) – arvutab kompleksarvu z argumendi väärtuse (radiaanides vahemikus –p kuni +p);
conj (z) – tagastab arvu, mis on z suhtes komplekskonjugeeritud.
Näited on näidatud joonisel fig. 1.13.
Riis. 1.12. Riis. 1.3.
Lisaks on MatLAB-il spetsiaalne funktsioon cplxpair (V), mis sorteerib antud vektori V komplekssete elementidega nii, et nende elementide komplekssed konjugeeritud paarid on tulemusvektoris järjestatud nende reaalosade kasvavas järjekorras, kusjuures negatiivse imaginaarse osaga element asetatakse alati esimeseks. Tegelikud elemendid täiendavad kompleksseid konjugaadipaare. Näiteks sisse edaspidi klaviatuurilt sisestatavate käskude näidetes, kirjutatakse paksus kirjas, ja nende täitmise tulemus on tavalises kirjas):
>> v = [ -1, -1+2i, -5,4,5i, -1-2i, -5i]
Veerud 1 kuni 4
1,0000 -1,0000 +2,0000i -5,0000 4,0000
Veerud 5 kuni 7
0 + 5,0000i -1,0000-2,0000i 0 - 5,0000i
>> disp(cplxpair(v))
Veerud 1 kuni 4
1,0000 - 2,0000i -1,0000 + 2,0000i 0 - 5,0000i 0 + 5,0000i
Veerud 5 kuni 7
5.0000 -1.0000 4.0000
Enamiku MatLAB-i funktsioonide kohandatavus kompleksarvudega opereerimiseks muudab palju lihtsamaks reaalarvudega arvutuste tegemise, mille tulemus on keeruline, näiteks ruutvõrrandite keeruliste juurte leidmine.
1. Gultyaev A.K. MatLAB 5.2. Simulatsiooni modelleerimine Windowsi keskkonnas: praktiline juhend. - Peterburi: CORONA print, 1999. - 288 lk.
2. Gultyaev A.K. Visuaalne modelleerimine MATLABis: koolituskursus. - Peterburi: PETER, 2000. - 430 lk.
3. Dyakonov V.P. PC MatLAB süsteemi kasutamise käsiraamat. - M.: Fizmatlit, 1993. - 113 lk.
4. Djakonov V. Simulink 4. Spetsiaalne teatmeteos. - Peterburi: Peeter, 2002. – 518 lk.
5. Djakonov V., Kruglov V. Matemaatilised laienduspaketid MatLAB. Spetsiaalne teatmeteos. - Peterburi: Peeter, 2001. - 475 lk.
6. Krasnoproshina A. A., Repnikova N. B., Ilchenko A. A. Juhtsüsteemide kaasaegne analüüs MATLABi, Simulinki, Juhtimissüsteemi abil: õpik. - K.: "Korniychuk", 1999. – 144 lk.
7. Lazarev Yu F. Programmeerimise tõlvikud MatLAB keskkonnas: Uch. toetust. - K.: "Korniychuk", 1999. - 160 lk.
8. Lazarev Yu MatLAB 5.x. – K.: “Irina” (BHV), 2000. – 384 lk.
9. Medvedev V. S., Potjomkin V. G. Juhtimissüsteemi tööriistakast. MatLAB 5 õpilastele. - G.: "DIALOG-MEPhI", 1999. – 287 lk.
10. Potjomkin V. G. MatLAB 5 õpilastele: Viide. toetust. - M.: "DIALOG-MEPhI", 1998. - 314 lk.
Enamikul arendajatel on raskusi selle süntaksi ja võimaluste mõistmisega. Asi on selles, et keel on otseselt seotud populaarse tarkvaratootega, mille maksumus võib ulatuda hämmastavate väärtusteni. Niisiis, põhiküsimus on: kas Matlabi keel ise on nii hea? Ja kas see võib teile kasulik olla?
Kasutamine
Alustagem mitte tavapärasest ajalooekskursioonist ning keele plusside ja miinuste arutelust, vaid MATLAB/Simulink tarkvarakeskkonnast – ainsast kohast, kus selle teksti kangelane võib olla kasulik. Kujutage vaid ette graafilist redaktorit, milles saate oma ideid realiseerida ilma mitmeaastase kogemuse ja vastava hariduseta. Ja kui olete kunagi tööriistade koostoime skeemi loonud, saate korduvaks kasutamiseks kvaliteetse skripti.
MATLAB on andmemaailmas just selline toimetaja. Selle rakendusala on lõputult lai: asjade internet, rahandus, meditsiin, kosmos, automaatika, robootika, traadita süsteemid ja palju, palju muud. Üldjuhul on andmete kogumiseks ja visualiseerimiseks, aga ka prognoosimiseks peaaegu piiramatud võimalused, kuid ainult siis, kui on võimalus soetada vastav pakett.
Mis puutub hinda, siis ülempiiri peaaegu pole, aga alumine piir on umbes 99 dollarit. Suhteliselt väikese raha eest nii võimsa toote näppamiseks peab olema üliõpilane. Ja loomulikult saate üsna piiratud toote.
Keele omadused
MATLAB-keel on tööriist, mis võimaldab suhelda operaatori (sageli isegi mitte programmeerija) vahel kõigi olemasolevate võimalustega andmete analüüsimiseks, kogumiseks ja esitamiseks. Sellel on selged plussid ja miinused, mis on iseloomulikud suletud ökosüsteemis elavale keelele.
Puudused:
Aeglane ja ülekoormatud keel operaatorite, käskude ja funktsioonidega, mille põhieesmärk on visuaalse taju parandamine.
Kitsalt keskendunud. Pole ühtegi teist tarkvaraplatvormi, kus MATLAB oleks kasulik.
Tarkvara kõrge hind. Kui te pole üliõpilane, siis valmistuge oma taskuid tühjendama või ületage seaduse piir. Ja isegi kui üliõpilane, on hind korralik.
Madal nõudlus. Vaatamata suurele huvile MATLABi vastu peaaegu igas valdkonnas, kasutavad seda reaalselt ja legaalselt vaid vähesed.
Eelised:
Keelt on lihtne õppida ning selle süntaks on lihtne ja arusaadav.
Tohutud võimalused. Kuid see on pigem toote kui terviku eelis.
Sagedased uuendused, tavaliselt märgatavad positiivsed muutused toimuvad vähemalt paar korda aastas.
Tarkvarakeskkond võimaldab teil selle teisendada "kiireks" koodiks C, C++ keeles.
Sihtrühm
Muidugi pole kõigil vaja MATLABit. Vaatamata laiale rakenduste valikule on raske ette kujutada, et keskmine rakenduste arendaja vajaks selle keele oskust. MATLAB on äärmiselt kasulik valdkondades, mis nõuavad eriti tugevat andmetöötlust, nagu autopiloodisüsteemid autodes või lennukite avioonikasüsteemid.
Ehk kui sa ei ole eriline programmeerija, aga nii või teisiti on sinu elukutse seotud programmilise andmetöötluse vajadusega, siis sobiva keelega MATLAB/Simulink toode võib sinu igapäevatoiminguid oluliselt lihtsustada.
Kirjandus
Keeleülevaate lõpetame, nagu ikka, õppekirjanduse loeteluga. Muidugi ei leia nende hulgast ainult keeleteemalisi raamatuid, kuid see muudab keele tajumise ainult lihtsamaks:
Kas teil on MATLABiga kogemusi? Ja milline?
Neile, kes soovivad saada programmeerijaks - .
Sissejuhatus
MATLAB(lühend inglise keelest)"Maatriksi labor" ) - rakendusprogrammide pakett tehniliste arvutusprobleemide lahendamiseks ja selles paketis kasutatav samanimeline programmeerimiskeel. MATLAB ® Seda on kasutanud enam kui 1 000 000 inseneri ja teadlast ning see töötab enamikes kaasaegsetes operatsioonisüsteemides.
Programmeerimiskeelena töötati välja MATLAB autor Cleve Mowler lõpus 1970. aastad aastatel, kui ta oli dekaan õppejõud arvuti teadused sisse New Mexico ülikool. Arendustöö eesmärk oli anda teaduskonna üliõpilastele võimalus kasutada tarkvarateeke Linpack Ja EISPACK ilma et oleks vaja õppida Fortran. Uus keel levis peagi ka teistes ülikoolides ja rakendusmatemaatika alal tegutsevate teadlaste seas võeti see vastu suure huviga. Internetist leiate versiooni ka täna 1982. aasta, kirjutatud Fortranis, levitatud avatud lähtekoodiga. Insener John Little ( Inglise John N. (Jack) Väike) tutvus selle keelega Cleve Mowleri külaskäigu ajal Stanfordi ülikool V 1983. aasta. Mõistes, et uuel keelel on suur kaubanduslik potentsiaal, tegi ta koostööd Cleve Mowleri ja Steve Bangertiga ( Inglise Steve Bangert). Koos kirjutasid nad MATLABi sisse C ja asutati aastal 1984 ettevõte Matemaatikatööd edasiseks arendamiseks. Need C-keeles ümber kirjutatud raamatukogud olid pikka aega tuntud JACKPAC nime all. MATLAB oli algselt mõeldud juhtimissüsteemide projekteerimiseks (John Little'i eriala), kuid saavutas kiiresti populaarsuse ka paljudes teistes teadus- ja tehnikavaldkondades. Seda kasutati laialdaselt ka hariduses, eriti õpetamisel Lineaaralgebra Ja numbrilised meetodid.
MATLAB keel on kõrgetasemeline interpreteeritud programmeerimiskeel, mis sisaldab maatriksipõhiseid andmestruktuure, laia valikut funktsioone, integreeritud arenduskeskkonda, objektorienteeritud võimalusi ja liideseid teistes programmeerimiskeeltes kirjutatud programmidele.
MATLABis kirjutatud programme on kahte tüüpi – funktsioonid ja skriptid. Funktsioonidel on sisend- ja väljundargumendid, samuti oma tööruum vahearvutuste tulemuste ja muutujate salvestamiseks. Skriptid kasutavad ühist tööruumi. Nii skripte kui ka funktsioone ei kompileerita masinkoodiks ja need salvestatakse tekstifailidena.
MATLAB-keele põhiomaduseks on laialdased võimalused maatriksitega töötamiseks, mida keele loojad väljendavad loosungis “mõtle vektorlikult”
MATLAB pakub kasutajale andmete analüüsimiseks suurt hulka (mitusada) funktsioone, mis hõlmavad peaaegu kõiki matemaatika valdkondi, eelkõige:
Maatriksid ja lineaaralgebra - maatriksalgebra, lineaarvõrrandid, omaväärtused ja vektorid, singulaarsused, maatriksi faktoriseerimine ja teised.
Polünoomid ja juurpolünoomide interpoleerimine, tehted polünoomidega ja nende diferentseerimine, kõverate interpoleerimine ja ekstrapoleerimine jm.
Matemaatiline statistika ja andmete analüüs – statistilised funktsioonid, statistiline regressioon, digitaalne filtreerimine, kiire Fourier’ teisendus jt.
Andmetöötlus - erifunktsioonide komplekt, sealhulgas joonistamine, optimeerimine, nullotsing, numbriline integreerimine (kvadratuurides) ja muud.
Diferentsiaalvõrrandid - diferentsiaal- ja diferentsiaal-algebraliste võrrandite lahendamine, diferentsiaalvõrrandid viivitusega, võrrandid piirangutega, osatuletisvõrrandid jt.
Sparse maatriksid on MATLAB paketi spetsiaalne andmeklass, mida kasutatakse spetsiaalsetes rakendustes.
Integer aritmetic – täisarvu aritmeetika sooritamine MATLABis.
1. Põhiteave
1.1. MatLabi töökeskkond
Programmi käivitamiseks topeltklõpsake ikoonil. Teie ees avaneb joonisel näidatud töökeskkond.
MatLab 6.x töökeskkond sisaldab järgmisi elemente:
nuppude ja rippmenüüga tööriistariba;
vahelehtedega aken Stardiplatvorm Ja Tööruum, kust pääseb ligi erinevatele ToolBoxi moodulitele ja töölaua sisule;
vahelehtedega aken Käskude ajalugu Ja Praegune kataloog, mis on ette nähtud varem sisestatud käskude vaatamiseks ja uuesti helistamiseks, samuti praeguse kataloogi seadistamiseks;
käsuaken, mis sisaldab viipa "sisend" ja vilkuvat vertikaalset kursorit;
olekuriba.
Kui mõni joonisel kujutatud akendest on MatLab 6.x töökeskkonnas puudu, siis tuleks minna menüüsse Vaade valige sobivad üksused: Käsuaken, Käskude ajalugu, Praegune kataloog, Tööruum, Stardiplatvorm.
Käsud tuleb sisestada käsuaknasse. Sümbolit ", mis näitab käsurea viipa, ei pea sisestama. Tööala vaatamiseks on mugav kasutada kerimisribasid või klahve Kodu,Lõpp, vasakule või paremale liikumiseks ja PageUp,PageDownüles või alla liikumiseks. Kui pärast käsuakna tööpiirkonnas liikumist kaob järsku vilkuva kursoriga käsurida, klõpsake lihtsalt Sisenema.
Oluline on meeles pidada, et mis tahes käsu või väljendi tippimine peab lõppema vajutamisega Sisenema, et MatLabi programm seda käsku täidaks või avaldist hindaks.
1.2. Lihtsad arvutused
Tippige käsureale 1+2 ja vajutage Sisenema. Selle tulemusena kuvatakse MatLabi käsuaknas järgmist:
Riis. 2 Põhikomponentide analüüsi graafiline esitus
Mida MatLabi programm tegi? Esiteks arvutas ta välja summa 1+2, seejärel kirjutas tulemuse spetsiaalsesse muutujasse ans ja kuvas käsuaknas selle väärtuse, mis võrdub 3-ga. Vastuse all on vilkuva kursoriga käsurida, mis näitab, et MatLab on edasisteks arvutusteks valmis. Saate käsureale tippida uusi väljendeid ja leida nende tähendusi. Kui on vaja jätkata tööd eelmise avaldisega, näiteks arvutada (1+2)/4,5, siis kõige lihtsam on kasutada olemasolevat tulemust, mis salvestatakse muutujasse ans. Tippige ans/4.5 (kümnendkohtade sisestamisel kasutatakse punkti) ja vajutage Sisenema, Selgub
Riis. 3 Põhikomponentide analüüsi graafiline esitus
1.3. Kaja käsklused
Iga käsu täitmisega MatLabis kaasneb kaja. Ülaltoodud näites on vastus ans = 0,6667. Sageli muudab kaja programmi töö tajumise keeruliseks ja seejärel saab selle välja lülitada. Selleks peab käsk lõppema semikooloniga. Näiteks
Riis. 4 ScoresPCA funktsiooni sisestamise näide
1.4. Töökeskkonna säilitamine. Mat failid
Lihtsaim viis kõigi muutujate väärtuste salvestamiseks on kasutada menüüd Fail lõik Salvesta tööala nimega. Ilmub dialoogiboks Salvestage tööruumi muutujad, milles peaksite määrama kataloogi ja failinime. Vaikimisi on soovitatav fail salvestada MatLabi põhikataloogi töö alamkataloogi. Programm salvestab oma töö tulemused laiendiga faili. Nüüd saate MatLabi sulgeda. Järgmisel tööseansil peaksite muutujate väärtuste taastamiseks avama selle salvestatud faili alamüksuse abil Avatud menüü Fail. Nüüd on kõik eelmisel seansil määratletud muutujad taas saadaval. Neid saab kasutada äsja sisestatud käskudes.
1. Tund 23. Sissejuhatus MATLAB laienduspakettidesse
Õppetund nr 23.
MATLABi laienduspakettide tutvustus
Loetlege laienduspaketid
Simulic Windowsi jaoks
Sümboolne matemaatika pakett
Matemaatika paketid
Juhtsüsteemide analüüsi ja sünteesi paketid
Süsteemi tuvastamise paketid
Täiendavad Simulinc tööriistad
Signaali- ja pilditöötluspaketid
Muud rakenduste paketid
Selles õppetükis tutvume lühidalt süsteemi professionaalse laiendamise peamiste vahenditega ja selle kohandamisega teatud klasside matemaatiliste, teaduslike ja tehniliste probleemide lahendamiseks - süsteemi MATLAB laienduspakettidega. Pole kahtlust, et vähemalt osa neist pakettidest tuleks pühendada eraldi koolituskursusele või teatmeraamatule, võib-olla rohkem kui ühele. Enamiku nende laienduste kohta on välismaal välja antud eraldi raamatud ja nende kohta käiva dokumentatsiooni maht ulatub sadadesse megabaitidesse. Kahjuks võimaldab selle raamatu ulatus vaid lühikest jalutuskäiku laienduspakettidest, et anda lugejale aimu, mis suunas süsteem areneb.
2. Laienduspakettide loend
Loetlege laienduspaketid
Süsteemi MATLAB 6.0 täielik koosseis sisaldab mitmeid komponente, mille nime, versiooninumbrit ja loomise kuupäeva saab kuvada käsuga ver:
MATLABi versioon 6.0.0.88 (R12) PCWIN MATLAB-i litsentsinumbril: 0
|
MATLAB tööriistakast |
Versioon 6.0 |
06-0ct-2000 |
|||
|
Versioon 4.0 |
|||||
|
Versioon 4.0 |
04-0ct-2000 |
||||
|
Stateflow kodeerija |
Versioon 4.0 |
04-0ct-2000 |
|||
|
Reaalajas töötuba |
Versioon 4.0 |
||||
|
COMA viiteplokk |
Versioon 1.0.2 |
||||
|
Sideblokeerija |
Versioon 2.0 |
||||
|
Side tööriistakast |
Versioon 2.0 |
||||
|
Juhtimissüsteemi tööriistakast |
Versioon 5.0 |
||||
|
DSP plokikomplekt |
Versioon 4.0 |
||||
|
Andmehõive tööriistakast |
Versioon 2.0 |
05-0ct-2000 |
|||
|
Andmebaasi tööriistakast |
Versioon 2.1 |
||||
|
Andmevoo tööriistakast |
Versioon 1.2 |
||||
|
Sihverplaadid ja mõõturid |
Versioon 1.1 |
||||
|
Filtri kujundamise tööriistakast |
Versioon 2.0 |
||||
|
Finantstuletisinstrumentide tööriistakast |
Versioon 1.0 |
||||
|
Financial Time Series Toolbox |
Versioon 1.0 |
||||
|
Finantstööriistade kast |
Versioon 2.1.2 |
||||
|
Fikseeritud punkti plokikomplekt |
Versioon 3.0 |
||||
|
Häguloogika tööriistakast |
Versioon 2.1 |
||||
|
GARCHi tööriistakast |
Versioon 1.0 |
||||
|
Pilditöötluse tööriistakast |
Versioon 2.2.2 |
|
Instrumentide juhtimise tööriistakast |
Versioon 1.0 |
||||
|
LMI juhtimise tööriistakast |
Versioon 1.0.6 |
||||
|
MATLAB kompilaator |
Versioon 2.1 |
||||
|
MATLAB aruannete generaator |
Versioon 1.1 |
||||
|
Kaardistamise tööriistakast |
Versioon 1.2 |
||||
|
|
Versioon 1.0.5 |
||||
|
Motorola DSP arendajakomplekt |
Versioon 1.1 |
Ol-Sep-2000 |
|||
|
Mi-analüüsi ja sünteesi tööriistakast |
Versioon 3.0.5 |
||||
|
Närvivõrgu tööriistakast |
Versioon 4.0 |
||||
|
Mittelineaarse juhtimise disaini plokikomplekt |
Versioon 1.1.4 |
||||
|
Optimeerimise tööriistakast |
Versioon 2.1 |
||||
|
Osalise diferentsiaalvõrrandi tööriistakast |
Versioon 1.0.3 |
||||
|
Toitesüsteemi plokikomplekt |
Versioon 2.1 |
||||
|
Reaalajas töötuba Ada kodeerija |
Versioon 4.0 |
||||
|
Reaalajas töötubade sisseehitatud kodeerija |
Versioon 1.0 |
||||
|
Nõuete haldusliides |
Versioon 1.0.1 |
||||
|
Tugev juhttööriistakast |
Versioon 2.0.7 |
||||
|
SB2SL (teisendab SystemBuildi Simu |
Versioon 2.1 |
||||
|
Signaalitöötluse tööriistakast |
Versioon 5.0 |
||||
|
Simulink Accelerator |
Versioon 1.0 |
||||
|
Mudelite erinevus Simulinki ja... |
Versioon 1.0 |
||||
|
Simulinki mudeli katvuse tööriist |
Versioon 1.0 |
||||
|
Simulink Report Generator |
Versioon 1.1 |
||||
|
Splaini tööriistakast |
Versioon 3.0 |
||||
|
Statistika tööriistakast |
Versioon 3.0 |
||||
|
Sümboolne matemaatika tööriistakast |
Versioon 2.1.2 |
||||
|
|
Versioon 5.0 |
||||
|
Waveleti tööriistakast |
Versioon 2.0 |
||||
|
Versioon 1.1 |
|||||
|
xPC Target Embedded Option |
Versioon 1.1 |
Pange tähele, et peaaegu kõik MATLAB 6.0 laienduspaketid on uuendatud ja pärinevad aastast 2000. Nende kirjeldust on märgatavalt laiendatud, mis PDF-vormingus võtab juba palju rohkem kui kümme tuhat lehekülge. Allpool on peamiste laienduspakettide lühikirjeldus
3. Simulink for Windows
Simulink Windowsi jaoks
Simulink laienduspaketti kasutatakse kindlaksmääratud omaduste (parameetritega) graafikaplokkidest koosnevate mudelite simulatsioonimodelleerimiseks. Mudeli komponendid on omakorda graafilised plokid ja mudelid, mis sisalduvad mitmetes teekides ja mida saab hiire abil põhiaknasse üle kanda ja vajalike ühendustega omavahel ühendada. Mudelid võivad sisaldada erinevat tüüpi signaaliallikaid, virtuaalseid salvestusvahendeid ja graafilisi animatsioonitööriistu. Mudeliplokil topeltklõpsates kuvatakse aken selle parameetrite loendiga, mida kasutaja saab muuta. Simulatsiooni käivitamine annab konstrueeritud mudeli matemaatilise modelleerimise koos tulemuste selge visuaalse esitusega. Pakett põhineb plokkskeemide koostamisel, kandes komponenditeegist plokid üle kasutaja loodud mudeli redigeerimisaknasse. Seejärel käivitatakse mudel. Joonisel fig. Joonisel 23.1 on kujutatud lihtsa süsteemi – hüdrosilindri – modelleerimise protsess. Seire viiakse läbi virtuaalsete ostsilloskoopide abil - joonisel fig. Joonisel 23.1 on kujutatud kahe sellise ostsilloskoobi ekraanid ja mudeli lihtsa alamsüsteemi aken. Võimalik on modelleerida keerukaid süsteeme, mis koosnevad paljudest alamsüsteemidest.
Simulink koostab ja lahendab mudeli olekuvõrrandid ning võimaldab ühendada soovitud punktidega mitmesuguseid virtuaalseid mõõteriistu. Silmatorkav on simulatsioonitulemuste esituse selgus. Hulk näiteid Simulink paketi kasutamisest on juba toodud õppetükis 4. Paketi eelmist versiooni on raamatutes piisavalt põhjalikult kirjeldatud. Peamine uuendus on maatrikssignaalide töötlemine. Lisatud eraldi Simulink jõudluspaketid, näiteks Simulink Accelerator mudeli koodi koostamiseks, Simulink profileer koodi analüüsiks jne.
Riis. 23.1. Näide hüdrosilindrite süsteemi modelleerimisest Simulink laienduse abil
1.gif
Pilt:
1b.gif
Pilt:
4. Reaalajas Windowsi sihtmärk ja töötuba
Reaalajas Windowsi sihtmärk ja töötuba
Simulinkiga ühendatud võimas reaalajas simulatsiooni alamsüsteem (täiendava riistvaraga arvuti laienduskaartide näol), mida esindavad Real Time Windows Target ja Workshop laienduspaketid, on võimas tööriist reaalsete objektide ja süsteemide haldamiseks. Lisaks võimaldavad need laiendused luua käivitatavaid mudelikoode. Riis. 4. õppetüki joonisel 4.21 on näidatud van der Poli mittelineaarsete diferentsiaalvõrranditega kirjeldatud süsteemi sellise modelleerimise näide. Sellise modelleerimise eeliseks on selle matemaatiline ja füüsiline selgus. Simulink mudeli komponentides saab määrata mitte ainult fikseeritud parameetrid, vaid ka matemaatilisi seoseid, mis kirjeldavad mudelite käitumist.
5. MATLABi ja Simulinki aruannete generaator
Aruandegeneraator MATLABi ja Simulinki jaoks
MATLAB 5.3.1-s kasutusele võetud tööriist aruannete generaatorid annavad teavet süsteemi MATLAB ja Simulink laienduspaketi toimimise kohta. See tööriist on väga kasulik keerukate arvutusalgoritmide silumisel või keerukate süsteemide simuleerimisel. Aruandegeneraatorid käivitatakse käsuga Report. Aruandeid saab esitada programmidena ja redigeerida.
Aruandegeneraatorid saavad käivitada aruannetes sisalduvaid käske ja programmifragmente ning võimaldavad jälgida keeruliste arvutuste käitumist.
6. Närvivõrkude tööriistakast
Närvivõrkude tööriistakast
Rakendusprogrammide pakett, mis sisaldab tööriistu närvivõrkude loomiseks neuroni matemaatilise analoogi käitumise põhjal. Pakett pakub tõhusat tuge mitmesuguste tuntud võrguparadigmade kavandamiseks, väljaõppeks ja simuleerimiseks, alates põhilistest pertseptronmudelitest kuni moodsamate assotsiatiivsete ja iseorganiseeruvate võrkudeni. Paketti saab kasutada närvivõrkude uurimiseks ja rakendamiseks selliste probleemide puhul nagu signaalitöötlus, mittelineaarne juhtimine ja finantsmodelleerimine. Pakutakse võimalust genereerida kaasaskantavat C-koodi reaalajas töökoja abil.
Pakett sisaldab enam kui 15 teadaolevat tüüpi võrke ja koolitusreegleid, mis võimaldavad kasutajal valida konkreetse rakenduse või uurimisprobleemi jaoks sobivaima paradigma. Iga tüüpi arhitektuuri ja õppereeglite jaoks on olemas funktsioonid lähtestamiseks, koolituseks, kohandamiseks, loomiseks ja simuleerimiseks, tutvustamiseks ja näidisvõrgurakenduseks.
Järelevalvega võrkude jaoks saate valida päri- või korduva arhitektuuri, kasutades erinevaid õppereegleid ja disainitehnikaid, nagu perceptron, backpropagation, Levenberg backpropagation, radial base networks ja recurrent networks. Saate hõlpsasti muuta mis tahes arhitektuuri, õppimisreegleid või üleminekufunktsioone või lisada uusi – seda kõike ilma C- või FORTRAN-i ridagi kirjutamata. Näide paketi kasutamisest tähekujutise äratundmiseks toodi 4. õppetükis. Paketi eelmise versiooni üksikasjaliku kirjelduse leiate raamatust.
7. Fuzzy Logic Toolbox
Häguloogika tööriistakast
Rakenduspakett Fuzzy Logic on seotud hägusate (hägusate) hulkade teooriaga. Pakub tuge kaasaegsetele fuzzy-klastrimeetoditele ja adaptiivsetele fuzzy-närvivõrkudele. Paketi graafilised tööriistad võimaldavad interaktiivselt jälgida süsteemi käitumist.
Paketi peamised omadused:
- muutujate, hägusate reeglite ja liikmelisuse funktsioonide määratlemine;
- uduste loogiliste järelduste interaktiivne vaatamine;
- kaasaegsed meetodid: adaptiivne fuzzy järeldus närvivõrkude abil, fuzzy klasterdamine;
- interaktiivne dünaamiline simulatsioon Simulinkis;
kaasaskantava C-koodi genereerimine Real-Time Workshopi abil.
See näide näitab selgelt mudeli käitumise erinevusi hägusloogika arvessevõtmisel ja ilma selleta.
8. Sümbolilise matemaatika tööriistakast
Sümboolne matemaatika tööriistakast
Rakendusprogrammide pakett, mis annab MATLAB-süsteemile põhimõtteliselt uued võimalused - võime lahendada probleeme sümboolsel (analüütilisel) kujul, sealhulgas rakendada suvalise bitisügavusega täpset aritmeetikat. Pakett põhineb ühe võimsaima arvutialgebrasüsteemi Maple V R4 sümboolse matemaatika tuuma kasutamisel. Pakub sümboolset diferentseerimist ja integreerimist, summade ja korrutiste arvutamist, laiendamist Taylori ja Maclaurini seeriates, tehteid astmepolünoomidega (polünoomidega), polünoomide juurte arvutamist, mittelineaarsete võrrandite lahendamist analüütilisel kujul, igasuguseid sümboolseid teisendusi, asendusi ja palju muud rohkem. Sellel on käsud otseseks juurdepääsuks Maple V süsteemituumale.
Pakett võimaldab valmistada ette Maple V R4 süsteemi programmeerimiskeele süntaksiga protseduure ja paigaldada need MATLAB süsteemi. Kahjuks jääb pakett sümboolse matemaatika võimaluste poolest palju alla spetsiaalsetele arvutialgebrasüsteemidele, nagu Maple'i ja Mathematica uusimad versioonid.
9. Matemaatika paketid
Matemaatika paketid
MATLAB sisaldab palju laienduspakette, mis suurendavad süsteemi matemaatilisi võimalusi, suurendades arvutuste kiirust, tõhusust ja täpsust.
10.NAG Foundation Toolbox
NAG Foundation Toolbox
Üks võimsamaid matemaatiliste funktsioonide teeke, mille on loonud The Numerical Algorithms Group, Ltd. spetsiaalne rühm. Pakett sisaldab sadu uusi funktsioone. Funktsioonide nimed ja nende kutsumise süntaks on laenatud tuntud NAG Foundation Libraryst. Selle tulemusel saavad kogenud NAG FORTRANi kasutajad hõlpsasti töötada NAG-paketiga MATLABis. NAG Foundation raamatukogu pakub oma funktsioone objektikoodide ja vastavate m-failide kujul nende kutsumiseks. Kasutaja saab neid MEX-faile hõlpsasti lähtekoodi tasemel muuta.
Pakett pakub järgmisi funktsioone:
polünoomide juured ja modifitseeritud Laguerre'i meetod;
rea summa arvutamine: diskreetne ja Hermiit-diskreetne Fourier' teisendus;
tavalised diferentsiaalvõrrandid: Adamsi ja Runge-Kutta meetodid;
osadiferentsiaalvõrrandid;
interpoleerimine;
omaväärtuste ja vektorite, ainsuse arvude arvutamine, kompleks- ja reaalmaatriksite tugi;
kõverate ja pindade lähendamine: polünoomid, kuupsplainid, Tšebõševi polünoomid;
funktsioonide minimeerimine ja maksimeerimine: lineaarne ja ruutprogrammeerimine, mitme muutuja funktsioonide ekstreemsused;
maatriksi lagunemine;
lineaarvõrrandisüsteemide lahendamine;
lineaarvõrrandid (LAPACK);
statistilised arvutused, sealhulgas kirjeldav statistika ja tõenäosusjaotused;
korrelatsioon- ja regressioonanalüüs: lineaarsed, mitmemõõtmelised ja üldistatud lineaarsed mudelid;
mitmemõõtmelised meetodid: põhikomponendid, ortogonaalsed pöörded;
juhuslike arvude genereerimine: normaaljaotus, Poissoni, Weibulli ja Koschi jaotused;
mitteparameetriline statistika: Friedman, Kruskal-Wallis, Mann-Whitney; Aegridade kohta: ühe- ja mitmemõõtmeline;
erifunktsioonide lähendused: integraalne eksponentsiaal, gammafunktsioon, Besseli ja Hankeli funktsioonid.
Lõpuks võimaldab see pakett kasutajal luua FORTRAN-i programme, mis lingivad dünaamiliselt MATLABiga.
11. Splaini tööriistakast
Rakenduspakett splainidega töötamiseks. Toetab ühe-, kahe- ja mitmemõõtmelist splaini interpoleerimist ja lähendamist. Pakub keeruliste andmete ja graafika esitlust ja kuvamist.
Pakett võimaldab teostada splainide interpoleerimist, lähendamist ja teisendamist B-vormist tükikaupa polünoomiks, interpoleerimist kuupsplainidega ja silumist, splainidega toiminguid: tuletise, integraali ja kuvamise arvutamist.
Spline pakett on varustatud B-splainidega töötamiseks mõeldud programmidega, mida kirjeldab splainide looja ja Spline paketi autori Karl DeBoer töös “A Practical Guide to Splines”. Paketi funktsioonid koos MATLAB-keele ja üksikasjaliku kasutusjuhendiga muudavad splainid hõlpsasti mõistetavaks ja tõhusalt rakendatavaks mitmesuguste probleemide korral.
Pakett sisaldab programme kahe enimkasutatava splain-esituse vormiga töötamiseks: B-vorm ja tükikaupa polünoomvorm. B-vorm on mugav splaini konstrueerimise etapis, tükkhaaval polünoomvorm on aga efektiivsem pideval splainiga töötamisel. Pakett sisaldab funktsioone splainide loomiseks, kuvamiseks, interpoleerimiseks, lähendamiseks ja töötlemiseks B-vormis ja polünoomiliste segmentidena.
12. Statistika tööriistakast
Statistika tööriistakast
Statistika rakenduste pakett, mis laiendab dramaatiliselt MATLAB süsteemi võimalusi statistiliste arvutuste ja statistiliste andmete töötlemisel. Sisaldab väga esinduslikku tööriistakomplekti erinevate jaotusseadustega juhuslike arvude, vektorite, maatriksite ja massiivide genereerimiseks, samuti paljusid statistilisi funktsioone. Tuleb märkida, et MATLAB süsteemi tuumas sisalduvad enamlevinud statistilised funktsioonid (sh ühtlase ja normaaljaotusega juhuslike andmete genereerimise funktsioonid). Paketi peamised omadused:
kirjeldav statistika;
tõenäosusjaotused;
parameetrite hindamine ja lähendamine;
hüpoteesi testimine;
mitmekordne regressioon;
interaktiivne astmeline regressioon;
Monte Carlo simulatsioon;
intervallide lähendamine;
statistilise protsessi juhtimine;
katse planeerimine;
vastuse pinna modelleerimine;
mittelineaarne mudeli lähendamine;
põhikomponentide analüüs;
statistilised graafikud;
graafiline kasutajaliides.
Pakett sisaldab 20 erinevat tõenäosusjaotust, sealhulgas t (õpilase oma), F ja hii-ruut. Igat tüüpi jaotustele pakutakse parameetrite valikut, jaotuste graafilist kuvamist ja parimate lähenduste arvutamise meetodit. Andmete dünaamiliseks visualiseerimiseks ja analüüsimiseks on palju interaktiivseid tööriistu. Vastuse pinna modelleerimiseks, jaotuste visualiseerimiseks, juhuslike arvude ja tasemejoonte genereerimiseks on spetsiaalsed liidesed.
13. Optimeerimise tööriistakast
Optimeerimise tööriistakast
Rakendusülesannete pakett - optimeerimisülesannete ja mittelineaarsete võrrandisüsteemide lahendamiseks. Toetab põhimeetodeid mitme muutuja funktsioonide optimeerimiseks:
mittelineaarsete funktsioonide tingimusteta optimeerimine;
vähimruutude meetod ja mittelineaarne interpolatsioon;
mittelineaarsete võrrandite lahendamine;
lineaarne programmeerimine;
ruutprogrammeerimine;
mittelineaarsete funktsioonide tingimuslik minimeerimine;
minimaxi meetod;
mitme kriteeriumi optimeerimine.
Erinevad näited näitavad paketi funktsioonide tõhusat kasutamist. Nende abil saate ka võrrelda, kuidas sama probleem erinevate meetoditega lahendatakse.
14. Osadiferentsiaalvõrrandite tööriistakast
Osadiferentsiaalvõrrandite tööriistakast
Väga oluline rakenduspakett, mis sisaldab palju funktsioone osadiferentsiaalvõrrandisüsteemide lahendamiseks. Pakub tõhusaid vahendeid selliste võrrandisüsteemide, sealhulgas jäikade võrrandisüsteemide lahendamiseks. Pakett kasutab lõplike elementide meetodit. Paketi käske ja graafilist liidest saab kasutada osadiferentsiaalvõrrandite matemaatiliseks modelleerimiseks mitmesuguste inseneri- ja teaduslike rakenduste jaoks, sealhulgas materjalide tugevusprobleemid, elektromagnetiliste seadmete arvutused, soojus- ja massiülekandeprobleemid ning difusiooniprobleemid. Paketi peamised omadused:
täisväärtuslik graafiline liides teist järku osadiferentsiaalvõrrandite töötlemiseks;
automaatne ja adaptiivne võrguvalik;
piirtingimuste seadmine: Dirichlet, Neumann ja segatud;
paindlik probleemi formuleerimine kasutades MATLAB süntaksit;
täisautomaatne sidumine ja lõplike elementide suuruste valik;
mittelineaarsed ja adaptiivsed disainiskeemid;
võime visualiseerida lahenduse erinevate parameetrite ja funktsioonide välju, demonstreerida aktsepteeritud partitsiooni- ja animatsiooniefekte.
Pakett järgib intuitiivselt lõplike elementide meetodil PDE lahendamise kuut etappi. Need sammud ja paketi vastavad režiimid on järgmised: geomeetria määratlemine (joonistusrežiim), piirtingimuste seadmine (piirtingimuste režiim), probleemi defineerivate koefitsientide valimine (PDE režiim), lõplike elementide diskretiseerimine (võrgurežiim). ), algtingimuste seadmine ja võrrandite lahendamine (lahendusrežiim), lahenduse järgnev töötlemine (graafiku režiim).
15. Juhtsüsteemide analüüsi ja sünteesi paketid
Juhtsüsteemide analüüsi ja sünteesi paketid
Juhtimissüsteemi tööriistakast
Juhtimissüsteemi pakett on mõeldud automaatjuhtimissüsteemide – nii pidevate kui ka diskreetsete – modelleerimiseks, analüüsimiseks ja projekteerimiseks. Paketi funktsioonid rakendavad traditsioonilisi ülekandefunktsiooni meetodeid ja kaasaegseid olekuruumi meetodeid. Sagedus- ja ajareaktsioone, nullpooluse diagramme saab kiiresti arvutada ja ekraanile kuvada. Pakett sisaldab:
täielik tööriistakomplekt MIMO (multiple input multiple output) süsteemide analüüsimiseks;
ajakarakteristikud: ülekande- ja üleminekufunktsioonid, reageerimine suvalisele mõjule;
sageduskarakteristikud: Bode, Nichols, Nyquist jne diagrammid;
tagasisideahelate arendamine;
LQR/LQE kontrollerite disain;
mudelite omadused: juhitavus, jälgitavus, mudelite järjestuse alandamine;
viivitusega süsteemide tugi.
Mudeli koostamise lisafunktsioonid võimaldavad konstrueerida keerukamaid mudeleid. Ajareaktsiooni saab arvutada impulsssisendi, üheastmelise sisendi või juhusliku sisendsignaali jaoks. Samuti on olemas funktsioonid ainsuse arvude analüüsimiseks.
Interaktiivne keskkond süsteemide aja- ja sagedusreaktsiooni võrdlemiseks pakub kasutajale graafilisi juhtnuppe, mis võimaldavad samaaegselt kuvada ja vahetada vastuseid. Arvutada saab erinevaid reageerimisomadusi, nagu tõusuaeg ja tõusuaeg.
Juhtimissüsteemi pakett sisaldab tööriistu tagasiside parameetrite valimiseks. Traditsiooniliste meetodite hulka kuuluvad: ainsuse punktide analüüs, võimenduse ja sumbumiskoefitsientide määramine. Kaasaegsete meetodite hulgas: lineaar-ruutjuhtimine jne. Juhtimissüsteemi pakett sisaldab suurt hulka algoritme juhtimissüsteemide projekteerimiseks ja analüüsimiseks. Lisaks on sellel kohandatav keskkond ja see võimaldab luua oma m-faile.
16. Mittelineaarse juhtimise kujundamise tööriistakast
Mittelineaarse juhtimise kujundamise tööriistakast
Mittelineaarse juhtimisdisaini (NCD) plokikomplekt rakendab juhtimissüsteemi kavandamiseks dünaamilist optimeerimismeetodit. See Simulinkiga kasutamiseks mõeldud tööriist kohandab automaatselt süsteemi parameetreid vastavalt kasutaja määratud ajastuspiirangutele.
Pakett kasutab hiirt lohistades ajapiirangute muutmiseks otse graafikutel, võimaldades hõlpsasti seadistada muutujaid ja määrata määratlemata parameetreid, pakub interaktiivset optimeerimist, rakendab Monte Carlo simulatsiooni, toetab SISO (üks sisend - üks väljund) disaini ja MIMO juhtimist. süsteemid , võimaldab modelleerida häirete summutamist, jälgimist ja muud tüüpi vastuseid, toetab korduvaid parameetriprobleeme ja viivitusega süsteemide juhtimise probleeme ning võimaldab valida rahuldatud ja kättesaamatute piirangute vahel.
17. Robust Control Toolbox
Tugev juhttööriistakast
Robust Control pakett sisaldab tööriistu mitme muutujaga tugevate juhtimissüsteemide kavandamiseks ja analüüsimiseks. Tegemist on modelleerimisvigadega süsteemidega, mille dünaamika pole täielikult teada või mille parameetrid võivad modelleerimise käigus muutuda. Paketi võimsad algoritmid võimaldavad teha keerulisi arvutusi, võttes arvesse paljude parameetrite muutusi. Paketi omadused:
LQG kontrollerite süntees, mis põhineb ühtsete ja integraalsete normide minimeerimisel;
mitme parameetriga sageduskarakteristik;
olekuruumi mudeli ehitamine;
ainsuse väärtustel põhinevate mudelite teisendamine;
mudeli järjekorra alandamine;
spektraalne faktoriseerimine.
Pakett Robust Control tugineb juhtimissüsteemi paketi funktsionaalsusele, pakkudes samal ajal juhtimissüsteemi kujundamiseks täiustatud algoritmide komplekti. Pakett loob silla kaasaegse juhtimisteooria ja praktiliste rakenduste vahel. Sellel on palju funktsioone, mis rakendavad kaasaegseid meetodeid mitme muutujaga töökindlate kontrollerite projekteerimiseks ja analüüsimiseks.
Süsteemide stabiilsust rikkuvate määramatuste ilmingud on mitmekesised - müra ja signaalide häired, ülekandefunktsiooni mudeli ebatäpsus, modelleerimata mittelineaarne dünaamika. Pakett Robust Control võimaldab hinnata mitme parameetri stabiilsuspiiri erinevate määramatuste korral. Kasutatud meetodite hulgas: Perroni algoritm, ülekandefunktsioonide tunnuste analüüs jne.
Pakett Robust Control pakub erinevaid tagasiside kujundamise meetodeid, sealhulgas: LQR, LQG, LQG/LTR jne. Mudelijärjestuse alandamise vajadus tekib mitmel juhul: objekti järjekorra alandamine, kontrolleri järjekorra alandamine, suurte modelleerimine süsteemid. Kvalitatiivne protseduur mudeli järjekorra vähendamiseks peab olema arvuliselt stabiilne. Robust Control paketis sisalduvad protseduurid tulevad selle ülesandega edukalt toime.
18. Mudeli ennustava juhtimise tööriistakast
Mudeli ennustava juhtimise tööriistakast
Model Predictive Control pakett sisaldab täielikku tööriistakomplekti ennustava (proaktiivse) juhtimisstrateegia rakendamiseks. See strateegia töötati välja praktiliste probleemide lahendamiseks keerukate mitme kanaliga protsesside juhtimisel olekumuutujate ja juhtimise piirangutega. Ennustavaid juhtimismeetodeid kasutatakse keemiatööstuses ja muude pidevate protsesside juhtimiseks. Pakett sisaldab:
süsteemide modelleerimine, identifitseerimine ja diagnostika;
MISO (mitu sisendit – üks väljund), MIMO, siirdekarakteristikute, olekuruumi mudelite tugi;
süsteemianalüüs;
mudelite teisendamine mitmesugusteks esitusvormideks (olekuruum, ülekandefunktsioonid);
õpetuste ja demode pakkumine.
Ennustav lähenemine kontrolliprobleemidele kasutab tehase selgesõnalist lineaarset dünaamilist mudelit, et ennustada kontrollmuutujate tulevaste muutuste mõju tehase käitumisele. Optimeerimisülesanne on sõnastatud piirangutega ruutprogrammeerimise probleemina, mis lahendatakse iga simulatsioonitsükli jooksul uuesti. Pakett võimaldab luua ja testida kontrollereid nii lihtsate kui ka keerukate objektide jaoks.
Pakett sisaldab enam kui viiskümmend spetsialiseeritud funktsiooni dünaamiliste süsteemide kavandamiseks, analüüsimiseks ja modelleerimiseks, kasutades ennustavat juhtimist. See toetab järgmist tüüpi süsteeme: impulss-, pidev- ja diskreetaeg, olekuruum. Töödeldakse erinevat tüüpi häireid. Lisaks saab mudelisse selgesõnaliselt kaasata sisend- ja väljundmuutujate piirangud.
Simulatsioonitööriistad võimaldavad jälgida ja stabiliseerida. Analüüsitööriistad hõlmavad suletud ahela pooluste, sagedusreaktsiooni ja muude juhtimissüsteemi omaduste arvutamist. Mudeli tuvastamiseks on paketil funktsioonid süsteemituvastuspaketiga suhtlemiseks. Pakett sisaldab ka kahte Simulinki funktsiooni, mis võimaldavad testida mittelineaarseid mudeleid.
19. mu - Analüüs ja süntees
(Mu)-analüüs ja süntees
Pakett p-Analysis and Synthesis sisaldab funktsioone tugevate juhtimissüsteemide kujundamiseks. Pakett kasutab ühtset normi ja ainsuse parameetrite optimeerimist ja. See pakett sisaldab graafilist liidest, mis lihtsustab plokiga manipuleerimist optimaalsete kontrollerite kujundamisel. Pakendi omadused:
- ühtsetes ja terviklikes normides optimaalsete regulaatorite kavandamine;
- reaalse ja kompleksse ainsuse parameetri hindamine mu;
D-K iteratsioonid ligikaudseks mu-süntees;
GUI suletud ahela vastuse analüüsi jaoks;
mudelijärjestuse vähendamise vahendid;
suurte süsteemide üksikute plokkide otseühendus.
Olekuruumi mudelit saab luua ja analüüsida süsteemimaatriksite alusel. Pakett toetab tööd pidevate ja diskreetsete mudelitega. Paketil on täisväärtuslik graafiline liides, sealhulgas: võimalus seada sisendandmete vahemikku, spetsiaalne aken D-K iteratsioonide omaduste redigeerimiseks ja sageduskarakteristikute graafiline esitus. Omab funktsioone maatriksite liitmiseks, korrutamiseks, erinevateks teisendusteks ja muudeks maatriksitega tehtavateks operatsioonideks. Annab võimaluse vähendada mudelite järjekorda.
20.Riigivool
Stateflow on pakett sündmuste juhitud süsteemide modelleerimiseks, mis põhineb lõplike olekumasinate teoorial. See pakett on mõeldud kasutamiseks koos Simulinki dünaamiliste süsteemide modelleerimispaketiga. Saate sisestada olekuvoo diagrammi (või SF diagrammi) mis tahes Simulinki mudelisse, mis kajastab modelleerimisobjekti (või süsteemi) komponentide käitumist. SF-diagramm on animeeritud. Kasutades selle värvikoodiga plokke ja ühendusi, saate jälgida kõiki simuleeritud süsteemi või seadme tööetappe ja muuta selle töö sõltuvaks teatud sündmustest. Riis. Joonis 23.6 illustreerib auto käitumise modelleerimist teel hädaolukorras. Automudeli all on näha SF-diagramm (täpsemalt üks kaader selle toimimisest).
SF diagrammide koostamiseks on paketil mugav ja lihtne redaktor ning kasutajaliidese tööriistad.
21. Kvantitatiivse tagasiside teooria tööriistakast
Kvantitatiivse tagasiside teooria tööriistakast
Pakett sisaldab funktsioone tugevate (stabiilsete) tagasisidega süsteemide loomiseks. QFT (Quantitative Feedback Theory) on insenerimeetod, mis kasutab sageduse esitusmudeleid erinevate kvaliteedinõuete rahuldamiseks ebakindlate taimeomaduste olemasolul. Meetod põhineb tähelepanekul, et tagasiside on vajalik juhtudel, kui objekti mõned omadused on ebakindlad ja/või selle sisendile rakendatakse tundmatuid häireid. Paketi omadused:
tagasisidele omase määramatuse sageduspiiride hindamine;
graafiline kasutajaliides, mis võimaldab optimeerida vajalike tagasiside parameetrite leidmise protsessi;
funktsioonid mudelisse sisestatud erinevate plokkide (multiplekserid, liitjad, tagasisideahelad) mõju määramiseks määramatuste olemasolul;
analoog- ja digitaalsete tagasisideahelate, kaskaadide ja mitmeahelaliste ahelate modelleerimise tugi;
tehase parameetrite määramatuse lahendamine parameetriliste ja mitteparameetriliste mudelite või seda tüüpi mudelite kombinatsiooni abil.
Tagasisideteooria on klassikalise sagedusliku lähenemise loomulik laiendus disainile. Selle põhieesmärk on kujundada lihtsaid väikese tellimustega kontrollereid minimaalse ribalaiusega, mis rahuldavad ebakindluse korral jõudlusnäitajad.
Pakett võimaldab arvutada erinevaid tagasiside, filtrite ja testkontrollerite parameetreid nii pidevas kui ka diskreetses ruumis. Sellel on mugav graafiline liides, mis võimaldab luua lihtsaid kontrollereid, mis vastavad kasutaja nõudmistele.
QFT võimaldab disainida kontrollereid, mis vastavad erinevatele nõuetele vaatamata mudeli parameetrite muutustele. Mõõdetud andmeid saab otse kasutada kontrolleri projekteerimiseks, ilma et oleks vaja tuvastada keerulist süsteemi reaktsiooni.
22.LMI juhtimistööriistakast
LMI juhtimise tööriistakast
LMI (Linear Matrix Inequality) juhtimispakett pakub integreeritud keskkonda lineaarse programmeerimise probleemide püstitamiseks ja lahendamiseks. Algselt juhtimissüsteemide projekteerimiseks mõeldud pakett võimaldab lahendada mistahes lineaarse programmeerimise probleeme peaaegu igal tegevusalal, kus sellised probleemid tekivad. Paketi peamised omadused:
lineaarse programmeerimise ülesannete lahendamine: piirangute ühilduvuse probleemid, lineaarsete eesmärkide minimeerimine lineaarsete piirangute olemasolul, omaväärtuste minimeerimine;
lineaarse programmeerimise probleemide uurimine;
graafiline redaktor lineaarse programmeerimise probleemide jaoks;
piirangute seadmine sümboolsel kujul;
regulaatorite mitmekriteeriumiline disain;
stabiilsuskontroll: lineaarsete süsteemide ruutstabiilsus, Ljapunovi stabiilsus, mittelineaarsete süsteemide Popovi kriteeriumi kontrollimine.
LMI Control pakett sisaldab kaasaegseid simpleksalgoritme lineaarse programmeerimise probleemide lahendamiseks. Kasutab lineaarsete piirangute struktureeritud esitust, mis parandab tõhusust ja minimeerib mälunõudeid. Paketis on spetsiaalsed tööriistad lineaarsel programmeerimisel põhinevate juhtimissüsteemide analüüsiks ja kujundamiseks.
Lineaarse programmeerimise lahendajad saavad hõlpsasti testida dünaamiliste süsteemide ja mittelineaarsete komponentidega süsteemide stabiilsust. Varem peeti seda tüüpi analüüsi rakendamiseks liiga keeruliseks. Pakett võimaldab isegi kombineerida kriteeriume, mida varem peeti liiga keeruliseks ja lahendatavaks ainult heuristiliste lähenemiste abil.
Pakett on võimas tööriist kumerate optimeerimisprobleemide lahendamiseks, mis tekivad sellistes valdkondades nagu juhtimine, identifitseerimine, filtreerimine, struktuurikujundus, graafiteooria, interpolatsioon ja lineaaralgebra Editor) ja Magshape'i liides võimaldab seada piiranguid sümboolsel kujul ning Magshape pakub kasutajale mugavaid tööriistu paketiga töötamiseks.
23. Süsteemi identifitseerimispaketid
Süsteemi tuvastamise paketid
Süsteemi tuvastamise tööriistakast
Süsteemi identifitseerimise pakett sisaldab tööriistu dünaamiliste süsteemide matemaatiliste mudelite loomiseks vaadeldud sisend- ja väljundandmete põhjal. Sellel on paindlik graafiline liides, mis aitab teil andmeid korrastada ja mudeleid luua. Pakendis sisalduvad identifitseerimismeetodid on rakendatavad väga paljude probleemide lahendamiseks alates juhtimissüsteemide projekteerimisest ja signaalitöötlusest kuni aegridade ja vibratsiooni analüüsini. Paketi peamised omadused:
lihtne ja paindlik liides;
andmete eeltöötlus, sealhulgas eelfiltreerimine, suundumuste ja eelarvamuste eemaldamine; О andmevahemiku valimine analüüsiks;
vastuse analüüs aja- ja sagedusvaldkonnas;
süsteemi ülekandefunktsiooni nullide ja pooluste kuvamine;
jääkide analüüs mudeli testimisel;
keerukate diagrammide konstrueerimine, näiteks Nyquisti diagramm jne.
Graafiline liides lihtsustab andmete eeltöötlust ja ka interaktiivset mudeli tuvastamise protsessi. Samuti on võimalik paketiga töötada käsurežiimis ja Simulink laiendust kasutades. Andmete laadimise ja salvestamise, vahemiku valimise, nihkete ja trendide kustutamise toimingud tehakse minimaalse pingutusega ja asuvad peamenüüs.
Andmete ja tuvastatud mudelite esitus on korraldatud graafiliselt selliselt, et interaktiivse identifitseerimisprotsessi käigus on kasutajal lihtne naasta eelmise tööetapi juurde. Algajatele on võimalus vaadata järgmisi võimalikke samme. Graafilised tööriistad võimaldavad spetsialistil leida üles kõik varem hangitud mudelid ja hinnata selle kvaliteeti võrreldes teiste mudelitega.
Alustades väljundi ja sisendi mõõtmisest, saate luua süsteemi parameetrilise mudeli, mis kirjeldab selle käitumist ajas. Pakett toetab kõiki traditsioonilisi mudelistruktuure, sealhulgas autoregressiooni, Box-Jenkinsi jne. See toetab lineaarset olekuruumi mudeleid, mida saab defineerida nii diskreetses kui ka pidevas ruumis. Need mudelid võivad sisaldada suvalist arvu sisendeid ja väljundeid. Pakett sisaldab funktsioone, mida saab kasutada tuvastatud mudelite katseandmetena. Lineaarset mudelituvastust kasutatakse laialdaselt juhtimissüsteemide projekteerimisel, kui on vaja luua objekti mudel. Signaalitöötlusprobleemide korral saab adaptiivseks signaalitöötluseks kasutada mudeleid. Identifitseerimismeetodeid on edukalt rakendatud ka finantsrakendustes.
24. Sagedusdomeeni süsteemi identifitseerimise tööriistakast
Sagedusdomeeni süsteemi identifitseerimise tööriistakast
Sagedusdomeeni süsteemi identifitseerimise pakett pakub spetsiaalseid tööriistu lineaarsete dünaamiliste süsteemide tuvastamiseks nende aja või sagedusreaktsiooni järgi. Sageduspõhiste meetodite eesmärk on tuvastada pidevad süsteemid, pakkudes võimsat täiendust traditsioonilisemale diskreetsele tehnikale. Paketi meetodeid saab rakendada selliste probleemide puhul nagu elektriliste, mehaaniliste ja akustiliste süsteemide modelleerimine. Pakendi omadused:
perioodilised häired, tipptegur, optimaalne spekter, pseudojuhuslikud ja diskreetsed binaarjärjestused;
amplituudi ja faasi, nullide ja pooluste usaldusvahemike arvutamine;
teadmata viivitusega pidevate ja diskreetsete süsteemide tuvastamine;
mudeldiagnostika, sh modelleerimine ja jääkide arvutamine;
mudelite teisendamine System Identification Toolboxi vormingusse ja vastupidi.
Sageduspiirkonna lähenemisviisi kasutades saab sageduspiirkonnas saavutada parima mudeli; vältige valimi võtmise vigu; signaali DC komponenti on lihtne isoleerida; parandab oluliselt signaali-müra suhet. Häiresignaalide saamiseks pakub pakett funktsioone binaarjadade genereerimiseks, tipptaseme minimeerimiseks ja spektraalomaduste parandamiseks. Pakett pakub pidevate ja diskreetsete lineaarsete staatiliste süsteemide tuvastamist, sisendsignaalide automaatset genereerimist, samuti saadud süsteemi ülekandefunktsiooni nullide ja pooluste graafilist esitust. Mudeli testimise funktsioonid hõlmavad jääkide, ülekandefunktsioonide, nullide ja pooluste arvutamist ning mudeli käivitamist testandmete abil.
25. Täiendavad MATLAB-i laienduspaketid
Täiendavad MATLAB laienduspaketid
Side tööriistakast
Rakendusprogrammide pakett mitmesuguste telekommunikatsiooniseadmete ehitamiseks ja modelleerimiseks: digitaalsed sideliinid, modemid, signaalimuundurid jne. Sellel on rikkalik mudelite komplekt mitmesuguste side- ja telekommunikatsiooniseadmete jaoks. Sisaldab mitmeid huvitavaid näiteid kommunikatsioonitööriistade modelleerimisest, näiteks v34 protokolli kasutav modem, ühe külgriba modulatsiooni pakkuv modulaator jne.
26. Digitaalse signaalitöötluse (DSP) plokikomplekt
Digitaalse signaalitöötluse (DSP) plokikomplekt
Rakendusprogrammide pakett digitaalsete signaaliprotsessoreid kasutavate seadmete projekteerimiseks. Need on eelkõige ülitõhusad digitaalfiltrid, mille sageduskarakteristik (sageduskarakteristik) on määratud või kohandatud signaalide parameetritele. Selle paketi abil digitaalsete seadmete modelleerimise ja projekteerimise tulemusi saab kasutada ülitõhusate digitaalsete filtrite ehitamiseks kaasaegsetele digitaalsetele signaalitöötluse mikroprotsessoritele.
27. Fikseeritud punkti plokikomplekt
Fikseeritud punkti plokikomplekt
See eripakett on keskendunud digitaalsete juhtimissüsteemide ja digitaalsete filtrite modelleerimisele Simulink paketi osana. Spetsiaalne komponentide komplekt võimaldab teil kiiresti lülituda fikseeritud ja ujukoma (punkti) arvutuste vahel. Saate määrata 8-, 16- või 32-bitise sõna pikkuse. Pakendil on mitmeid kasulikke omadusi:
märgita või binaararitmeetika kasutamine;
kasutaja binaarpunkti asukoha valik;
binaarpunkti asukoha automaatne seadistamine;
mudeli signaali maksimaalse ja minimaalse vahemiku vaatamine;
lülituda fikseeritud ja ujukomaarvutuste vahel;
ülevoolu korrigeerimine ja põhikomponentide kättesaadavus fikseeritud punktiga operatsioonide jaoks; loogilised operaatorid, ühe- ja kahemõõtmelised otsingutabelid.
28. Paketid signaali- ja pilditöötluseks
Signaali- ja pilditöötluspaketid
Signaalitöötluse tööriistakast
Võimas pakett seadmete analüüsimiseks, modelleerimiseks ja projekteerimiseks igasuguste signaalide töötlemiseks, nende filtreerimiseks ja paljudeks teisendusteks.
Signaalitöötluspakett pakub äärmiselt laiaulatuslikke võimalusi signaalitöötlusprogrammide loomiseks tänapäevaste teadus- ja insenerirakenduste jaoks. Pakett kasutab erinevaid filtreerimistehnikaid ja uusimaid spektraalanalüüsi algoritme. Pakett sisaldab mooduleid lineaarsete süsteemide arendamiseks ja aegridade analüüsiks. Pakett on kasulik eelkõige sellistes valdkondades nagu heli- ja videoteabe töötlemine, telekommunikatsioon, geofüüsika, reaalajas juhtimisülesanded, majandus, rahandus ja meditsiin. Paketi peamised omadused:
signaalide ja lineaarsüsteemide modelleerimine;
digitaalsete ja analoogfiltrite projekteerimine, analüüs ja juurutamine;
kiire Fourier teisendus, diskreetne koosinus ja muud teisendused;
spektrite hindamine ja statistiline signaalitöötlus;
aegridade parameetriline töötlemine;
erineva kujuga signaalide genereerimine.
Signaalitöötluspakett on ideaalne kest signaali analüüsiks ja töötlemiseks. See kasutab praktikas testitud algoritme, mis on valitud maksimaalse tõhususe ja usaldusväärsuse tagamiseks. Pakett sisaldab laia valikut signaalide ja lineaarsete mudelite esitamise algoritme. See komplekt võimaldab kasutajal signaalitöötlusskripti loomisel üsna paindlikku lähenemist. Pakett sisaldab algoritme mudeli teisendamiseks ühest esitusest teise.
Signaalitöötluse pakett sisaldab täielikku tehnikate komplekti erinevate omadustega digitaalsete filtrite loomiseks. See võimaldab teil kiiresti välja töötada kõrg- ja madalpääsfiltrid, riba- ja stopp-pääsfiltrid, mitmeribalised filtrid, sealhulgas Chebyshev, Yule-Walker, elliptilised filtrid jne.
Graafiline liides võimaldab kujundada filtreid, määrates neile nõuded objektide hiirega lohistamise režiimis. Pakett sisaldab järgmisi uusi filtri kujundamise meetodeid:
Tšebõševi üldistatud meetod mittelineaarse faasivastuse, komplekssete koefitsientide või suvalise reaktsiooniga filtrite loomiseks. Algoritmi töötasid välja McLennan ja Karam 1995. aastal;
piiratud vähimruutude kasutamine võimaldab kasutajal selgesõnaliselt juhtida maksimaalset viga (silumine);
meetod Kaiseri aknaga filtri miinimumjärjestuse arvutamiseks;
üldistatud Butterworthi meetod maksimaalselt ühtlase läbipääsuriba ja sumbumisega madalpääsfiltrite kujundamiseks.
Põhinedes optimaalsel kiire Fourier' teisenduse algoritmil, pakub signaalitöötlus sagedusanalüüsi ja spektraalhinnangu jaoks ületamatut jõudlust. Pakett sisaldab funktsioone diskreetse Fourier' teisenduse, diskreetse koosinuse teisenduse, Hilberti teisenduse ja muude analüüsiks, kodeerimiseks ja filtreerimiseks sageli kasutatavate teisenduste arvutamiseks. Pakett rakendab selliseid spektraalanalüüsi meetodeid nagu Welchi meetod, maksimaalse entroopia meetod jne.
Uus graafiline liides võimaldab vaadata ja visuaalselt hinnata signaali karakteristikuid, kujundada ja rakendada filtreid, teostada spektraalanalüüsi, uurides erinevate meetodite ja nende parameetrite mõju saadud tulemusele. Graafiline liides on eriti kasulik aegridade, spektrite, aja- ja sageduskarakteristikute ning süsteemide ülekandefunktsioonide nullide ja pooluste asukoha visualiseerimiseks.
Signaalitöötluspakett on aluseks paljude muude probleemide lahendamisel. Näiteks kombineerides seda Image Processing paketiga, saab 2D signaale ja pilte töödelda ja analüüsida. Süsteemi identifitseerimise paketiga sidudes võimaldab signaalitöötluspakett süsteemide parameetrilist ajadomeeni modelleerimist. Kui kombineerida pakettidega Neural Network ja Fuzzy Logic, saab andmetöötluseks või klassifitseerimisfunktsioonide eraldamiseks luua mitmesuguseid tööriistu. Signaali genereerimise tööriist võimaldab teil luua erineva kujuga impulsssignaale.
29. Kõrgemat järku spektraalanalüüsi tööriistakast
Kõrgema järgu spektraalanalüüsi tööriistakast
Kõrgemat järku spektraalanalüüsi pakett sisaldab spetsiaalseid algoritme signaalide analüüsimiseks kõrgema järgu momente kasutades. Pakett pakub rohkelt võimalusi mitte-Gaussi signaalide analüüsimiseks, kuna sisaldab algoritme ehk kõige arenenumate signaalide analüüsi- ja töötlemise meetodite jaoks. Paketi peamised omadused:
kõrge järgu spektrite hindamine;
traditsiooniline või parameetriline lähenemine;
amplituudi ja faasi taastamine;
adaptiivne lineaarne prognoosimine;
harmoonilise taastamine;
Viivituse hindamine;
blokeerida signaali töötlemine.
Kõrgemat järku spektraalanalüüsi pakett võimaldab analüüsida mitte-Gaussi müra ja mittelineaarsetes süsteemides toimuvate protsesside poolt kahjustatud signaale. Kõrge järgu spektrid, mis on määratletud signaali kõrgema järgu momentidena, sisaldavad lisateavet, mida ei ole võimalik saada ainult autokorrelatsiooni või signaali võimsusspektri analüüsi kasutades. Kõrge järgu spektrid võimaldavad:
summutada lisavärvi Gaussi müra;
tuvastada mitte-minimaalsed faasisignaalid;
tõsta esile teavet müra mitte-Gaussi iseloomu tõttu;
tuvastada ja analüüsida signaalide mittelineaarseid omadusi.
Kõrgetasemelise spektraalanalüüsi võimalikud rakendused on akustika, biomeditsiin, ökonomeetria, seismoloogia, okeanograafia, plasmafüüsika, radar ja radar. Paketi põhifunktsioonid toetavad kõrgetasemelisi spektreid, ristspektri hindamist, lineaarseid ennustusmudeleid ja viivituse hindamist.
30. Pilditöötluse tööriistakast
Pilditöötluse tööriistakast
Pilditöötlus pakub teadlastele, inseneridele ja isegi kunstnikele laia valikut tööriistu digitaalse pilditöötluse ja -analüüsi jaoks. Tihedalt koos MATLAB-i rakenduste arenduskeskkonnaga vabastab pilditöötluse tööriistakast teid aeganõudvast algoritmide kodeerimisest ja silumisest, võimaldades teil keskenduda peamise teadusliku või praktilise probleemi lahendamisele. Paketi peamised omadused:
pildi detailide taastamine ja esiletõstmine;
töötamine pildi valitud alaga;
pildianalüüs;
lineaarne filtreerimine;
pildi teisendamine;
geomeetrilised teisendused;
oluliste detailide kontrasti suurendamine;
binaarsed teisendused;
pilditöötlus ja statistika;
värvimuutused;
paleti muutmine;
pilditüübi teisendamine.
Pilditöötluse pakett pakub rohkelt võimalusi graafiliste piltide loomiseks ja analüüsimiseks MATLAB keskkonnas. See pakett pakub äärmiselt paindlikku liidest, mis võimaldab teil manipuleerida piltidega, interaktiivselt arendada graafikat, visualiseerida andmekogumeid ja teha märkusi aruannete, aruannete ja väljaannete jaoks. Paindlikkus, paketi algoritmide kombineerimine sellise MATLAB-i funktsiooniga nagu maatriks-vektorkirjeldus teeb paketi väga hästi sobivaks peaaegu iga probleemi lahendamiseks graafika arendamisel ja esitlemisel. Näited selle paketi kasutamisest MATLAB süsteemikeskkonnas on toodud õppetükis 7. MATLAB sisaldab spetsiaalselt loodud protseduure graafilise kesta tõhususe parandamiseks. Eelkõige võib märkida järgmisi funktsioone:
interaktiivne silumine graafika arendamisel;
Profiler algoritmi täitmise aja optimeerimiseks;
tööriistad interaktiivse graafilise kasutajaliidese (GUI Builder) loomiseks, et kiirendada GUI mallide väljatöötamist, võimaldades teil kohandada seda vastavalt kasutaja ülesannetele.
See pakett võimaldab kasutajal kulutada oluliselt vähem aega ja vaeva standardse graafika loomisele ning keskenduda seega piltide olulistele detailidele ja funktsioonidele.
MATLAB ja pilditöötluspakett on maksimaalselt kohandatud kasutaja uute ideede ja meetodite arendamiseks ja elluviimiseks. Selleks on olemas komplekt seotud pakette, mille eesmärk on lahendada kõikvõimalikke spetsiifilisi probleeme ja probleeme ebatavalises keskkonnas.
Pilditöötlust kasutab praegu laialdaselt enam kui 4000 ettevõtet ja ülikooli üle maailma. Samas on väga suur hulk probleeme, mida kasutajad selle paketi abil lahendavad, näiteks kosmoseuuringud, sõjaline arendus, astronoomia, meditsiin, bioloogia, robootika, materjaliteadus, geneetika jne.
31. Waveleti tööriistakast
Waveleti pakett pakub kasutajale täielikku programmikomplekti mitmemõõtmeliste mittestatsionaarsete nähtuste uurimiseks laineliste (lühilainepakettide) abil. Suhteliselt hiljuti loodud meetodid Wavelet'i paketis laiendavad kasutaja võimalusi neis valdkondades, kus tavaliselt kasutatakse Fourier' dekompositsiooni tehnikat. Pakett võib olla kasulik selliste rakenduste jaoks nagu kõne- ja helitöötlus, telekommunikatsioon, geofüüsika, rahandus ja meditsiin. Paketi peamised omadused:
täiustatud graafiline kasutajaliides ja käskude komplekt signaalide ja piltide analüüsiks, sünteesiks, filtreerimiseks;
mitmemõõtmeliste pidevate signaalide teisendamine;
diskreetne signaali muundamine;
signaalide ja kujutiste dekomponeerimine ja analüüs;
lai valik baasfunktsioone, sealhulgas piiriefektide korrigeerimine;
signaalide ja kujutiste paketttöötlus;
entroopiapõhine pakettanalüüs;
filtreerimine kõvade ja pehmete lävede seadmise võimalusega;
optimaalne signaali tihendamine.
Paketti kasutades saate analüüsida funktsioone, millest teised signaalianalüüsi meetodid puudust tunnevad, st trende, kõrvalekaldeid, kõrgetasemeliste tuletisinstrumentide katkestusi. Pakett võimaldab signaale ilma ilmsete kadudeta tihendada ja filtreerida isegi juhtudel, kui on vaja säilitada nii signaali kõrg- kui ka madalsageduslikud komponendid. Signaali paketttöötluseks on tihendus- ja filtreerimisalgoritmid. Tihendusprogrammid valivad minimaalse arvu koefitsiente, mis esindavad algset teavet kõige täpsemalt, mis on tihendussüsteemi järgmiste etappide jaoks väga oluline. Pakett sisaldab järgmisi laineliste aluskomplekte: biorthogonal, Haar, Mexican Hat, Mayer jne. Samuti saate paketti lisada oma aluseid.
Mahukas kasutusjuhend selgitab, kuidas paketi meetoditega töötada, koos arvukate näidete ja täieliku viiteosaga.
32. Muud rakenduste paketid
Muud rakenduste paketid
Finantstööriistade kast
Finants- ja majandusarvutuste rakendusprogrammide pakett, mis on meie turureformide perioodi jaoks üsna asjakohane. Sisaldab palju funktsioone liitintressi arvutamiseks, pangahoiuste tehinguteks, kasumi arvutamiseks ja paljuks muuks. Kahjuks pole finants- ja majandusvalemite arvukate (kuigi üldiselt mitte eriti põhjapanevate) erinevuste tõttu selle kasutamine meie tingimustes alati mõistlik - selliste arvutuste jaoks on palju kodumaiseid programme, näiteks “Raamatupidamine 1C”. Kui aga soovid läbi Datafeed Toolbox MATLAB paketi ühenduda finantsuudiste agentuuride andmebaasidega - Bloom-berg, IDC, siis kasuta loomulikult kindlasti MATLAB finantslaienduse pakette.
Finantspakett on aluseks mitmesuguste finantsprobleemide lahendamisele MATLABis, alates lihtsatest arvutustest kuni täismahuliste hajutatud rakendusteni. Finantspaketti saab kasutada intressimäärade ja kasumite arvutamiseks, tuletisinstrumentide tulude ja hoiuste analüüsimiseks ning investeerimisportfelli optimeerimiseks. Paketi peamised omadused:
andmetöötlus;
investeerimisportfelli efektiivsuse dispersioonanalüüs;
aegridade analüüs;
väärtpaberite tootluse arvutamine ja intressimäärade hindamine;
statistiline ja turutundlikkuse analüüs;
aasta tulude arvestus ja rahavoogude arvestus;
kulumi ja amortisatsiooni arvutamise meetodid.
Arvestades konkreetse finantstehingu kuupäeva olulisust, sisaldab Finantspakett mitmeid funktsioone kuupäevade ja kellaaegadega manipuleerimiseks erinevates vormingutes. Finantspakett võimaldab arvutada võlakirjainvesteeringute hindu ja tootlust. Kasutajal on võimalus seada arvete tagasimaksmisel ebastandardseid, sh ebaregulaarseid ja ebaühtlasi graafikuid deebet- ja kreedittehingutele ning lõpparveldustele. Majandustundlikkuse funktsioone saab arvutada, võttes arvesse erinevaid tähtaegu.
Finantspaketi algoritmid rahavoonäitajate ja muude finantskontodel kajastuvate andmete arvutamiseks võimaldavad arvutada eelkõige laenude ja laenude intressimäärasid, tasuvuskordajaid, laenulaekumisi ja kogulaekumisi, hinnata ja prognoosida investeerimisportfelli väärtust. , ning arvutada amortisatsiooninäitajaid jne. Paketti funktsioone saab kasutada positiivsete ja negatiivsete rahavoogude (cash-flow) arvestamisel (vastavalt sularahalaekumiste ülejääk maksetest või sularahamaksete ülejääk laekumistest).
Finantspakett sisaldab algoritme, mis võimaldavad analüüsida investeerimisportfelli, dünaamikat ja majandusliku tundlikkuse tegureid. Eelkõige investeeringute efektiivsuse määramisel võimaldavad paketi funktsioonid luua portfelli, mis rahuldab G. Markowitzi klassikalist probleemi. Kasutaja saab kombineerida paketi algoritme, et arvutada Sharpe'i suhtarvud ja tulumäärad. Dünaamika ja majandusliku tundlikkuse tegurite analüüs võimaldab kasutajal määrata positsioonid straddle tehingute, riskimaandamise ja fikseeritud intressimääraga tehingute jaoks. Finantspakett pakub ka ulatuslikke võimalusi andmete ja tulemuste esitamiseks ja esitamiseks majandus- ja finantsvaldkonnas traditsiooniliste graafikute ja diagrammide kujul. Sularaha saab kasutaja äranägemisel kuvada kümnend-, panga- ja protsendivormingus.
33. Kaardistamise tööriistakast
Kaardistamispakett pakub graafilist ja käsurea liidest geograafiliste andmete analüüsimiseks, kaartide kuvamiseks ja välistele geograafilistele andmeallikatele juurdepääsuks. Lisaks sobib pakett töötamiseks paljude tuntud atlastega. Kõik need tööriistad koos MATLABiga pakuvad kasutajatele kõik tingimused produktiivseks tööks teaduslike geograafiliste andmetega. Paketi peamised omadused:
graafiliste ja teaduslike andmete visualiseerimine, töötlemine ja analüüs;
üle 60 kaardiprojektsiooni (otsene ja pöördvõrdeline);
vektor-, maatriks- ja liitkaartide kujundamine ja kuvamine;
graafiline liides kaartide ja andmete koostamiseks ja töötlemiseks;
globaalsed ja piirkondlikud andmeatlased ja liidesed kõrge eraldusvõimega valitsuse andmetega;
Geograafiline statistika ja navigeerimisfunktsioonid;
kaartide kolmemõõtmeline esitus koos sisseehitatud esiletõstmise ja varjutusega;
populaarsete geograafiliste andmevormingute konverterid: DCW, TIGER, ETOPO5.
Kaardistamispakett sisaldab üle 60 kõige laiemalt tuntud projektsiooni, sealhulgas silindrilised, pseudosilindrilised, koonilised, polükoonilised ja pseudokoonilised, asimuut- ja pseudoasimutaalsed projektsioonid. Võimalikud on edasi- ja tagurpidi projektsioonid, samuti kasutaja määratud mittestandardsed projektsioonitüübid.
Kaardistamise paketis kaardiga on mis tahes muutuja või muutujate kogum, mis tähistab geograafilist punkti või piirkonda või määrab sellele arvväärtuse. Pakett võimaldab töötada vektor-, maatriks- ja segaandmete kaartidega. Võimas graafiline liides pakub interaktiivseid kaardikogemusi, näiteks võimalust liigutada kursorit objektile ja klõpsata sellel teabe hankimiseks. Graafiline liides MAPTOOL on terviklik rakenduste arenduskeskkond kaartidega töötamiseks.
Komplektis on maailma tuntuimad, Ameerika Ühendriikide ja astronoomiaatlased. Geograafiline andmestruktuur lihtsustab atlastest ja kaartidest andmete väljavõtmist ja töötlemist. Geograafiliste andmete struktuur ja funktsionaalsus väliste geograafiliste andmetega suhtlemiseks digitaalse maailmakaardi (DCW), TIGER, TBASE ja ETOPO5 vormingutes on koondatud, et pakkuda võimsat ja paindlikku tööriista olemasolevatele ja tulevastele geograafilistele andmebaasidele juurdepääsuks. Geograafiliste andmete hoolikas analüüs nõuab sageli matemaatilisi meetodeid, mis toimivad sfäärilises koordinaatsüsteemis. Kaardistamispakett pakub geograafiliste, statistiliste ja navigeerimisfunktsioonide alamhulka geograafiliste andmete analüüsimiseks. Navigeerimisfunktsioonid pakuvad võimsaid võimalusi reisiülesannete täitmiseks, nagu positsioneerimine ja marsruudi planeerimine.
34. Toitesüsteemi plokikomplekt
Andmehõive tööriistakast ja Instrument Control Toolbox
Data Acquisition Toolbox on laienduspakett, mis on seotud andmete hankimise valdkonnaga läbi arvuti sisemise siiniga ühendatud plokkide, funktsioonigeneraatorite, spektrianalüsaatorite – ühesõnaga seadmete, mida laialdaselt kasutatakse uurimiseesmärkidel andmete hankimiseks. Neid toetab sobiv arvutusbaas. Uus Instrument Control Toolbox võimaldab ühendada instrumente ja seadmeid jadaliidesega ning avaliku kanali ja VXI liidestega.
36. Andmebaasi tööriistakast ja virtuaalreaalsuse tööriistakast
Andmebaasi tööriistakast ja virtuaalreaalsuse tööriistakast
Rohkem kui 100 korda on suurendatud andmebaasi tööriistakasti kiirust, mille abil toimub ODBC või JDBC draiverite kaudu infovahetus mitmete andmebaasihaldussüsteemidega:
Juurdepääs 95 või 97 Microsoft;
Microsoft SQL Server 6.5 või 7.0;
Sybase Adaptive Server 11;
Sybase (endine Watcom) SQL Server Anywhere 5.0;
IBM DB2 Universal 5.0;
Computer Associates Ingres (kõik versioonid).
Kõik andmed on MATLAB 6.0-s eelnevalt teisendatud lahtri massiiviks. MATLAB 6.1-s saate kasutada ka mitmesuguseid struktuure. Visual Query Builder võimaldab teil luua suvaliselt keerulisi päringuid nende andmebaaside SQL-dialektides, isegi ilma SQL-i tundmata. Ühe seansi jooksul saab avada palju heterogeenseid andmebaase.
Virtuaalreaalsuse tööriistakast on saadaval alates MATLAB 6.1-st. Võimaldab teha kolmemõõtmelist animatsiooni ja animatsiooni, sealhulgas Simulinki mudeleid. Programmeerimiskeel – VRML – virtuaalreaalsuse modelleerimiskeel (Virtual Reality Modeling Language). Animatsiooni saab vaadata igast arvutist, mis on varustatud VRML-i toetava brauseriga. Kinnitab, et matemaatika on teadus mis tahes reaalse või virtuaalse maailma kvantitatiivsetest suhetest ja ruumilistest vormidest.
37. Exceli link
Võimaldab kasutada Microsoft Excel 97 MATLAB I/O protsessorina. Selleks installige Exceli lisandmoodulina Math Worksi pakutav fail excllinkxla. Excelis peate tippima Service > Lisandmoodulid > Sirvi, valige fail kataloogist \matlabrl2\toolbox\exlink ja installige see. Nüüd, iga kord, kui käivitate Exceli, ilmub MATLAB-i käsuaken ja Exceli juhtpaneelile lisanduvad nupud getmatrix, putmatrix, evalstring. MATLAB-i sulgemiseks Excelist tippige lihtsalt suvalisesse Exceli lahtrisse =MLC1ose(). Pärast selle käsu täitmist avamiseks peate klõpsama ühel getmatrixi, putmatrixi, evalstringi nupul või tippima Exceli tööriistad > Makro > Käivita matt! abi ni t. Kui hiir on valitud mitme Exceli lahtri kohal, võite klõpsata getmatrixil ja sisestada MATLAB-i muutuja nime. Maatriks kuvatakse Excelis. Kui olete Exceli lahtrite vahemiku numbritega täitnud, saate vahemiku esile tõsta, klõpsata putmaatriksil ja sisestada MATLAB-i muutuja nime. Operatsioon on seega intuitiivne. Erinevalt MATLABist ei ole Excel Link tõstutundlik: I ja i, J ja j on samaväärsed.
Avage laienduspakettide demod.
