اگر به برنامه نویسی علاقه مند باشید، مطمئنا بارها نام نرم افزار متلب را شنیده اید. متلب (Matlab) نام یک زبان برنامه نویسی نسل چهارم و هم چنین یک محیط نرم افزاری برای انجام محاسبات عددی، تجسم و توسعه نرم افزارهای تجاری است. Matlab از ترکیب دو واژه ی Matrix و Laboratory به معنای آزمایشگاه ماتریس، به وجود آمده است. علت این ترکیب نام گذاری، ماتریس محور بودن متلب است به گونه ای که حتی اعداد منفی نیز ماتریس در نظر گرفته می‌شوند. در ادامه به معرفی بیش‌تر زبان متلب و چگونگی برنامه نویسی با آن می‌پردازیم.

معرفی نرم افزار Matlab

در اواخر دهه 70 میلادی، متلب توسط Cleve Moler -یکی از موسسان کمپانی خصوصی Mathworks واقع شده در ایالت ماساچوست آمریکا- توسعه و عرضه شد. او که یک استاد ریاضی بود، به منظور دسترسی آسان‌تر دانشجویان دانشگاه نیومکزیکو به LINPACK و EISPACK، بدون نیاز به یادگیری زبان‌های برنامه نویسی دیگر مانند فرترن، متلب را ایجاد کرد. اولین برنامه ای که وی با متلب نوشت، یک محاسبه گر ماتریس بود. در سال 2000 متلب بازنویسی شد و با اضافه شدن کتابخانه‌های کاربردی فراوان، در حوزه‌های مختلف صنعت، کنترل، مخابرات، پزشکی، فضانوردی و... مورد توجه و استفاده متخصصان قرار گرفت.

در واقع می‌توان گفت که متلب برای استفاده مهندسان و دانشمندان طراحی شده است. آن‌ها با کمک متلب می‌توانند به راحتی ماتریس‌ها و آرایه‌های ریاضی را به طور مستقیم در برنامه‌ها استفاده کنند. این موضوع در مورد تجزیه و تحلیل داده ها، پردازش سیگنال و تصویر، جبر خطی و طراحی کنترل نیز صادق است. Matlab به برنامه نویسان کمک می‌کند تا مسائل پیچیده ریاضی را به زبان کامپیوتر ترجمه کرده و با سرعت بالا آن‌ها را حل کنند.

لوگوی متلب از آغاز تا کنون تغییر زیادی نداشته و نمایشی از معادله ی طول موج است.

ویژگی‌های زبان متلب و کاربردهای آن

متلب یک زبان برنامه نویسی سطح بالا (نزدیک به زبان انسان)، مفسری و شی گرا است. این زبان برخلاف بسیاری از زبان‌های برنامه نویسی، متن باز نیست و برای تهیه آن باید هزینه پرداخت کنید (حدودا 50 هزار دلار!) البته استفاده از آن به مدت 30 روز رایگان است. متلب در مقایسه با رقبایش از جمله Fusion، Mathematica و... فضای رم بیش‌تری مصرف می‌کند؛ اما از جمله مزیت‌های آن می‌توان به امکان گرفتن خروجی C و ++C و همچنین خروجی گرافیکی به صورت نمودار و منحنی از کدهای متلب اشاره کرد.

کدهای متلب با کمک API به راحتی با زبان‌های دیگر مثل جاوا و سی ادغام می‌شوند و می‌توان از آن‌ها در هر بستری استفاده کرد. همچنین می‌توان با نصب پکیج Hardware Support، برای ابزارهایی مانند رزبری پای، آردوینو، دستگاه‌های پزشکی مثل MRI و... با استفاده از متلب برنامه نوشت. شما می‌توانید زبان متلب را تنها در نرم افزار متلب نوشته و اجرا کنید و اجرای آن در سایر محیط‌های توسعه ی برنامه نویسی امکان پذیر نیست. متلب کاربردهای گسترده ای در رشته‌های مهندسی، فیزیک، ریاضی و شیمی دارد. برخی از کاربردهای برنامه‌های ساخته شده با متلب عبارتند از:

• پردازش سیگنال و مخابرات

• پردازش فیلم و تصویر

• سیستم‌های کنترل خودکار

• تست و اندازه گیری

• امور مالی محاسباتی

• زیست شناسی محاسباتی

قدرت محاسبات ریاضی Matlab

MATLAB  برای استفاده در  فرآیندهای پیچیده ریاضیاتی مناسب است و کتابخانه‌های فراوانی برای انجام عملیات ریاضی در دسترس برنامه نویسان قرار می‌دهد. برخی از محاسبات ریاضی رایج با متلب عبارتند از:

• رسم و گرافیک 2 و 3 بعدی

• جبر خطی

• معادلات جبری

• توابع غیر خطی

• آمار

• تحلیل داده ها

• حساب و معادلات دیفرانسیل

• محاسبات عددی

• ادغام

• تبدیل

• ایجاد منحنی

• و بسیاری توابع خاص دیگر

کتابخانه‌های Matlab

متلب در زمینه‌های مختلف از جمله پردازش سیگنال، هوش مصنوعی، شبکه‌های عصبی، یادگیری ماشین، حل معادلات دیفرانسیل و فوریه و... دارای کتابخانه‌های کاربردی فراوان است و امکان ایجاد و افزودن کتابخانه‌های مجزا نیز وجود دارد. علاوه بر این می‌توان از پلاگین هایی با عنوان Add-ones نیز استفاده کرد. توابع و دستورات استفاده از کتابخانه‌ها در بخش Documetation این زبان به صورت کامل موجود هستند و شما به منبع دیگری برای یادگیری نیاز نخواهید داشت. برای دریافت متلب و مطالعه مستندات آن کلیک کنید.

چه نوع شرکت هایی از متلب استفاده می‌کنند؟

متلب ابزارهای کاربردی فراوانی در اختیار برنامه نویسان قرار داده است. به همین دلیل بسیاری از صنایع به خصوص صنایع هوافضا و دفاعی به آن نیاز دارند. این شرکت‌ها از متلب در نمونه گیری اولیه و تست و آزمایشات خود استفاده می‌کنند. در صنعت تولید خودرو نیز از متلب در توسعه سیستم‌های کنترل و مصرف سوخت استفاده می‌شود. صنعت دیگری که استفاده گسترده ای از متلب دارد، صنعت روباتیک است زیرا کمپانی Mathworks از سخت افزارهای بسیاری پشتیبانی می‌کند که این موضوع ساخت ربات هایی با قابلیت‌های بسیار پیشرفته را نسبت به گذشته تا حد زیادی آسان‌تر کرده است.

شروع برنامه نویسی متلب

پس از نصب نرم افزار Matlab با محیطی شبیه به تصویر زیر رو به رو می‌شوید. صفحه command window جاییست که کدهای شما در آن نوشته می‌شوند. پنجره Current Folder، فایل‌ها و پوشه‌های مرتبط با پروژه شما را نشان می‌دهد و پنجره Workspace فضای کاری شماست که داده‌های برنامه در آن نمایش داده می‌شود.

تعریف متغیرها در Matlab

متغیرها مکان هایی از حافظه هستند که می‌توان در آن‌ها داده‌ها را ذخیره کرده و در قسمت‌های دیگر برنامه از آن استفاده کرد. برای تعریف متغیرها در متلب تنها کافیست یک نام نمادین (حداکثر 63 کاراکتر) انتخاب کرده و مقدار مورد نظر را به آن تخصیص دهید. لازم به ذکر است که از نام‌های رزرو شده (مانند sin، tan، cot و...) و  علائم (مانند +،-، * و...) نمی‌توان برای نام متغیرها استفاده کرد. نمونه ای از تعریف متغیر در متلب:

A = 3

توجه داشته باشید که زبان متلب Case sensitive بوده و به بزرگ یا کوچک بودن حروف حساس است.

استفاده از توابع در Matlab

توابع در برنامه نویسی کاربردهای فراوانی دارند. تابع قطعه کدی است که یک بار نوشته شده و می‌توان در قسمت‌های مختلف برنامه بارها آن را فراخوانی کرد. همان طور که پیش‌تر نیز گفته شد، توابع آماده زیادی در متلب وجود دارند؛ همچنین شما می‌توانید توابع مورد نیاز خود را تعریف کرده و از آن‌ها استفاده کنید. برای مثال تابعی که بتواند میانگین اعضای آرایه ورودی را محاسبه کند به صورت زیر نوشته می‌شود:

function ave = average(x)
    ave = sum(x(:))/numel(x);
end

و برای فراخوانی آن در خط فرمان به صورت زیر عمل می‌کنیم:

z = 1:99;
ave = average(z)

خروجی

ave =
50

نتیجه گیری

می توان گفت زبان قدرتمند متلب برای استفاد در کاربردهای مهندسی و محاسبات پیچیده ریاضی مناسب است اما به دلیل مصرف بالای منابع سخت افزاری برای استفاده هایی مانند طراحی و توسعه ی وب مناسب نیست. Matlab زبانی مفسری است و در هر بار اجرا، کدها تفسیر می‌شود به همین دلیل سرعت زبان‌های مفسری نسبت به زبان‌های کامپایلری پایین‌تر است اما مزایایی همچون راحتی استفاده و یادگیری، کتابخانه‌های کاربردی فراوان و قدرتمند و پشتیبانی توسط سیستم‌های عامل محبوب Windows، Linux و Mac موجب علاقه مندی بسیاری از برنامه نویسان به این زبان شده است.

امروزه میلیون‌ها برنامه نویس و دانشمند در سراسر جهان از متلب برای آنالیز و طراحی سیستم هایی که نیاز به انجام محاسبات پیچیده ریاضی در مقیاس بزرگ دارند، استفاده می‌کنند. تجربه شما از برنامه نویسی با زبان متلب چیست؟ در چه زمینه هایی از متلب استفاده کرده اید؟