MATLAB یک پلتفرم برنامه نویسی محبوب در میان مهندسین و دانشمندان است. واژه متلب از ترکیب دو عبارت Matrix و Laboaratory به وجود آمده و از آن برای رسم نمودارهای پیشرفته، سنجش از راه دور، مدل‌سازی سیستم‌های پیشرفته و تحلیل و پیاده‌سازی الگوریتم‌ها استفاده می‌کنند. افرادی که به برنامه نویسی علاقه دارند یا مشغول تحصیل در دانشگاه هستند، با یادگیری زبان برنامه نویسی متلب می‌توانند مسائل مختلف حوزه ریاضی را به سادگی حل کنند. در ادامه این نوشته قصد داریم در مورد نرم افزار متلب، ویژگی‌ها و کاربردهای آن توضیحات بیشتری را ارائه کنیم. پس تا انتها همراه ما باشید.
برخی افراد، متلب را یک ماشین حساب بزرگ می‌دانند که فقط محاسبات سخت و پیچیده را انجام می‌دهد. اما بهتر است بدانید متلب یک محیط برنامه نویسی است و برای کار کردن با آن باید زبان برنامه نویسی مخصوص به آن را یاد بگیرید. همچنین کدهای آن در IDE مخصوص به خود اجرا می‌شود.
متلب چیست؟
زبان برنامه نویسی متلب توسط Cleve Molar (کلیو مولر) در دهه 70 میلادی توسعه پیدا کرد. هدف اصلی Cleve از انجام اینکار، کمک به دانشجویان دانشگاه نیومکزیکو برای دسترسی به EISPACK و LINPACK بدون برنامه نویسی بود. محاسبه‌گر ماتریکس هم اولین برنامه‌‌ای بود که کلیو مولر توسعه داد. این زبان در طول سال‌ها گسترش زیادی پیدا کرد و در سال 2000 با اضافه شدن کتابخانه‌های مختلف، در بخش‌های گوناگون صنعت از جمله فضانوردی، مخابرات و پزشکی به کار گرفته شد. در حال حاضر نیز یکی از زبان‌های برنامه نویسی محبوب در رشته‌های مهندسی است.
برنامه نویسان با آموزش متلب می‌توانند مسائل پیچیده و دشوار ریاضی را با سرعت بالا حل کنند. همچنین متلب به مهندسان و دانشمندان کمک می‌کند تا معادلات ریاضی و ماتریس‌ها را در برنامه‌های مختلف به کار ببرند.
بهتر است بدانید زبان برنامه نویسی متلب یک زبان نسل چهارم یا Fourth Generation Language (4GL) است. زبان‌های نسل چهار به زبان‌هایی می‌گویند که به زبان محاوره نزدیک هستند. در این زبان‌ها بسیاری از کارهای روتین و معمولی از دوش برنامه نویس برداشته شده و مسئولیت این موضوع را زبان برنامه نویسی بر عهده گرفته است. به طور مثال در زبان‌های نسل دو و سه برای ذخیره و بازیابی اطلاعات باید کدنویسی انجام می‌شد. اما در زبان‌های نسل چهارم این مساله توسط رابط کاربری و با دستورات ساده انجام می‌گیرد. علاوه بر موارد بالا، زبان‌های نسل 4 برنامه اجرایی جداگانه‌ای تولید نمی‌کنند و در بستر نرم افزارهای دیگر اجرا می‌شوند.
ویژگی‌ها و کاربردهای زبان برنامه نویسی متلب
Matlap کاربردهای گسترده‌ای در رشته‌های شیمی، فیزیک، مهندسی، ریاضی و فیزیک دارد. برخی از کاربردهای مهم آن عبارتند از:
- پردازش فیلم و تصویر
- امور مالی محاسباتی
- تست و اندازه‌گیری
- پردازش سیگنال و مخابرات
- محاسبه معادلات دیفرانسیلی
- محاسبات عددی
- تبدیل داده‌ها
- ساخت ساختارهای دو بعدی و سه بعدی
- محاسبات زیستی
زبان برنامه نویسی متلب، محاسبات توابع، الگوریتم و محاسبات ماتریسی را به آسانی و سهولت انجام می‌دهد. به همین دلیل کاربرانی که قصد تجزیه و تحلیل داده‌ها را دارند به سراغ آن می‌روند. همچنین این زبان به راحتی با سایر زبان‌های برنامه نویسی مثل جاوا ارتباط برقرار می‌کند.
از آنجایی که متلب با زبان C نوشته شده است، سرعت پردازشی بالایی دارد. از دیگر ویژگی‌های این زبان می‌توان به امکان خروجی C و C++ و خروجی گرافیکی به صورت نمودار و منحنی اشاره کرد. علاوه بر موارد بالا با نصب پکیج Hardware Support امکان برنامه نویسی برای ابزارهایی همچون آردوینو و دستگاه‌های پزشکی فراهم می‌شود. در ادامه بیشتر با کاربردهای این زبان آشنا خواهیم شد.
پیشنهاد مطالعه: آموزش حل معادلات با متلب
1. کاربرد متلب در رشته مهندسی مکانیک
از این زبان در مهندسی مکانیک برای شبیه‌سازی رفتار سیستم‌های مکانیکی مثل سیستم‌های توده‌ای، سیستم‌های هیدرولیکی و سیستم‌های پوششی استفاده می‌کنند. علاوه بر آن، امکان انجام محاسبات سیکل‌های ترمودینامیکی نیز وجود دارد.
2. پردازش تصویر
یکی دیگر از پرکاربردترین ویژگی‌های زبان برنامه نویسی متلب، پردازش تصویر است. از این ویژگی مهندسان پزشکی و برق برای پیدا کردن محدوده‌های تصویر، تشخیص شئونات مشخص، پیدا کردن میانه‌های رنگ و تغییر تصویر استفاده می‌کنند. همچنین با کمک Computer Vision Toolbox می‌توان از الگوریتم‌های تشخیص چهره و تشخیص شیوه‌های حرکتی استفاده کرد.
نصب بسته deep learning toolbox نیز به برنامه نویسان این امکان را می‌دهد تا الگوریتم‌های پیشرفته شبکه عصبی را پیاده‌سازی کنند.
3. کاربرد نرم افزار متلب در برق
Matlab در رشته مهندسی برق کاربردهای زیادی دارد که از جمله آن‌ها می‌توان به کنترل تجهیزات، پیش‌بینی عملکرد تجهیزات، کنترل و پیش‌بینی رویدادها اشاره کرد. علاوه بر آن، کمپانی Matlab نرم افزاری را با نام Simulink توسعه داده که مهندسان برق با کمک آن می‌توانند سیستم‌های دیجیتال را تحلیل، مدل‌سازی و شبیه‌سازی کنند.
4. پردازش سیگنال
بازیابی سیگنال، پیش پردازش، پس پردازش و تشخیص سیگنال از کاربردهای متلب در پردازش سیگنال به شمار می‌رود.
5. کاربرد متلب در رشته مهندسی عمران
مهندسان عمران با کمک زبان برنامه نویسی متلب می‌توانند انواع مدل‌های ریاضی برای شبیه‌سازی، تحلیل و طراحی پروژه‌های عمرانی به وجود آورند. برای مثال، مهندسان از قابلیت‌های این نرم افزار برای پیش‌بینی عواقب بار در ساختمان‌های در حال ساخت، مقاومت و پایداری سازه‌ها استفاده می‌کنند.
در نرم افزار متلب برای رشته مهندسی برق Toolbox های مختلفی وجود دارد که از جمله آن‌ها می‌توان به Advanced Civil Engineering Simulation Toolboxes و Civil Engineering Design Optimization Toolbox اشاره کرد.
پیشنهاد مطالعه: آموزش کار با سیمبولینک متلب
6. کاربرد زبان برنامه نویسی متلب در رشته فیزیک
کاربرد بعدی این زبان در رشته فیزیک است. دانشجویان این رشته از متلب برای طراحی الگوریتم‌ها، مدل‌های ریاضی، تحلیل داده‌های تجربی، محاسبه عددی فیزیکی و تحلیل و شبیه‌سازی شاخص‌های فیزیکی استفاده می‌کنند. علاوه بر آن، امکان استفاده از الگوریتم‌های پردازش سیگنال، پردازش داده و پردازش تصویر پتانسیل قطبی نیز وجود دارد.
7. رشته مهندسی شیمی
شیمی‌دان‌ها از Matlab برای مدل‌سازی ریزشیمی، روش‌های شیمیایی، محاسبه تابع‌های شیمیایی، تحلیل داده‌های تجربی و انجام تحقیقات پیشرفته استفاده می‌کنند.
8. کاربرد زبان برنامه نویسی متلب در مهندسی پزشکی
کاربرد بعدی متلب در رشته مهندسی پزشکی است. شبیه‌سازی شرایط پزشکی، تحلیل داده‌ها، مدل‌سازی عملکرد بدن، مدل‌سازی سیستم‌های پیشرفته، بهینه‌سازی الگوریتم‌های پزشکی و شبیه‌سازی عوارض از جمله کاربردهای متلب در مهندسی پزشکی به شمار می‌رود.
به طور مثال مهندسان این رشته با Matlab، تصاویر پزشکی، تصاویر مغزی و سایر تصاویر مربوط به بدن را تجزیه و تحلیل کرده و مشکلات بدن را تشخیص می‌دهند.
مزایای Matlab
با اینکه نرم افزارهای مشابه زیادی مانند زبان برنامه نویسی متلب وجود دارد، اما بسیاری از افراد Matlab را به آن‌ها ترجیح می‌دهند. علت آن هم مزایای زیادی است که این نرم افزار دارد.
1. وجود توابع از پیش تعریف شده
یکی از مهمترین مزایای زبان برنامه نویسی متلب، داشتن کتابخانه‌ای عظیم از توابع از پیش تعریف شده است. برای مثال به جای اینکه، کد مواردی همچون انحراف معیار یا میانگین حسابی را خودتان از ابتدا بنویسید، با کمک توابع خیلی سریع می‌توانید محاسبات را انجام دهید.
Matlab کتابخانه‌های مختلفی در زمینه شبکه‌های عصبی، هوش مصنوعی، پردازش سیگنال و حل معادلات دیفرانسیل دارد. علاوه بر آن، کاربران نیز می‌توانند کتابخانه‌های مختلفی را به وجود آورند. همچنین امکان استفاده از پلاگین‌ها نیز وجود دارد. با مراجعه به بخش داکیومنت متلب نیز به همه آموزش‌های مورد نیاز دسترسی پیدا خواهید کرد.
2. رابط کاربری ساده و آسان
همه مواردی که برای برنامه نویسی و دیباگ کردن نیاز دارید، در محیط توسعه متلب فراهم شده است. این مساله سبب شده تا از Matlab در مواقعی که نیاز به نمونه سازی و توسعه برنامه‌های جدید با سرعت بالا است، استفاده کنند.
3. پشتیبانی از سیستم عامل‌های مختلف و مقیاس‌پذیری بالا
یکی دیگر از مزایای زبان برنامه نویسی متلب، امکان استفاده در سیستم‌های مختلف از جمله ویندوز، مک، لینوکس و تلفن همراه است. برنامه‌های نوشته شده با این زبان به راحتی در همه سیستم عامل‌ها اجرا می‌شوند. همچنین کدهای نوشته شده به زبان متلب را می‌توان در واحدهای پردازش گرافیکی (GPU)، سیستم‌های محاسباتی ابری (Cloud Computing System) و سیستم‌های محاسبات خوشه‌ای (Cluster Computing System) با کمترین میزان تغییرات در کد استفاده کرد.
4. طراحی رابط گرافیکی
توسعه دهندگان با استفاده از متلب می‌توانند یک رابط کاربری گرافیکی یا همان GUI برای برنامه‌های خود طراحی کنند. این مساله باعث می‌شود تا کاربرانی که تجربه زیادی ندارند، به راحتی از برنامه استفاده نمایند.
5. امکان اجرای کدها در Embedded System
مزیت بعدی زبان برنامه نویسی متلب، قابلیت اجرای کدها در سیستم‌های تعبیه شده است. به این صورت که کدهای نوشته شده به زبان متلب به طور خودکار به کدهای C و C++ تبدیل می‌شوند.
6. پشتیبانی از تصویربرداری و سنجش از راه دور
یکی از امکانات پیشرفته متلب، پشتیبانی از الگوریتم‌های سنجش از راه دور و الگوریتم‌های تصویربرداری است.
7. رسم مستقل از دستگاه
در زبان برنامه نویسی متلب دستورات مختلفی برای رسم و تصویربرداری وجود دارد. برنامه نویسان با کمک این ویژگی می‌توانند هر کدام از رسم و تصویربرداری‌ها را در وسیله خروجی گرافیکی مجزایی نمایش دهند.
معایب زبان برنامه نویسی متلب
Matlab در کنار همه مزایایی که دارد، خالی از ایراد نیست. از جمله معایب این زبان می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.
- اصلی‌ترین مشکل متلب، متن باز (Open Source) نبودن آن است. به همین دلیل کاربران به کدهای آن دسترسی ندارند.
- از آنجایی که متلب بر پایه ماتریس طراحی شده است، در کار با ماتریس‌ها عملکرد خوبی دارد. اما در هنگام استفاده از سایر ساختارها کمی کند عمل می‌کند.
- Matlab یک زبان مفسری است. به همین دلیل در مقایسه با زبان‌های کامپایلی سرعت پایینی دارد.
- این نرم افزار قیمت بیشتری نسبت به نرم افزارهای مشابه دارد. البته می‌توان به مدت 30 روز از آن به صورت رایگان استفاده کرد.
- متلب در مقایسه با نرم افزارهای مشابه مثل Fusion و Mathematica رم بیشتری مصرف می‌کند.
معرفی کتابخانهها و Toolboxهای معروف زبان برنامه نویسی متلب
در Matlab کتابخانه‌های مختلفی وجود دارد که هر کدام از آن‌ها در حوزه‌های خاصی استفاده می‌شوند. اگر به تازگی وارد دنیای متلب و یادگیری آن شده باشید، احتمالا بارها و بارها با واژه Toolbox مواجه شده‌اید. تولباکس یا همه جعبه ابزار به مجموعه‌ای از کلاس‌ها، متغیرها و کارکردها گفته می‌شود که روند توسعه برنامه را سریع و بهینه می‌کنند. برخی از Toolboxها به طور پیشفرض در نرم افزار متلب وجود دارند. برخی دیگر نیز باید به صورت جداگانه دانلود و نصب شوند. ما در مقاله جداگانه‌ای با عنوان «تولباکس متلب چیست؟ راهنمای جامع matlab toolbox» این مفهوم را به طور کامل توضیح داده‌ایم.
از معروف‌ترین کتابخانهها و تولباکس‌های این زبان می‌توان به موارد زیر اشاره کرد
- Image Processing Toolbox
- Signal Processing Toolbox
- Computer Vision System Toolbox
- Matlab Conrol System Toolbox
- Simulink
- Optimization Toolbox
متلب یا پایتون؟ کدام یک بهتر است؟
پایتون و متلب هر دو قدرت عملکرد بالا و ویژگی‌های مخصوص به خود را دارند. همچنین یادگیری این زبان‌ها نیز نسبت به سایر زبان‌های برنامه نویسی ساده و راحت است. اما متلب به خاطر داشتن رابط گرافیکی، بسیاری از کارها را آسان می‌کند. به همین دلیل در مدت زمان کوتاهی می‌توان زبان برنامه نویسی متلب را یاد گرفت.
مهمترین مساله‌ای که در هنگام انتخاب زبان برنامه نویسی باید رعایت کنید، کاربرد آن است. از زبان پایتون برای انجام اموری همچون تحلیل داده، یادگیری ماشین، هوش مصنوعی، توسعه رابط گرافیکی و توسعه سمت سرور استفاده می‌کنند. زبان متلب نیز در اکثر رشته‌های مهندسی برای انجام محاسبات عددی کاربرد دارد. با نصب کتابخانه‌های مختلف نیز می‌توان کاربرد آن را گسترش داد. بنابراین اگر در حوزه تحلیل داده یا هوش مصنوعی مشغول فعالیت هستید، پایتون زبان مناسبی خواهد بود. اما اگر در حوزه علوم کامپیوتر یا علوم داده فعالیت می‌کنید، بهتر است به سراغ متلب بروید.
نکته مهم: هیچ محدودیتی در یادگیری هر دو این زبان‌ها وجود ندارد. در صورتی که به دنیای کدنویسی علاقه دارید، بهتر است هر دو این زبان‌ها را یاد گرفته و با توجه به نیاز خود از یکی از آن‌ها استفاده کنید.
چطور متلب را شروع کنیم؟
برای استفاده از زبان برنامه نویسی متلب، ابتدا باید محیط توسعه آن را دانلود و نصب نمایید. نصب این برنامه مراحل بسیار ساده‌ای دارد که در مقاله «آموزش نصب متلب نسخه a و b» آن را به طور مفصل توضیح داده‌ایم.
پس از نصب و اجرای Matlab می‌توانید کدنویسی را شروع کرده و برنامه‌های مورد نظر را طراحی کنید.
در زبان برنامه نویسی متلب امکان تعریف متغیر و انواع داده‌ها وجود دارد. برای تعریف متغیر در این زبان ابتدا باید یک نام برای متغیر انتخاب کرده و سپس مقدار مورد نظر را به آن تخصیص دهید. بهتر است بدانید نام متغیر حداکثر باید 63 کاراکتر باشد و امکان استفاده از کاراکترهای رزرو شده مثل sin، tan و علائمی همچون + و * وجود ندارد. همچنین این زبان Case sensitive بوده و به بزرگ و کوچک بودن حروف حساس است. در مثال زیر نمونه‌ای از تعریف متغیر را آورده‌ایم.
Number = 22
علاوه بر متغیر، امکان تعریف توابع نیز در این زبان وجود دارد. توابع به تکه کدهایی گفته می‌شود که یکبار نوشته می‌شوند و امکان استفاده از آن در بخش‌های مختلف وجود دارد. به طور مثال، تابع زیر میانگین اعضای آرایه ورودی را محاسبه می‌کند. بنابراین هر کجا نیاز به محاسبه میانگین آرایه‌ها داشتید، کافی است این تابع را فراخوانی کنید و نیازی به نوشتن همه کدهای آن نیست.
function ave = average(x)
ave = sum(x(:))/numel(x);
end
برای فراخوانی توابع نیز به شکل زیر عمل می‌کنیم.
m = 1:99;
ave = average(z)
#output
ave = 50
روش‌های یادگیری و تسلط به برنامه نویسی متلب
اگر قصد یادگیری زبان برنامه نویسی متلب را داشته باشید، احتمالا با سوالاتی همچون، یادگیری متلب را از کجا شروع کنم؟ این زبان چه پیش نیازهایی دارد؟ چقدر طول می‌کشد تا به متلب مسلط شوم؟ و سوالاتی از این دست مواجه شده‌اید. بهتر است بدانید، آموزش برنامه نویسی متلب برای علوم و مهندسی جزو ضروریات به حساب می‌آید و همه مهندسان باید آن را بلد باشند. در ادامه می‌توانید جواب سوالات مطرح شده در بالا را مشاهده نمایید.
پیشنهاد مطالعه: تولباکس متلب چیست؟ راهنمای جامع matlab toolbox
1. پیش نیازهای متلب
از آنجایی که متلب مبتنی بر ماتریس‌ها است، قبل از یادگیری آن باید آشنایی عمیقی از ماتریس‌ها به دست آورید. همچنین آشنایی مقدماتی با اصول برنامه نویسی می‌تواند روند یادگیری را سریع کند. علاوه بر آن، یادگیری تایپ سریع نیز به شما کمک می‌کند تا دستورات را سریع‌تر بنویسید.
2. یادگیری متلب چقدر طول می‌کشد؟
مدت زمان یادگیری زبان برنامه نویسی متلب به فاکتورهای مختلفی بستگی دارد و نمی‌توان زمان دقیقی را برای آن مشخص کرد. احتمال دارد شما دستورات و سینتکس این زبان را در مدت زمان کوتاهی یاد بگیرید؛ اما مهمترین مساله تسلط پیدا کردن بر آن‌ها برای انجام پروژه‌های کوچک و بزرگ است.
اگر دانشجوی رشته‌های مهندسی هستید و هدفتان یادگیری سریع این زبان و کسب نمره‌های بالا است، توصیه می‌کنیم نمونه سوال متلب را پیدا کرده و آن‌ها را حل کنید. اینکار باعث می‌شود تا تسلط خوبی به متلب به دست آورید. همچنین مثال حل شده برنامه نویسی متلب نیز کمک زیادی به شما خواهد کرد. سوالات متلب را می‌توانید از منابعی همچون کتاب‌های آموزشی و اینترنت به دست آورید.
3. منابع یادگیری Matlab
برای یادگیری زبان برنامه نویسی متلب راه‌های مختلفی وجود دارد که در ادامه به برخی از آن‌ها اشاره خواهیم کرد.
- خواندن مستندات متلب: زبان برنامه نویسی Matlab و بسیاری از کتابخانه‌های آن دارای داکیومنت هستند. در این مستندات همه موارد مربوطه آموزش داده شده است و با مطالعه آن می‌توانید مباحث را یاد بگیرید.
- مشاهده ویدیوهای آموزشی رایگان: اگر به دنبال آموزش رایگان نرم افزار متلب هستید، بهترین راه تماشای ویدیوهای آموزشی در سطح اینترنت است. با اینکه این ویدیوها مباحث را به طور کامل آموزش نمی‌دهند، اما برای شروع گزینه مناسبی هستند.
- مطالعه کتاب آموزش متلب: در حال حاضر کتاب‌های مختلفی برای آموزش این زبان وجود دارد که با جستجو آن‌ها را پیدا خواهید کرد.
- شرکت در دوره‌های پیشرفته: اگر با آموزش متلب رایگان نتوانستید تسلط کافی به این زبان پیدا کنید، بهترین گزینه شرکت در دوره‌های آموزش متلب است. این دوره‌ها مباحث را از مقدماتی تا پیشرفته آموزش می‌دهند. این مساله باعث می‌شود تا با تمرکز بالا و در مدت زمان کوتاهی زبان برنامه نویسی متلب را یاد بگیرید.
نرم افزار متلب برای گوشی
نرم افزار موبایل Matlab به کاربران اجازه می‌دهد تا برنامه‌های نوشته شده به این زبان را اجرا کرده و تغییرات لازم را در آن اعمال کنند. شما می‌توانید با متصل شدن به اکانت فضای ابری، برنامه Matlab Mobile را با برنامه روی کامپیوتر همگام‌سازی کنید. از جمله امکانات نرم افزار متلب برای گوشی می‌توان به رسم و مشاهده نمودارهای دو بعدی و سه بعدی، ضبط دستورات تایپ، گرفتن اطلاعات از سنسور گوشی و قابلیت اتصال به ویندوز، مک و لینوکس اشاره کرد. البته باید بدانید نرم افزار موبایل زبان برنامه نویسی متلب امکانات محدودی دارد و به اندازه نرم افزار کامپیوتر قدرتمند نیست.
جمع‌بندی
در این نوشته سعی کردیم زبان برنامه نویسی متلب، ویژگی‌ها، کاربرد و مزایا و معایب آن را با شما عزیزان به اشتراک بگذاریم. در صورتی که در رشته‌های مهندسی مشغول تحصیل هستید، یادگیری متلب اهمیت بسیار زیادی در آینده شغلی شما دارد. بنابراین از همین الان یادگیری را در اولویت قرار دهید.
در مجموعه مکتب خونه برای رفع نیازهای آموزشی دانشجویان، دوره‌های مختلفی را از سطح مقدماتی تا پیشرفته برای متلب ایجاد کرده‌ایم. با شرکت در دوره‌های آموزش متلب می‌توانید موضوعات را به صورت اصولی یاد گرفته و پروژه‌های کوچک و بزرگ را انجام دهید. همچنین امکان برقراری ارتباط با اساتید فراهم شده تا دانشجویان سوالات خود را مطرح نمایید. در پایان دوره و بعد از دریافت مدرک نیز می‌توانید وارد بازار کار شده و کسب درآمد کنید.
