Anwendungssoftware III (MATLAB)

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1 Anwendungssoftware III (MATLAB) I Grundlagen zu MATLAB Sebastian Hegenbart Fachbereich Computerwissenschaften Universität Salzburg Sommersemester 2015 S. Hegenbart Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 25

2 Danksagung Danksagung Was ist MATLAB? Alternativen Diese Unterlagen basieren auf den Slides von DI Dr. Michael Liedlgruber, welche für die VL Anwendungssoftware III (MATLAB) in den vorhergehenden Jahren benutzt wurden. S. Hegenbart Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 25

3 Was ist MATLAB? Danksagung Was ist MATLAB? Alternativen Der Name MATLAB leitet sich von MATrix LABoratory ab. Die erste Version von MATLAB (MATLAB 1) wurde bereits 1978 entwickelt. Über die Jahre hat sich der Funktionsumfang von MATLAB ständig weiterentwickelt. Aktuelle Version ist MATLAB R2014b Wie der Name schon andeutet: besondere Stärke von MATLAB ist der Umgang mit Vektoren und Matrizen. über Laboratory verfolgt man den Gedanken der Entwicklung und Erweiterung. Weite Verbreitung an Hochschulen und in der Industrie Alles in allem lassen sich in MATLAB verschiedenste Probleme und Lösungen in vertrauter mathematischer Schreibweise darstellen. S. Hegenbart Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 25

4 Alternativen Danksagung Was ist MATLAB? Alternativen Obwohl sich MATLAB gut etabliert hat, gibt es auch Alternativen, welche zum Teil günstiger oder sogar kostenlos sind. Kommerzielle Alternativen Mathematica ( Maple ( Kostenlose Alternativen Octave ( SciLab ( Vor allem aufgrund des hohen Preises für eine Standard MATLAB Lizenz (kann schnell mehrere Tausend Euro ausmachen), kann es sich lohnen, auch Alternativen anzusehen. Die Studenten-Lizenz ist jedoch deutlich günstiger mit ca. 69 EUR (Stand Anfang 2013). S. Hegenbart Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 25

5 Einsatzgebiete Einsatzgebiete Hauptkomponenten Erfolg von MATLAB Typische Anwendungen von MATLAB Numerische Berechnungen aller Art Entwicklung von Algorithmen Modellierung, Simulation und Entwicklung von Prototypen technischer und wirtschaftlicher Probleme Analyse, Auswertung und grafische Darstellung von Datenmengen; Visualisierungen Applikationsentwicklung mit Aufbau einer grafischen Benutzerschnittstelle Vorteil von MATLAB Durch die interaktive Natur von MATLAB und die Einfachheit in der Handhabung könne auch komplexere Probleme oft mit einem relativ geringen Zeitaufwand analysiert und gelöst werden. Daraus resultiert eine erhöhte Leistungsfähigkeit. S. Hegenbart Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 25

6 Hauptkomponenten von MATLAB Einsatzgebiete Hauptkomponenten Erfolg von MATLAB Im Wesentlichen gibt es in MATLAB die folgenden drei Hauptkomponenten: Berechnung MATLAB verfügt über eine numerische, qualitativ hochwertige Programmsammlung. Anstatt Standardalgorithmen selbst implementieren zu müssen, kann der Benutzer Zeit sparen und auf eine umfangreiche Sammlung gut getesteter Programme zurückgreifen. Visualisierung MATLAB verfügt über moderne Visualisierungsmöglichkeiten. Dadurch können Daten einfach auf verschiedene Arten visualisiert werden. Programmierung Durch eigene Skripten und Programme kann die Funktionalität von MATLAB beliebig erweitert werden. Dies kann sowohl durch MATLAB-Programme (m-files), als auch durch andere Programmiersprachen erfolgen (z.b. C++ oder Java). S. Hegenbart Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 25

7 Gründe für den Erfolg von MATLAB Einsatzgebiete Hauptkomponenten Erfolg von MATLAB Der Erfolg von MATLAB ist hauptsächlich auf folgende Punkte zurückzuführen: einfache Syntax, welche stark an mathematische Schreibweisen angelehnt ist es gibt viele Toolboxen, welche den Funktionsumfang von MATLAB erweitern die Grundlage sind Matrizen, was oft sehr vorteilhaft ist schnelle Realisierung von Prototypen es können stark angepasste Grafiken generiert werden umfangreiche Sammlung von Funktionen inkludiert einbinden von externen Programmen möglich (z.b. C++ oder Java) interaktives Arbeiten erlaubt schnelles Experimentieren und eine leichte Fehlersuche MATLAB m-files sind in der Regel plattformübergreifend verwendbar große Community im Internet, welche Lösungen und m-files für verschiedenste Aufgaben bereitstellt ( S. Hegenbart Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 25

8 So wird MATLAB gestartet Nachdem Sie sich an einem Rechner im Übungsraum eingeloggt haben, können Sie, indem Sie auf der Konsole > matlab eingeben. Alternativ kann MATLAB auch über das Applikationsmenü gestartet werden. S. Hegenbart Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 25

9 von MATLAB S. Hegenbart Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 25

10 Die verschiedenen der Arbeitsoberfla che Arbeitsoberfla che Arbeitsoberfla che S. Hegenbart Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 25

11 Das Das wird für folgende Aufgaben verwendet: Aufruf von MATLAB Befehlen (und eigenen Skripten/Programmen) Erzeugen von Variablen Anzeige von Ergebnissen Erzeugte Variablen werden im angezeigt und eingegebene Befehle in der. Um die Eingabe von Befehlen zu beschleunigen, kann man den Anfang eines Befehles eingeben und dann mit der<tab>-taste den Befehl vervollständigen. mit Hilfe der Cursor-Tasten (auf und ab) zu früheren Eingaben zurück- oder vorblättern. S. Hegenbart Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 25

12 Die In der werden alle eingegebenen Befehle gespeichert (sortiert nach dem Eingabedatum). Um Befehle aus der History noch einmal auszuführen gibt es verschiedene Möglichkeiten: Doppelklick mit der linken Maustaste auf den entsprechenden Eintrag Auswahl eines oder mehrerer Einträge, mittels Copy/Paste die Einträge in das übertragen und dort noch einmal ausführen Auswahl eines oder mehrerer Einträge und erneut ausführen mit dem Hotkey <F9> S. Hegenbart Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 25

13 Der Der zeigt die aktuellen Variablen des s an. Beim Debuggen eines Programmes werden die aktuellen Variablen der enstprechenden Funktion angezeigt. Im kann man den Inhalt von Variablen visualisieren und manipulieren (siehe ) Variablen umbenennen und löschen Daten laden und speichern Daten importieren (z.b. Excel, Textdateien) Der ist eine grafische Darstellung des Kommandoswhos. Es gibt folgende Funktionen, um den Inhalt des Workspace zu verwalten: Funktion Beschreibung clear Löscht Variablen clear all Löscht alles (Funktionen, Variablen,...) load Daten laden save Daten speichern who Listet alle Variablen im Workspace auf whos wiewho aber mit zusätzlichen Informationen S. Hegenbart Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 25

14 Der Browser Im Browser werden alle Dateien des aktuellen Arbeitsverzeichnisses angezeigt. Zudem kann man einfach in Unterverzeichnisse wechseln (Wechsel des Arbeitsverzeichnisses). Dateien durch einen Doppelklick öffnen. Je nach Dateityp wird dabei die korrekte Aktion ausgeführt (z.b. m-files werden im Programm- geöffnet). neue Dateien erstellen. Verzeichnisse zum Suchpfad von MATLAB-Programmen hinzufügen. Dateien suchen (auch Dateien mit bestimmtem Inhalt) S. Hegenbart Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 25

15 Der MATLAB verfügt über eine sehr umfangreiche Hilfe, welche im angezeigt wird. Dieser besteht aus folgenden Bestandteilen: Navigator Der Navigator beinhaltet verschiedene Kartenreiter: Contents: vollständige Dokumentation Index: alphabetisch sortiertes Register Search Results: Suchergebnisse einer Suche in der Hilfe Demos: umfangreiche Sammlung von Beispielen zu verschiedenen Funktionalitäten Hilfetext Der eigentliche Hilfetext zum ausgewählten Eintrag im Navigator. S. Hegenbart Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 25

16 Der S. Hegenbart Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 25

17 Der Der wird für folgende Aufgaben verwendet: interaktives Editieren von Workspace-Variablen Visualisieren von Variablen S. Hegenbart Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 25

18 Der Der wird verwendet um MATLAB Skripten (m-files) zu schreiben. MATLAB Schlüsselwörter werden dabei erkannt und farblich hervorgehoben. Um eine Funktionfunc im zu öffnen, gibt man >> edit func im ein. S. Hegenbart Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 25

19 Der von MATLAB Um Programme und Skripten (m-files) zu finden, verwendet MATLAB einen Suchpfad. Dieser Suchpfad ist eine geordnete Liste von Verzeichnissen. Den aktuellen Suchpfad kann man über >> path ausgeben lassen. Um neue Verzeichnisse hinzuzufügen oder bestehende Verzeichnisse aus dem Suchpfad zu entfernen, verwendet man den (zu finden unter File Set Path). S. Hegenbart Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 25

20 in MATLAB In MATLAB werden (Grafiken und Abbildungen) in Figure Windows dargestellt. Neben der Anzeige von bietet ein Figure Window noch weitere Möglichkeiten: Speichern von in verschiedenen Dateiformaten Plot als m-file speichern (Reproduzierbarkeit bzw. Template) Eigenschaften von ändern (z.b. Linienfarben, Achsenbeschriftungen) Zoomen, Plot verschieben, Werte im Plot ansehen,... S. Hegenbart Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 25

21 Der von MATLAB Mit Hilfe des s können Daten aus diversen Dateiformaten importiert werden (z.b. Excel, Textdateien, mat-files, Bilddateien,...). Der kann auf verschiedene Arten aufgerufen werden: im Menü (File Import Data) über das Import Data -Icon im Je nach Dateiformat können beim Importieren verschiedene Optionen angegeben werden (z.b. die zu importierenden Spalten aus einer Textdatei, das Dateiformat,...). S. Hegenbart Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 25

22 Diverse nützliche Kommandos in MATLAB Ein MATLAB Programm unterbrechen: Tastenkombination<Strg+C> Lange Eingabezeilen: Ist eine Eingabe zu lang für eine Zeile, kann man diese mit... beenden und die Eingabe in der nächsten Zeile fortsetzen. Ausgabe unterdrücken: Schließt man die Eingabe eines Befehls mit;ab, so erfolgt im keine Ausgabe. >> A = ones(1,3); >> B = ones(1,3) B = Sitzung aufzeichnen: mit >> diary Dateiname werden alle darauffolgenden Kommandos und Bildschirmausgaben in die Datei Dateiname (beliebiger Dateiname) geschrieben. Gestoppt wird die Aufzeichnung mittels >> diary off S. Hegenbart Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 25

23 Diverse nützliche Kommandos in MATLAB Das help-kommando: um Hilfe zu einer Funktion im zu erhalten gibt man >> help funktionsname ein. Um zum Beispiel Hilfe zur MATLAB-Funktionsqrt zu erhalten, gibt man folgendes ein: >> help sqrt SQRT Square root. SQRT(X) is the square root of the elements of X. Complex results are produced if X... Die Großschreibung bei der Ausgabe dient nur zur Hervorhebung des Funktionsnamen. MATLAB-Funktionen bestehen aber stets aus Kleinbuchstaben und müssen auch in Kleinschreibung eingegeben werden. Inhalt des s löschen: um den Inhalt des Command Windows zu löschen verwendet man folgendes Kommando: >> clc S. Hegenbart Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 25

24 Diverse nützliche Kommandos in MATLAB Demos: mit Hilfe des Kommandos >> demo wird das Hilfe-Fenster anzeigt, welches verfügbare Demos für MATLAB und die installierten Toolboxen anzeigt. Das lookfor-kommando: will man eine Funktion anhand eines Schlüsselwortes suchen, kann man dies folgendermaßen bewerkstelligen: >> lookfor Keyword Gibt man zum Beispiel >> lookfor hyperbolic tanh acosh asinh... - Hyperbolic tangent. - Inverse hyperbolic cosine. - Inverse hyperbolic sine. ein, erhält man die Namen aller Funktionen, welche in der ersten Zeile des help-textes das Schlüsselworthyperbolic enthalten. S. Hegenbart Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 25

25 Diverse nützliche Kommandos in MATLAB Datenträger verwalten: mit Hilfe der folgenden Kommandos kann der Datenträger verwaltet werden: Kommando cd cd oder pwd delete Beschreibung Verzeichnis wechseln Verzeichnispfad anzeigen Datei löschen dir oderls Dateien auflisten exist Existenz einer Datei prüfen matlabroot zeigt das MATLAB-Verzeichnis an (Installation) Dateiinhalt ausgeben type what which MATLAB-Dateien in Verzeichnis auflisten Funktionsdateien (m-files) finden S. Hegenbart Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 25