زبان برنامه نویسی Matlab

مرور کلی

MATLAB، که مخفف "Laboratory Matrix" است، یک زبان برنامه‌نویسی سطح بالا و محیط تعاملی است که عمدتاً برای محاسبات عددی، تحلیل داده‌ها، توسعه الگوریتم‌ها و تجسم طراحی شده است. این پلتفرم به مهندسان و دانشمندان این امکان را می‌دهد که عملیات ماتریسی انجام دهند، توابع و داده‌ها را ترسیم کنند، الگوریتم‌ها را پیاده‌سازی کنند و رابط‌های کاربری ایجاد کنند. MATLAB عمدتاً در دانشگاه‌ها و صنعت برای تحقیقات علمی، پردازش سیگنال، سیستم‌های کنترل و یادگیری ماشین استفاده می‌شود و به خاطر مجموعه غنی از جعبه‌ابزارهایی که قابلیت‌های آن را گسترش می‌دهند، شهرت یافته است.

جنبه‌های تاریخی

ایجاد و روزهای اولیه

MATLAB در اواخر دهه 1970 توسط کلیو مولر، یک ریاضیدان و دانشمند کامپیوتر، به عنوان یک رابط ساده برای کتابخانه‌های LINPACK و EISPACK برای جبر خطی عددی ایجاد شد. در ابتدا، این نرم‌افزار برای استفاده در تدریس طراحی شده بود و به‌طور گسترده توزیع نمی‌شد. با این حال، به سرعت در میان دانشجویان و محققان محبوب شد و این امر باعث شد که مولر در سال 1984 شرکت MathWorks را تأسیس کند، جایی که MATLAB تجاری‌سازی و بیشتر توسعه یافت.

رشد و محبوبیت

در طول دهه‌های 1990 و 2000، MATLAB به ویژه در رشته‌های مهندسی به دلیل سهولت استفاده و توابع قدرتمند داخلی، محبوبیت بیشتری پیدا کرد. در این زمان، MathWorks جعبه‌ابزارهای متعددی را برای کاربردهای خاص منتشر کرد، مانند Simulink برای مدل‌سازی، شبیه‌سازی و سیستم‌های کنترل، که به بخشی اساسی از اکوسیستم MATLAB تبدیل شد.

وضعیت کنونی

از سال 2023، MATLAB همچنان ابزاری غالب برای محاسبات عددی است و به‌طور گسترده در دانشگاه‌ها، صنعت و تحقیقات استفاده می‌شود. این نرم‌افزار به‌طور مداوم برای پشتیبانی از پارادایم‌های برنامه‌نویسی مدرن، از جمله برنامه‌نویسی شی‌گرا و علم داده، تکامل یافته است. به‌روزرسانی‌های مداوم MATLAB به بهبود قابلیت‌های آن ادامه می‌دهد و تأکید بیشتری بر ادغام ویژگی‌های هوش مصنوعی و یادگیری ماشین دارد.

ویژگی‌های نحوی MATLAB

ماتریس‌ها و آرایه‌ها

MATLAB به‌طور بنیادی با ماتریس‌ها و آرایه‌ها کار می‌کند و این امر آن را برای جبر خطی به‌ویژه قدرتمند می‌سازد.

A = [1, 2, 3; 4, 5, 6; 7, 8, 9]; % ایجاد یک ماتریس 3x3

عملیات عنصر به عنصر

عملیات عنصر به عنصر با استفاده از عملگر نقطه‌ای انجام می‌شود که امکان دستکاری آرایه‌ها را بدون نیاز به حلقه‌های صریح فراهم می‌کند.

B = A .* 2; % ضرب هر عنصر A در 2

عبارات کنترل جریان

MATLAB از عبارات کنترل جریان، مانند if-else و حلقه‌های for پشتیبانی می‌کند که ساختار کد را بهبود می‌بخشد.

if B(1,1) > 5
    disp('بزرگتر از 5');
else
    disp('کمتر یا برابر با 5');
end

تعریف تابع

توابع با استفاده از کلمه کلیدی function تعریف می‌شوند که امکان برنامه‌نویسی مدولار را فراهم می‌کند.

function result = square(x)
    result = x^2;
end

توابع ترسیم

MATLAB در تجسم داده‌ها برتری دارد و توابع داخلی برای ایجاد انواع مختلف نمودارها ارائه می‌دهد.

x = 0:0.1:10; % تعریف مقادیر x
y = sin(x);   % محاسبه مقادیر y
plot(x, y);   % ایجاد یک نمودار

ورودی/خروجی فایل

خواندن از فایل‌ها و نوشتن به آن‌ها به راحتی با استفاده از توابع داخلی مانند load و save انجام می‌شود.

save('data.mat', 'A'); % ذخیره ماتریس A در یک فایل .mat

آرایه‌های سلولی

آرایه‌های سلولی می‌توانند انواع مختلف داده‌ها را در خود جای دهند و ساختارهای داده‌ای متنوعی را فراهم کنند.

C = {1, 'متن', [1, 2, 3]}; % ایجاد یک آرایه سلولی با انواع داده مختلط

ساختارها

ساختارها راهی برای گروه‌بندی داده‌ها تحت یک متغیر واحد با فیلدهای نام‌گذاری شده فراهم می‌کنند.

S.name = 'آلیس'; 
S.age = 25; % ایجاد یک ساختار با فیلدهای 'name' و 'age'

برنامه‌نویسی شی‌گرا

MATLAB از برنامه‌نویسی شی‌گرا پشتیبانی می‌کند و به کاربران این امکان را می‌دهد که کلاس‌ها و اشیاء را تعریف کنند.

classdef MyClass
    properties
        Name
    end
    methods
        function obj = MyClass(name)
            obj.Name = name;
        end
    end
end

توابع لامبدا

با معرفی توابع ناشناس، MATLAB می‌تواند سبک‌های برنامه‌نویسی تابعی را پشتیبانی کند.

f = @(x) x^2; % تعریف یک تابع ناشناس
result = f(5); % فراخوانی تابع

ابزارها و زمان‌های توسعه‌دهنده

IDEهای محبوب

محیط توسعه یکپارچه (IDE) اصلی MATLAB خود نرم‌افزار MATLAB است که یک رابط کاربری دوستانه با ویژگی‌هایی مانند ویرایشگر، پنجره فرمان و مرورگر فضای کاری ارائه می‌دهد. MathWorks همچنین یک ویرایشگر زنده (Live Editor) ارائه می‌دهد که امکان کدنویسی تعاملی با خروجی فرمت‌شده را فراهم می‌کند.

کامپایلرها و مفسرها

MATLAB عمدتاً به عنوان یک زبان مفسری عمل می‌کند. با این حال، کاربران می‌توانند کد MATLAB را به برنامه‌های مستقل با استفاده از MATLAB Compiler کامپایل کنند که این امکان را برای توزیع بدون نیاز به مجوز MATLAB فراهم می‌کند.

ساخت پروژه‌ها

برای ساخت یک پروژه در MATLAB، کاربران می‌توانند اسکریپت‌ها (.m files) یا توابع ایجاد کرده و آن‌ها را در پوشه‌ها سازماندهی کنند. MATLAB از مدیریت پروژه یکپارچه با ویژگی "پروژه‌های MATLAB" پشتیبانی می‌کند که سازماندهی کد، داده‌ها و نتایج را تسهیل می‌کند.

کاربردهای MATLAB

MATLAB به‌طور گسترده‌ای در زمینه‌های مختلف استفاده می‌شود، از جمله اما نه محدود به:

مقایسه با زبان‌های مرتبط

MATLAB به عنوان یک زبان تخصصی در محاسبات عددی و تجسم داده‌ها برجسته است. در مقایسه با سایر زبان‌های برنامه‌نویسی:

نکات ترجمه منبع به منبع

ترجمه کد MATLAB به زبان‌های دیگر معمولاً شامل تبدیل عملیات ماتریسی و توابع داخلی به معادل‌های آن‌ها است. در حالی که هیچ ابزار اختصاصی برای ترجمه منبع به منبع برای MATLAB وجود ندارد، عمل‌کردها معمولاً از استراتژی‌های زیر استفاده می‌کنند: