プログラミング言語 Matlab

概要

MATLAB（「行列実験室」の略）は、主に数値計算、データ分析、アルゴリズム開発、可視化のために設計された高水準プログラミング言語およびインタラクティブ環境です。エンジニアや科学者が行列操作を行い、関数やデータをプロットし、アルゴリズムを実装し、ユーザーインターフェースを作成するためのプラットフォームを提供します。科学研究、信号処理、制御システム、機械学習のために主に学術界や産業界で利用されており、MATLABはその機能を拡張する豊富なツールボックスで評判を得ています。

歴史的側面

創設と初期の頃

MATLABは1970年代後半に数学者でコンピュータ科学者のクレーブ・モラーによって、数値線形代数のためのLINPACKおよびEISPACKライブラリのシンプルなインターフェースとして作成されました。当初は教育用に使用されることを目的としており、広く配布されることはありませんでした。しかし、すぐに学生や研究者の間で人気を博し、モラーは1984年にMathWorksを共同設立し、そこでMATLABが商業化され、さらに発展しました。

成長と普及

1990年代と2000年代を通じて、MATLABは特に工学分野で人気が高まりました。その使いやすさと強力な組み込み関数により、MathWorksは特定のアプリケーション向けに調整された多数のツールボックスをリリースしました。Simulinkはモデリング、シミュレーション、制御システムのためのツールボックスであり、MATLABエコシステムの重要な部分となりました。

現在の状況

2023年現在、MATLABは数値計算のための主要なツールであり、学術界、産業界、研究で広く使用されています。このソフトウェアは、オブジェクト指向プログラミングやデータサイエンスなどの現代的なプログラミングパラダイムをサポートするように進化しています。MATLABの継続的なアップデートは、その機能を強化し続けており、AIや機械学習機能の統合にますます重点が置かれています。

MATLABの構文機能

行列と配列

MATLABは基本的に行列と配列で動作し、線形代数に特に強力です。

A = [1, 2, 3; 4, 5, 6; 7, 8, 9]; % 3x3行列を作成

要素ごとの演算

要素ごとの演算はドット演算子を使用して行われ、明示的なループなしで配列を操作できます。

B = A .* 2; % Aの各要素を2倍する

制御フロー文

MATLABはif-else文やforループなどの制御フロー文をサポートしており、コードの構造を強化します。

if B(1,1) > 5
    disp('5より大きい');
else
    disp('5以下');
end

関数定義

関数はfunctionキーワードを使用して定義され、モジュール化プログラミングを可能にします。

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

プロット関数

MATLABは可視化に優れており、さまざまなタイプのプロットを作成するための組み込み関数を提供しています。

x = 0:0.1:10; % xの値を定義
y = sin(x);   % yの値を計算
plot(x, y);   % プロットを作成

ファイル入出力

ファイルの読み書きは、loadやsaveなどの組み込み関数を使用して簡単に行えます。

save('data.mat', 'A'); % 行列Aを.matファイルに保存

セル配列

セル配列は異なるデータ型を含むことができ、多様なデータ構造を可能にします。

C = {1, 'テキスト', [1, 2, 3]}; % 異なるデータ型を持つセル配列を作成

構造体

構造体は、名前付きフィールドを持つ単一の変数の下にデータをグループ化する方法を提供します。

S.name = 'アリス'; 
S.age = 25; % 'name'と'age'フィールドを持つ構造体を作成

オブジェクト指向プログラミング

MATLABはオブジェクト指向プログラミングをサポートしており、ユーザーがクラスやオブジェクトを定義できるようにします。

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

ラムダ関数

匿名関数の導入により、MATLABは関数型プログラミングスタイルをサポートできます。

f = @(x) x^2; % 匿名関数を定義
result = f(5); % 関数を呼び出す

開発者ツールとランタイム

人気のIDE

MATLABの主な統合開発環境（IDE）はMATLAB自体であり、エディタ、コマンドウィンドウ、ワークスペースブラウザなどの機能を備えたユーザーフレンドリーなインターフェースを提供します。MathWorksは、フォーマットされた出力でインタラクティブなコーディングを可能にするLive Editorも提供しています。

コンパイラとインタプリタ

MATLABは主にインタプリタ型言語として動作します。ただし、ユーザーはMATLAB Compilerを使用してMATLABコードをスタンドアロンアプリケーションにコンパイルでき、MATLABライセンスを必要とせずに配布できます。

プロジェクトの構築

MATLABでプロジェクトを構築するには、ユーザーはスクリプト（.mファイル）や関数を作成し、それらをフォルダに整理できます。MATLABは「MATLAB Projects」機能を使用して統合プロジェクト管理をサポートし、コード、データ、結果の整理を容易にします。

MATLABの応用

MATLABはさまざまな分野で広く使用されており、以下を含むがこれに限定されません：

関連言語との比較

MATLABは数値計算と可視化に特化した言語として際立っています。他のプログラミング言語と比較すると：

ソースからソースへの翻訳のヒント

MATLABコードを他の言語に翻訳する際は、行列操作や組み込み関数をそれに相当するものに変換する必要があります。MATLAB専用のソースからソースへのツールは存在しませんが、実務者は以下の戦略をよく使用します：