ภาษาการเขียนโปรแกรม Matlab

ภาพรวม

MATLAB ซึ่งย่อมาจาก "Matrix Laboratory" เป็นภาษาการเขียนโปรแกรมระดับสูงและสภาพแวดล้อมแบบโต้ตอบที่ออกแบบมาเป็นหลักสำหรับการคำนวณเชิงตัวเลข การวิเคราะห์ข้อมูล การพัฒนาอัลกอริธึม และการสร้างภาพ มันให้แพลตฟอร์มสำหรับวิศวกรและนักวิทยาศาสตร์ในการทำการจัดการเมทริกซ์ การพล็อตฟังก์ชันและข้อมูล การนำอัลกอริธึมไปใช้ และการสร้างส่วนติดต่อผู้ใช้ MATLAB ถูกใช้ในสถาบันการศึกษาและอุตสาหกรรมสำหรับการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ การประมวลผลสัญญาณ ระบบควบคุม และการเรียนรู้ของเครื่อง และได้รับชื่อเสียงในด้านชุดเครื่องมือที่หลากหลายซึ่งขยายความสามารถของมัน

ด้านประวัติศาสตร์

การสร้างและวันแรก

MATLAB ถูกสร้างขึ้นในปลายทศวรรษ 1970 โดย Cleve Moler นักคณิตศาสตร์และนักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ เป็นส่วนติดต่อที่เรียบง่ายสำหรับห้องสมุด LINPACK และ EISPACK สำหรับพีชคณิตเชิงเส้นเชิงตัวเลข ในตอนแรกมันถูกออกแบบมาเพื่อใช้ในการสอนและไม่ได้มีการแจกจ่ายอย่างกว้างขวาง อย่างไรก็ตาม มันได้รับความนิยมอย่างรวดเร็วในหมู่นักเรียนและนักวิจัย ทำให้ Moler ร่วมก่อตั้ง MathWorks ในปี 1984 ซึ่ง MATLAB ได้ถูกพาณิชย์และพัฒนาต่อไป

การเติบโตและการเป็นที่นิยม

ตลอดทศวรรษ 1990 และ 2000 MATLAB ได้เติบโตขึ้นในความนิยม โดยเฉพาะในสาขาวิศวกรรม เนื่องจากความง่ายในการใช้งานและฟังก์ชันในตัวที่ทรงพลัง ในช่วงเวลานี้ MathWorks ได้ปล่อยชุดเครื่องมือจำนวนมากที่ออกแบบมาเฉพาะสำหรับแอปพลิเคชันต่างๆ เช่น Simulink สำหรับการสร้างแบบจำลอง การจำลอง และระบบควบคุม ซึ่งกลายเป็นส่วนสำคัญของระบบนิเวศ MATLAB

สถานะปัจจุบัน

ณ ปี 2023 MATLAB ยังคงเป็นเครื่องมือที่โดดเด่นสำหรับการคำนวณเชิงตัวเลขและถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในสถาบันการศึกษา อุตสาหกรรม และการวิจัย ซอฟต์แวร์ได้พัฒนาเพื่อรองรับพาราไดม์การเขียนโปรแกรมสมัยใหม่ รวมถึงการเขียนโปรแกรมเชิงวัตถุและวิทยาศาสตร์ข้อมูล การอัปเดตอย่างต่อเนื่องของ MATLAB ยังคงเพิ่มความสามารถของมัน โดยมีการเน้นที่การรวมฟีเจอร์ AI และการเรียนรู้ของเครื่องมากขึ้น

คุณสมบัติทางไวยากรณ์ของ MATLAB

เมทริกซ์และอาร์เรย์

MATLAB ทำงานพื้นฐานด้วยเมทริกซ์และอาร์เรย์ ทำให้มันมีพลังโดยเฉพาะสำหรับพีชคณิตเชิงเส้น

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

การดำเนินการแบบองค์ประกอบ

การดำเนินการแบบองค์ประกอบจะทำโดยใช้ตัวดำเนินการจุด ทำให้สามารถจัดการอาร์เรย์ได้โดยไม่ต้องใช้ลูปที่ชัดเจน

B = A .* 2; % คูณแต่ละองค์ประกอบของ A ด้วย 2

คำสั่งควบคุมการไหล

MATLAB รองรับคำสั่งควบคุมการไหล เช่น if-else และ for loops ซึ่งช่วยปรับปรุงโครงสร้างของโค้ด

if B(1,1) > 5
    disp('มากกว่า 5');
else
    disp('น้อยกว่าหรือเท่ากับ 5');
end

การกำหนดฟังก์ชัน

ฟังก์ชันจะถูกกำหนดโดยใช้คีย์เวิร์ด function ซึ่งช่วยให้การเขียนโปรแกรมแบบโมดูลาร์

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

ฟังก์ชันการพล็อต

MATLAB มีความโดดเด่นในด้านการสร้างภาพ โดยมีฟังก์ชันในตัวสำหรับการสร้างกราฟประเภทต่างๆ

x = 0:0.1:10; % กำหนดค่า x
y = sin(x);   % คำนวณค่า y
plot(x, y);   % สร้างกราฟ

การอ่านและเขียนไฟล์

การอ่านจากและเขียนไปยังไฟล์สามารถทำได้อย่างง่ายดายด้วยฟังก์ชันในตัว เช่น load และ save

save('data.mat', 'A'); % บันทึกเมทริกซ์ A ลงในไฟล์ .mat

อาร์เรย์เซลล์

อาร์เรย์เซลล์สามารถเก็บข้อมูลประเภทต่างๆ ทำให้มีโครงสร้างข้อมูลที่หลากหลาย

C = {1, 'text', [1, 2, 3]}; % สร้างอาร์เรย์เซลล์ที่มีประเภทข้อมูลผสม

โครงสร้าง

โครงสร้างให้วิธีการในการจัดกลุ่มข้อมูลภายใต้ตัวแปรเดียวที่มีฟิลด์ที่ตั้งชื่อ

S.name = 'Alice'; 
S.age = 25; % สร้างโครงสร้างที่มีฟิลด์ 'name' และ 'age'

การเขียนโปรแกรมเชิงวัตถุ

MATLAB รองรับการเขียนโปรแกรมเชิงวัตถุ ทำให้ผู้ใช้สามารถกำหนดคลาสและวัตถุได้

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

ฟังก์ชันลัมบ์ดา

ด้วยการแนะนำฟังก์ชันนิรนาม MATLAB สามารถรองรับรูปแบบการเขียนโปรแกรมเชิงฟังก์ชัน

f = @(x) x^2; % กำหนดฟังก์ชันนิรนาม
result = f(5); % เรียกใช้ฟังก์ชัน

เครื่องมือและรันไทม์สำหรับนักพัฒนา

IDE ที่เป็นที่นิยม

สภาพแวดล้อมการพัฒนาที่รวมอยู่หลักของ MATLAB คือ MATLAB เอง ซึ่งมีอินเทอร์เฟซที่ใช้งานง่ายพร้อมฟีเจอร์ต่างๆ เช่น ตัวแก้ไข หน้าต่างคำสั่ง และเบราว์เซอร์พื้นที่ทำงาน MathWorks ยังมี Live Editor ซึ่งอนุญาตให้เขียนโค้ดแบบโต้ตอบพร้อมผลลัพธ์ที่จัดรูปแบบ

คอมไพเลอร์และตัวแปล

MATLAB ทำงานเป็นหลักในฐานะภาษาที่ถูกตีความ อย่างไรก็ตาม ผู้ใช้สามารถคอมไพล์โค้ด MATLAB เป็นแอปพลิเคชันที่เป็นอิสระโดยใช้ MATLAB Compiler ซึ่งอนุญาตให้มีการแจกจ่ายโดยไม่ต้องใช้ใบอนุญาต MATLAB

การสร้างโปรเจกต์

ในการสร้างโปรเจกต์ใน MATLAB ผู้ใช้สามารถสร้างสคริปต์ (.m files) หรือฟังก์ชันและจัดระเบียบพวกมันในโฟลเดอร์ MATLAB รองรับการจัดการโปรเจกต์แบบรวมด้วยฟีเจอร์ "MATLAB Projects" ซึ่งช่วยในการจัดระเบียบโค้ด ข้อมูล และผลลัพธ์

การใช้งาน MATLAB

MATLAB ถูกใช้ในหลายสาขาอย่างกว้างขวาง รวมถึงแต่ไม่จำกัดเพียง:

การเปรียบเทียบกับภาษาที่เกี่ยวข้อง

MATLAB โดดเด่นในฐานะภาษาที่เฉพาะเจาะจงสำหรับการคำนวณเชิงตัวเลขและการสร้างภาพ เมื่อเปรียบเทียบกับภาษาการเขียนโปรแกรมอื่นๆ:

เคล็ดลับการแปลจากแหล่งข้อมูลสู่แหล่งข้อมูล

การแปลโค้ด MATLAB ไปยังภาษาอื่นมักเกี่ยวข้องกับการแปลงการดำเนินการเมทริกซ์และฟังก์ชันในตัวให้เป็นสิ่งที่เทียบเท่า แม้ว่าจะไม่มีเครื่องมือแปลจากแหล่งข้อมูลสู่แหล่งข้อมูลที่เฉพาะเจาะจงสำหรับ MATLAB แต่ผู้ปฏิบัติงานมักใช้กลยุทธ์ต่อไปนี้: