معرفی زبان برنامه نویسی متلب Matlab + مزایا و معایب آن

پلتفرم برنامه نویسی متلب که آن را به انگلیسی Matlab نوشته و می خوانند، یک پلتفرم مختص مهندسان، دانشمندان و فعالان حوزه های علمی است. قلب تپنده این پلتفرم را زبان برنامه نویسی متلب تشکیل می دهد که یک زبان مبتنی بر ماتریس است که به طور طبیعی برای محاسبات ریاضیات از آن استفاده می شود.

زبان برنامه نویسی متلب MATLAB در واقع نام خود را از ترکیب واژه Matrix Laboratory به اختصار گرفته است. در واقع زبان برنامه نویسی متلب، طی پروژه های LINPACK و EISPACK، برای فراهم کردن یک دسترسی آسان به توسعه نرم افزارهای ماتریسی نوشته شد.

کاربردهای زبان برنامه نویسی متلب

به طور کلی کاربران حوزه های مذکور، با استفاده از زبان برنامه نویسی Matlab، کارهایی نظیر آنچه در زیر اشاره می شود را می توانند انجام دهند :

• تحلیل داده
• توسعه الگوریتم ها
• خلق مدل ها و اپلیکیشن ها

زبان برنامه نویسی متلب، پلتفرم و اپلیکیشن آن و همچنین توابع ریاضیات موجود در آن، همگی دست به دست هم می دهند تا کاربران بتوانند برای مسائلی که در حوزه ریاضیات، دانش و علوم تخصصی با آن سر و کار دارند، راه حل های مهندسی شده و منطقی ارائه دهند.

در واقع زبان برنامه نویسی Matlab، به کاربران خود این امکان را ارائه می دهد که بتوانند نتیجه مطالعات و تحقیقات خود را به صورت برنامه هایی کاربردی مبتنی بر ساختار ریاضیات و منطق به جامعه حوزه کاری خود ارائه دهند.

این برنامه های کاربردی می تواند در قالب یک نرم افزار یا اپلیکیشن باشد و یا اینکه به شکل یک دیوایس طراحی شده در اختیار دیگران قرار گیرد.

چه کسانی از زبان برنامه نویسی Matlab استفاده می کنند؟

میلیون ها ریاضی دان، مهندس و دانشمند در سطح جهان از متلب در حوزه صنعتی یا آکادمیک استفاده می کنند. شما می توانید برای طیف عظیمی از اپلیکیشن ها از متلب بهره بگیرید. اپلیکیشن هایی مانند:

• deep learning
• یادگیری ماشین
• پردازش سیگنال و ارتباطات
• پردازش تصاویر و ویدیوها
• کنترل سیستم
• آزمایش و اندازه گیری
• محاسبات مالی و محاسبات بیولوژی

آشنایی بیشتر با زبان برنامه نویسی متلب

زبان برنامه نویسی متلب در دسته زبان های برنامه نویسی سطح بالا قرار دارد و همانطور که اشاره شد از آن برای محاسبات فنی استفاده می شود. در واقع این زبان برنامه نویسی محاسبات ریاضی، داده های شهودی و تجسمی و همچنین ساختار برنامه نویسی را به نحوی با یکدیگر ادغام می کند که محیطی ساده برای استفاده کاربران فراهم شود.

محیطی که کاربران بتوانند مشکلات و راه حل هایشان را به راحتی در آن بررسی کرده و به نتیجه برسانند. لذا اگر بخواهیم به طور جزئی تر به تمام کارهای اساسی که می توان با زبان برنامه نویسی Matlab به انجام رساند، اشاره کنیم، باید فهرست دقیق تری به شرح زیر ارائه کنیم:

• کلیه امورات مربوط به ریاضیات و محاسبات عددی
• کلیه امور مربوط به توسعه الگوریتم ها و داده ها
• انواع مدل سازی، شبیه سازی و نمونه سازی های اولیه
• تحلیل داده، امورات مربوط به تجسم و اکتشاف
• گرافیک های علوم تخصصی و مهندسی
• توسعه اپلیکیشن و اموراتی مانند طراحی رابط کاربری (UI)

زبان برنامه نویسی Matlab، در اصل یک سیستم ارتباطی محسوب می شود که المان ها و داده ها در آن به عنوان آرایه هایی که نیازمند بعدسازی نیستند به کار می رود. این نوع ساختار به کاربران این اجازه را می دهند که دشوارترین موضوعات ریاضیات و منطق را به آسان ترین شیوه ممکن بررسی کرده و برای آن ها راه حل هایی کاربردی ارائه دهند.

به خصوص مسائل ریاضیاتی که شامل ماتریس ها و فرمول های وکتوری هستند. لذا استفاده از این زبان برنامه نویسی به کاربران این امکان را می دهد که در کسری از زمان، یک برنامه را با زمان عددی غیر تعاملی مانند C یا Fortran بنویسند.

طی سال ها استفاده از زبان برنامه نویسی متلب توسط بیشمار کاربر در سطح جهان، این زبان برنامه نویسی توانست رشد کرده و به شکل امروزی خود تکامل یابد.

زبان برنامه نویسی Matlab و پلتفرم آن یک ابزار کاملا تخصصی، حرفه ای، استاندارد و مورد تایید جهت استفاده در دوره های پیشرفته آکادمیک در دانشگاه های معتبر جهان، محسوب می شود. همچنین در صنعت نیز جایگاه این زبان برنامه نویسی در حوزه های ریاضیات، علوم تخصصی و محاسباتی، یک جایگاه حرفه ای و ثابت شده است.

پلتفرم متلب، یک مجموعه کامل از ویژگی ها و ابزارهای کارآمد در این حوزه را در اختیار کاربران خود قرار می دهد. این مجموعه که toolboxes نام دارد، اجازه یادگیری و استفاده از تکنولوژی های مخصوص و پیشرفته ای را برای کاربران خود فراهم می کند.

در واقع toolboxes ها یک کالکشن همه جانبه از توابع موجود در Matlab هستند. حوزه هایی که می توان برای فعالیت در آن ها از toolboxes استفاده کرد، شامل مواردی به شرح زیر هستند:

• پردازش سیگنال
• سیستم های کنترلی
• شبکه های عصبی
• منطق فازی
• موارد تجسمی

آشنایی با سیستم متلب

به طور کلی آنچه از آن با نام سیستم متلب یاد می شود، شامل موارد زیر است:

• محتویات matlab در حقیقت یک کتابخانه بزرگ از توابع داخلی است که از عملیات ریاضی نظیر فیلتر کردن، بهینه سازی، تجزیه و تحلیل Fourier، جبر خطی، آمار، انتگرال عددی و معادلات دیفرانسیل پشتیبانی می کند.
• محیط کاری متلب که یک فضای پلتفرمی است، ابزارها و امکانات موجود برای کار کردن با متلب در آن گردآوری شده و موجود می باشد. در واقع وارد کردن اطلاعات، خروجی گرفتن از آن ها، برنامه نویسی و کار کردن بر روی مشکلات و مسائلی که قصد ارائه راه حل برای آن ها را داریم، یافتن باگ ها و انجام فرآیند های دیباگینگ و بسیاری از این موارد در این محیط اتفاق می افتند.
• Handle graphics که در اصل همان سیستم گرافیکی Matlab است. کامندها یا همان دستورات سطح بالای زبان برنامه نویسی برای طراحی تجسمی 2D و 3D، پردازش تصاویر و ویدیوها، انیمیشن سازی و سایر مسائل مربوط به حوزه گرافیک در این دسته قرار می گیرند. همچنین کامندهای سطح پایینی نیز برای انجام کارهایی مانند طراحی UI در این قسمت موجود هستند.
• زبان متلب همچنین با پشتیبانی از محیط های تکرارشونده (Iterative Environment)، امکان کاوش تکرارشونده (Iterative Exploration)، شناسایی مشکل و طراحی را در اختیار توسعه دهندگان قرار می دهد.
• کتابخانه عملیات ریاضی متلب یا matlab functional mathematical library، که تمام عملیات اصلی و فرعی موجود در دنیای ریاضیات برای انجام انواع محاسبات در آن موجود است. عملیاتی مانند جمع، ضرب، تقسیم، تفریق، درصدگیری، کسر، جذر، متعلقات دنیای مثلثات نظیر سینوس، کسینوس و بسیاری از موارد دیگر که در حل مسائل ریاضیات به آن ها نیاز داریم.
• API یا در واقع همان Matlab Application Program Interface، که در اصل یک کتابخانه می باشد که برای کابران امکان نوشتن برنامه هایی در C و Fortran را فراهم می کند. برنامه هایی که قابلیت تعامل با متلب را دارا هستند.

مزایا و معایب زبان برنامه نویسی متلب

با توجه به تجربه کاربری منتشر شده توسط مخاطبین و کاربران Matlab در گروه های اینترنتی و مجلات حوزه IT، برخی از بارزترین مزایا و معایب این زبان برنامه نویسی و پلتفرم آن به شرح زیر است.

مزایای زبان برنامه نویسی Matlab :

1- متلب یک سیستم بسیار آسان جهت استفاده کاربران است.

2- با استفاده از متلب به هر یک از زبان های برنامه نویسی دیگر نیز می توان دسترسی داشت.

3- متلب از GPU پشتیبانی می کند.

4- متلب یک زبان برنامه نویسی سطح بالای نسل چهارم محسوب می شود.

5- Tool Box های مختلف و بسیار متنوعی برای استفاده در سیستم متلب وجود دارد.

6- برخلاف زبان های C و C++ که برای اجرا به کامپایلر نیاز دارند، زبان متلب خود یک کامپایلر مستقل محسوب می شود که کدهای آن به صورت تک به تک اجرا خواهند شد.

7- کتابخانه داخلی و غنی زبان متلب دارای شبکه عصبی، سیستم قدرت، ارتباطات، منطق فازی (Fuzzy Logic)، مکانیک هیدرولیک، ابزار شبیه سازی سیمولینک (Simulink)، الکترومغناظیس و برق است. بنابراین توسعه و اجرای هرگونه شبیه سازی علمی با این ابزارها امکان پذیر است. البته شما می توانید ابزارهای ذکر شده را با استفاده از کدهای داخلی کنترل کنید، در نتیجه از هر گونه مداخله دستی در مدل شبیه سازی شده جلوگیری خواهد شد.

8- داده ها را می توان با استفاده از دستوراتی بسیار ساده در متغیرها (Variables) نیز ذخیره کرد؛ این دستورات در زمانی که به حلقه های تکراری نیاز نباشد با ذخیره کردن اعداد در یک بردار یا ماتریس به راحتی قابل استفاده هستند.

9- متلب ارتباطات بسیار زیادی را برای کاربران خود فراهم می کند به این ترتیب بسیاری از سوالات ریاضیات و منطق کاربران در آن به راحتی و با سرعت بسیار زیادی قابل حل شدن است.

10- Matlab دارای یک پشتیبانی بسیار مناسب و قابل توجه برای کاربران خود است.

11- UI و سیستم گرافیکی Matlab، یک ظاهر و سیستم مناسب و ارزنده در بین زبان های برنامه نویسی موجود در این دوره می باشد.

12- کامپایلر متلب، یک کامپایلر قوی برای تبدیل کردن برنامه های نوشته شده به زبان ماشین و P-code است.

13- متلب همچنین از طریق توابع add و قابلیت drop box، امکان استفاده از رابط کاربری گرافیکی (GUI) را در اختیار برنامه نویسان قرار می دهد. توابع مناسب یک کد با استفاده از یک رابط کاربری گرافیکی به طور خودکار از برنامه تولید می شوند، علاوه بر این کامپایل کردن کدها در جایی که برنامه کامپایل شده است بسیار آسان است به گونه ای که قابلیت اجرا در هر سیستم دیگری را نیز خواهد داشت.

14- این سیستم دارای کامندهای غنی و قوی برای کار کردن بر روی انواع تصاویر می باشد.

15- زبان matlab همچنین جعبه ابزار و توابع بسیاری را در اختیار توسعه دهندگان قرار می دهد که در حل مشکلات معادلات CFD، جریان سیالات و انتقال حرارت بسیار کمک کننده خواهد بود.

16- محیط تعاملی برنامه نویسی REPL (خواندن، ارزیابی، پرینت و لوپ) نیز برای انجام محاسبات ریاضی و تصویرسازی داده ها در متلب قرار داد.

17- توسعه دهندگان برای تجزیه و تحلیل داده های قبلی می توانند با استفاده از یک دستور واحد، دیتا را از فایل تکست یا اکسل ایمپورت و اکسپورت (Import/Export) کنند. زبان متلب همچنین امکان ذخیره دیتا بر روی فایل اکسل یا .mat را در اختیار برنامه نویسان قرار می دهد.

18- زبان متلب از توابع نوشته شده توسط کاربر پشتیبانی می کند و امکان ذخیره آنها در فایل های جداگانه نیز در دسترس برنامه نویسان قرار می دهد. این موضوع از کدنویسی دوباره و اتلاف وقت جلوگیری بعمل خواهد آورد.

19- طول کدها در زبان متلب مشابه (یا کوتاه تر) از زبان های C و C++ است و به همین دلیل از حلقه تکرار (Loop) نیز پشتیبانی خواهد کرد.

20- محاسبات ریاضی پیچیده نظیر جمع و ضرب کردن ماتریس ها را می توان با یک کد واحد انجام داد.

معایب زبان برنامه نویسی Matlab :

1- یکی از بارزترین معایب متلب، قرار گرفتن آن در دسته زبان های برنامه نویسی تفسیری است. از این رو این ممکن است این زبان برنامه نویسی در هنگام اجرا اندکی کندتر از زبان های برنامه نویسی کامپایل شده باشد.

2- هزینه تهیه نسخه اصلی و FULL-PACK متلب به همراه بهره مندی از مزیت هایی مانند پشتیبانی و امکانات پولی دیگر برای سیستم متلب بالا است.

3- شیوه های برنامه نویسی بسیار ضعیف در این زبان نیز موجب کندی بیش از حد آن می شود.

4- کاربران برای استفاده از matlab باید هر کدام از ماژول های آن را به صورت جداگانه خریداری کنند. علاوه بر این، هزینه استفاده از لایسنس این زبان نیز بسیار بالاست.

5- متلب در هنگام نصب یک اپلیکیشن قادر نیست که فایل های مربوط به نصب و راه اندازی را دیپلوی کند.

6- متلب بیشتر برای تحقیقات علمی مورد استفاده قرار می گیرد و برای فعالیت های توسعه ای که مخصوص کاربر هستند مناسب نخواهد بود.

7- کراس کامپایل یا همان ترجمه دوگانه کدهای matlab به زبان های دیگر بسیار سخت است و شناسایی ارورهای موجود مستلزم دانش و تخصص بالایی از این زبان خواهد بود