نرم افزار متلب چیست؟ | کاربردهای نرم افزار متلب

351 بازدید

دسته بندی: مقالات آموزشی - نرم افزار متلب منتشر شده در 1401/08/22 نویسنده: ادمین کافه مکانیک زمان مطالعه: 8 دقیقه 0 نظر به روز شده در 1401/08/22

آشنایی با نرم افزار متلب

نرم افزار متلب (MATLAB) مخفف عبارت Matrix Laboratory است و یک زبان برنامه نویسی و محیط محاسبات عددی بوده که توسط شرکت MathWorks توسعه یافته است. MATLAB امکان محاسبات ماتریسی، رسم توابع و داده ها، پیاده سازی الگوریتم ها، ایجاد رابط های کاربری و ایجاد ارتباط با برنامه های نوشته شده به زبان های دیگر را فراهم می کند. کاربردهای نرم افزار متلب باعث شده تا این نرم افزار در سال 2020، بیش از 4 میلیون کاربر در سراسر جهان داشته باشد.

اگرچه MATLAB اساساً برای محاسبات عددی در نظر گرفته شده است، یک جعبه ابزار اختیاری از موتور نمادین MuPAD استفاده می کند که امکان دسترسی به توانایی های محاسباتی نمادین را فراهم می کند. یک بسته اضافی، Simulink، شبیه سازی گرافیکی چند دامنه ای و طراحی مبتنی بر مدل را برای سیستم های پویا و جاسازی شده اضافه می کند.

تاریخچه نرم افزار Matlab

نرم افزار متلب توسط ریاضیدان و برنامه نویس کامپیوتر Cleve Moler اختراع شد. ایده ی این نرم افزار بر اساس پایان نامه دکترای او در دهه 1960 بود. مولر استاد ریاضی در دانشگاه نیومکزیکو شد و به عنوان یک سرگرمی شروع به توسعه نرم افزار MATLAB برای دانشجویان خود کرد. او برنامه نویسی جبر خطی اولیه متلب را در سال 1967 با مشاور پایان‌نامه‌اش، جورج فورسایت، توسعه داد.

در ابتدا (قبل از نسخه 1.0) نرم افزار MATLAB یک زبان برنامه نویسی نبود، بلکه یک ماشین حساب ماتریسی تعاملی ساده بود. هیچ برنامه، جعبه ابزار یا گرافیکی نداشت.

اولین نسخه اولیه متلب در اواخر دهه 1970 تکمیل شد. این نرم افزار برای اولین بار در فوریه 1979 در دانشکده تحصیلات تکمیلی نیروی دریایی در کالیفرنیا در معرض دید عموم قرار گرفت. نسخه های اولیه MATLAB ماشین حساب های ماتریسی ساده با 71 تابع از پیش ساخته شده بودند. در آن زمان، متلب به صورت رایگان در دانشگاه ها توزیع شد.

در دهه 1980، کلیو مولر با جان ان. لیتل آشنا شد. آنها تصمیم گرفتند MATLAB را مجدداً به زبان C برنامه نویسی کنند و آن را برای کامپیوترهای رومیزی IBM به بازار عرضه کنند. جان لیتل و برنامه نویس استیو بنگرت MATLAB را دوباره در C برنامه نویسی کردند، زبان برنامه نویسی MATLAB را ایجاد کردند و ویژگی هایی را برای جعبه ابزار توسعه دادند.

تغییرات عمده در این نرم افزار با ارائه نسخه 8 در سال 2012 انجام شد. در سال 2016، متلب چندین بهبود فنی و ارتقای رابط کاربری، از جمله ویرایشگر آنلاین متلب و ویژگی های دیگر را معرفی کرد.

ویژگی های نرم افزار Matlab

از محاسبات نمادین (Symbolic) و عددی پشتیبانی می کند
زبان سطح بالا عمدتاً برای محاسبات مهندسی و علمی
در محیط دسکتاپ کار می کند و ویژگی های کاملی را برای حل مسئله، تکرار و طراحی ارائه می دهد
می تواند نمودارهای سفارشی برای تجسم داده ها و ابزارها با استفاده از گرافیک های داخلی ایجاد کند
برنامه های کاربردی خاص برای کار بر روی مسائل خاصی مانند طبقه بندی داده ها، طراحی سیستم های کنترل، تنظیم و تجزیه و تحلیل سیگنال
چندین جعبه ابزار برای ایجاد طیف گسترده ای از برنامه های کاربردی رابط کاربری مهندسی، علمی و سفارشی شده
اینترفیس ها برای کار با سایر زبان های برنامه نویسی مانند C، C++، Java، .NET، Python، SQL و Hadoop در دسترس هستند.
بهینه سازی فرآیندهای پیچیده و سیستم های توزیع شده
تست بلادرنگ سیستم های کنترلی و تست الگوریتم های پردازش سیگنال
توسعه سیستم های تعبیه شده با استفاده از طراحی مبتنی بر مدل
ایجاد کد تعبیه شده برای نمونه های اولیه یا تولید
انجام محاسبات موازی با سیستم های مقیاس بزرگ
وارد کردن یا دسترسی به داده ها از منابع دیگر
مدیریت کار با اتوماسیون فرآیندها
توانایی مدل سازی ریاضی سیستم های پیچیده

کاربردهای نرم افزار متلب

در مورد کاربردهای نرم افزار متلب می توان مقالات گوناگونی نوشت. این نرم افزار در حوزه های مختلف، کاربردهای بسیار متنوعی دارد اما به طور خلاصه موارد زیر را می توان از کاربردهای این نرم افزار در نظر گرفت.

1. سیستم های امبد (Embedded Systems)

سیستم های امبد سیستم های کامپیوتری متشکل از قطعات سخت افزاری و نرم افزاری هستند و برای انجام یک کار خاص طراحی شده اند. برخی از نمونه‌های سیستم‌های تعبیه‌شده عبارتند از: ماشین‌های لباسشویی، چاپگرها، خودروها، دوربین‌ها، ماشین‌های صنعتی و غیره. نرم افزار Matlab با فشار دادن یک دکمه به ما اجازه می‌دهد کد تولید کرده و آن را روی سخت‌افزار اجرا کنیم.

2. کنترل سیستم ها

یکی دیگر از رایج ترین دلایل اهمیت استفاده از Matlab این است که برای کنترل دستگاه ها و سیستم ها به کار می رود. کنترل مسئول مدیریت، دادن دستورات و تنظیم رفتار سایر دستگاه ها یا سیستم ها را بر عهده دارد. دستگاه‌ها یا سیستم‌های تحت کنترل می‌توانند از بخاری‌های خانگی ساده تا سیستم‌های کنترل صنعتی بزرگ که فرآیندها یا ماشین‌ها را کنترل می‌کنند، متغیر باشند. جعبه ابزار کنترل در نرم افزار Matlab الگوریتم ها و برنامه هایی را برای تجزیه و تحلیل سیستماتیک، طراحی و تنظیم سیستم های کنترل خطی ارائه می دهد.

3. پردازش سیگنال دیجیتال

یکی دیگر از کاربردهای نرم افزار متلب استفاده از تکنیک های پردازش سیگنال برای تجزیه و تحلیل داده های سری زمانی است. همچنین این نرم افزار امکان توسعه سیستم های تعبیه شده و برنامه های کاربردی را ارائه می دهد.

4. ارتباطات بی سیم

ارتباطات بی سیم یک اصطلاح گسترده است که برای اتصال دو دستگاه با استفاده از سیگنال بی سیم استفاده می شود. تیم‌های مهندسی از نرم افزار متلب استفاده می‌کنند. همچنین زمان توسعه را کاهش می‌دهند، مشکلات طراحی را زودهنگام حذف می‌کنند و آزمایش و تأیید عملکرد را ساده می‌کنند.

5. پردازش تصویر و بینایی کامپیوتری

پردازش تصویر عمدتاً بر پردازش تصاویر خام و آماده ساختن آنها برای کارهای دیگری مانند بینایی کامپیوتر متمرکز است. از طرف دیگر بینایی کامپیوتری به تصاویر همانند چشم انسان نگاه می کند. این موضوع شامل درک و پیش بینی خروجی بصری است. الگوریتم سازی برای پردازش تصویر و بینایی کامپیوتری امری ضروری است. نرم افزار متلب یک محیط جامع برای تجزیه و تحلیل تصاویر و ساخت الگوریتم ها فراهم می کند.

6. اینترنت اشیا

اینترنت اشیا شبکه ای از دستگاه ها، وسایل نقلیه و لوازم خانگی و سایر موارد تعبیه شده با الکترونیک، نرم افزار، حسگرها و محرک ها است که امکان تبادل داده ها را فراهم می کند. استفاده از نرم افزار متلب در طراحی، نمونه اولیه و استقرار برنامه های کاربردی IOT مانند نگهداری، بهینه سازی عملیات، کنترل نظارتی و غیره کمک می کند.

7. طراحی و کدنویسی FPGA

Matlab با ارائه کدهای C/C++ و HDL با پشتیبانی هدفمند از دستگاه‌های SoC قابل برنامه‌ریزی، کدگذاری سخت‌افزار-نرم‌افزار را امکان‌پذیر می‌کند.

8. مکاترونیک

مکاترونیک فناوری ترکیبی از الکترونیک و مهندسی مکانیک است. سیستم‌های مکاترونیک نیازمند یکپارچه‌سازی زیرسیستم‌های نرم‌افزاری مکانیکی، الکتریکی، کنترلی و تعبیه‌شده هستند. استفاده از نرم افزار متلب این امکان را می دهد که این موارد را در یک محیط واحد طراحی و شبیه سازی کرد.

9. تست و اندازه گیری

تست و اندازه‌گیری فرآیندی است که در آن محصولات الکترونیکی تحت طیف وسیعی از آزمایش‌ها قرار می‌گیرند که از آزمایش‌های فیزیکی شروع می‌شود تا هر گونه نقص فیزیکی تا تست عملکردی محصول شناسایی شود. نرم افزار متلب ابزارهایی را ارائه می دهد که برای به دست آوردن و خودکارسازی وظایف به آنها می توان از آن ها استفاده کرد. پس از به دست آوردن داده ها، می توان آن ها را کاوش کرد و تجسم آنلاین و تجزیه و تحلیل داده ها را انجام داد.

10. زیست شناسی محاسباتی

زیست شناسی محاسباتی نیز از دیگر کاربردهای نرم افزار متلب است که امکان مطالعه داده های بیولوژیکی برای درک بهتر سیستم ها و روابط بیولوژیکی را آسان تر می کند. نرم افزار Matlab به حل معادلات دیفرانسیل معمولی که رفتار بیولوژیکی را مدل می کند، کمک می کند.

11. محاسبات مالی

امکانات محاسبات مالی نرم افزار Matlab این امکان را فراهم می کند تا برنامه های کمی برای مدیریت ریسک، مدیریت سرمایه گذاری، بیمه و اقتصاد سنجی را توسعه داد.

12. رباتیک

رباتیک یک رشته ترکیبی از علوم و مهندسی است. این رشته شامل مهندسی مکانیک، مهندسی الکترونیک، و علوم کامپیوتر است که می توان برای ساخت ربات ها یا ماشین های شبیه انسان از آن ها کمک گرفت. محققان و مهندسان رباتیک از نرم افزار MATLAB برای طراحی و تنظیم الگوریتم‌ها، مدل‌سازی سیستم‌های دنیای واقعی و تولید خودکار کد در یک محیط نرم‌افزاری استفاده می‌کنند.

13. تجزیه و تحلیل داده ها

تجزیه و تحلیل داده ها، فرآیند مطالعه داده ها به منظور دستیابی به بینش است. مهندسین از نرم افزار Matlab برای ساختن سیستم های تجزیه و تحلیل داده های بزرگ استفاده می کنند.

14. پیش بینی تعمیر و نگهداری

تکنیک های تعمیر و نگهداری پیش بینی شده برای تعیین وضعیت تجهیزات داخلی طراحی شده اند تا بتوان فهمید که چه زمانی باید تعمیر و نگهداری انجام شود. جعبه ابزار تخمین تعمیر و نگهداری Matlab ابزارهایی را برای برچسب زدن داده ها، طراحی شاخص های وضعیت و تخمین عمر مفید باقیمانده (RUL) یک ماشین فراهم می کند.

15. کنترل موتور و قدرت

به کمک الگوریتم های کنترلی می توان سرعت و توان موتورها و سایر ویژگی های عملکردی آن را تنظیم کرد. الگوریتم های نرم افزار Matlab به بهره وری انرژی، کنترل دقیق و محافظت از سیستم کمک می کنند.

16. یادگیری عمیق و هوش مصنوعی

یادگیری عمیق خانواده وسیع تری از یادگیری ماشینی است. یکی از مهمترین کاربردهای نرم افزار متلب استفاده از آن در حوزه هوش مصنوعی و یادگیری عمیق است. استفاده از نرم افزار Matlab به گونه ای است که تنها با چند خط کدنویسی ساده می توان بدون نیاز به متخصص بودن، مدل های یادگیری عمیق ساخت.