MATLAB jelenleg 6.5-ös változat (R13)

Az előadások a következő témára: "MATLAB jelenleg 6.5-ös változat (R13)"— Előadás másolata:

1 MATLAB www.mathworks.com jelenleg 6.5-ös változat (R13)
ELTE: R12.1, Loviban elérhető műszaki számítások, algoritmus fejlesztés és tesztelés, szimulációk, tudományos munkák grafikai munkái, adatfeldolgozás

2 MATLAB történet MATrix LABoratory
eredetileg nagy FORTRAN könyvtárak felé szánták egyszerűen használható felületnek klónjai elérhetők más platformokon is (pl. Linux: octave)

3 Mire jó és mire nem? kutatómunka során ritka a „klasszikus” programfejlesztés, legtöbbször gyorsan kell ellenőrizni egy ötletet, egy algoritmust, írni egy egyszerű szimulációt stb. Nagy programok írására nem ajánlott és nem is alkalmas (relatíve rossz újrafelhasználás, tervezhetőség stb.)

4 MATLAB elemei nyelv fejlesztői környezet (IDE) függvénykönyvtár
editor, futtató környezet (parancssor), hibakövetés függvénykönyvtár grafikus rutinok toolboxok help

5 A MATLAB nyelve Fortran, C rokona
alapvetően interpetált nyelv, bár lehet fordítani ( lassú) kommunikáció lehetősége más nyelvek felé egyszerű és gyorsan megtanulható, de nagy programok írására nem alkalmas (max. pár 100 soros programok)

6 A MATLAB nyelve mátrix-manipulációs nyelv
a legfontosabb (és szinte egyedül használatos) adatstruktúra a mátrix nincsenek pointerek és összetett memória-kezelés, a hivatkozott változók automatikusan allokálódnak egy ún. workspace-ben (ezt közvetlenül elérhetjük a parancssorból) clear, who, whos, save, load, ans változó megjelenítés: beírni változó nevét (; nélkül) .mat file-ok

7 Adattípusok

8 Adatstruktúrák: mátrix
megadás: A = [ 1 2 3; 4 5 6]; B = [ 3 4; 6 7]; C = [A B]; konstrukciós függvények: rand, randn, zeros, ones, magic, … elemre hivatkozás: A(2,3) (1-től N-ig !!!)

9 Mátrixok II. részmátrixra hivatkozás: törlés: A(5,:) = [];
A(end, 5:end); törlés: A(5,:) = []; értékadással túlindexelni lehet (automatikusan bővül), de lekérdezni nem egy dimenziójában 1 széles mátrix: vektor (tömb), iránynak a tömbön operáló függvényeknél (pl. length) nincs jelentősége

10 Más adatstruktúrák szöveg: name = ‘szervusz’ (’ jelek között)
lekérdezések: ischar, isblank,... manipulációk: strcat, lower,… keresések: strcmp, strmatch,… megjelenítés: sprintf, fprintf, err,… C-vel nem teljesen egyezik, pl. message = sprintf('The array is %dx%d.',2,3) több dimenziós mátrixok (pl. képek) A(:,:,5)

11 Más adatstruktúrák II. „cell” tömbök rekord
mátrixok rekordjai, indexelés {} operátorral, pl. c = cell(2,3) c{1,2} = [4 5] (VAGY) c(1,2) = {[4 5]} (ekvivalens) címzés: c{1,2}(2) cell-en belül lehet másik cell (beágyazás) rekord S(3) = struct('nev',‘Kovacs Agi',... ‘pontszam',70); Egy cell-en belül is többféle rekord is lehet

12 Más adatstruktúrák III.
Cell-en belüli struktúrák c_str = cell(1,2); c_str{1}.label = '12/2/ /5/94'; c_str{1}.obs = [ ; ]; c_str{2}.xdata = [ ]; c_str{2}.ydata = [ ]; c_str{2}.zdata = [ ]; De persze nem kell 1x1-es rekordok legyenek, azaz pl. c_str{1}(2).label = ’12/6/95-’ működik

13 Operátorok minden változó egy 1x1-es mátrix
speciális értékek: Inf, NaN, komplex számokat ismeri +,-,* mátrixokon is úgy működik, ahogy elvárjuk .-os változatok: n = (0:9)'; pows = [n n.^2 2.^n] figyelni: = értékadás, == logikai vizsgálat ami nem C: ~= nem egyenlő, | logikai vagy, & logikai és, ~ negálás

14 Mátrix-manipulációk statisztika: cov, mean, std, var, min, max, sum, …
lineáris algebra: ‘, inv, det, eig, diag, trace, norm, rank, lu, svd, … tulajdonságok: isempty, size, … átrendezések: permute, reshape, flipud, fliplr, sub2ind, ind2sub, sort, find …

15 Programok scriptek: nincs I/O változó és direktben a workspace-ben dolgoznak függvények: vannak I/O változóik és saját workspace-ben dolgoznak (de bizonyos változóik lehetnek globálisak) .m file-ok: egy függvény – egy file (de egy .m file-ban lehetnek alfüggvények)

16 Függvények function [out1, out2] = függvénynév(input1, input2)
Utána írt komment (%) megjelenik help-ként változó hosszúságú argumentumlista átadható (varargin és varargout) global, return függvények (feval)

17 Programkonstrukciók: if
if logikai_kif utasítások elseif logikai_kif else end

18 Programkonstrukciók: switch
switch logikai_kif case érték1 utasítások case érték2 … otherwise end

19 Programkonstrukciók: ciklusok
for változó = tól:köz:ig utasítások end while logikai_kif break, continue

20 Filekezelés, egyéb kezelés: fopen, fclose, feof
bináris és szöveges beolvasás: fread, fwrite, fprintf, frewind, fgetl, fgets, load, save,… Egyéb hasznos dolgok: diary, pause

21 Objektum-orientált programozás
Ami van: Függvény- és operátor túlterhelés (overloading) Adatok és eljárások rejtése Öröklődés Osztályok egymásba ágyazása Ami nincs: destruktorok, absztrakt osztályok, ::, virtuális öröklődés, template-ek

22 Osztályok létrehozása
Az osztályhoz tartozik egy könyvtár amibe az osztály metódusai kerülnek .m file-okban Konstruktor metódus: ugyanaz a neve, mint az osztálynak A konstruktorban létre kell hozni egy struktúrát, ami az osztály adatelemeit tartalmazza, ezután a konstruktor végén egy class utasítással jön létre az osztály

23 Metódusok Meghívandó függvényt a paramétereiből azonosítja (nem a szintaxis alapján, mint C++-ban vagy Java-ban) tehát célszerű a metódusokat úgy definiálni, hogy a legelső paraméter az osztály egy példánya legyen Sőt, ha az eljárás változtat az osztályon, célszerű azt vissza is adni Pl. fav_book = book(‘The Collector’); % book egy osztály, translate egy metódusa fav_book = translate(fav_book); % ha helyben akarjuk lefordítani Osztály tagjainak lekérése: methods Rejtett könyvtárba (csak az osztály eljárásai használhatják)

24 Egyéb OOP Túlterhelés (overloading)
Egyszerűen írjuk meg a megfelelő osztályhoz tartozó függvényt, a MATLAB azt fogja meghívni, ha azt egy ilyen osztályra hívtuk (pl. plot) Az operátorok átírása a megfelelő függvények megírásával lehetséges (pl. plus.m) Öröklődés Pl. child_obj = class(child_obj,'child_class',parent_obj); Gyermek nem látja szülő adattagjait (de elérheti a szülő lekérdező függvényeivel – mintha minden adat private lenne C++-ban) A szülő osztály egy a szülő nevével megegyező struktúrában látható a gyermek osztályban Többszörös öröklődés: class utasításban több szülő is megadható

25 Pár tipp az objektum-orientált programozáshoz
Transzparens Java osztályok felé Pl. methods java.awt.Dimension –full Ha változtatunk az osztályon, clear classes Érdekes átírható függvények: end, display, loadobj, saveobj

26 Egyéb haladó programozás
GUI készítés MATLAB-ból hívhatók C, Fortran és Java függvények a MATLAB is kínál fel API-t C és Fortran felé MATLAB .m file-okból C forrás és így önálló .exe készíthető (MATLAB compiler)

27 Az alap MATLAB függvénykönyvtára
mátrixok és lineáris algebra (láttuk) polinomok (pl. gyökök keresése) interpoláció (pl. köbös spline-ok) geometriai algoritmusok (pl. voronoi-diagram) adat- és jelfeldolgozás (pl. illesztés, FFT) numerikus analízis (pl. integrálás, differenciálegyenletek) ritka mátrixok és műveleteik

28 Toolbox-ok Data Acquisition TB Database TB Image Processing TB
Neural Network TB Optimization TB PDE TB Signal Processing TB Spline TB Statistics TB Symbolic Math TB (Maple) Wavelet TB

29 II. rész: MATLAB Grafika
vektorokban tárolt adatok megjelenítése: plot parancs x = 0:pi/100:2*pi; y = sin(x); plot(x,y) y2 = sin(x-.25); y3 = sin(x-.5); plot(x,y,x,y2,x,y3)

30 A plot parancs Stílusok megadása:
plot(x,y,’c’); plot(x,y,’k:’); plot(x,y,’+’); 'c', 'm', 'y', 'r', 'g', 'b', 'w', 'k‘ vonalstílusok: '-', '--', ':', '-.', 'none‘ markerek: '+', 'o', '*', 'x‘ 's' (square), 'd‘ (diamond), '^' (up triangle), 'v' (down triangle), '>' (right triangle), '<' (left triangle), 'p' (pentagram), 'h' (hexagram), ‘none’

31 Ábrák figure azonosítóval: figure(14)
plot és sok más utasítás alapértelmezésben új képet nyit a kurrens kép rögzítése („rárajzolás”): hold on, kikapcsolása hold off törlés: clf

32 Több ábra egy képen subplot(X_max, Y_max, index); t = 0:pi/10:2*pi;
[X,Y,Z] = cylinder(4*cos(t)); subplot(2,2,1); mesh(X) subplot(2,2,2); mesh(Y) subplot(2,2,3); mesh(Z) subplot(2,2,4); mesh(X,Y,Z)

33 Tengelyek axis auto (alapértelmezés) axis([xmin xmax ymin ymax])
axis square axis equal (tick-ek egyenlő közökre lesznek) axis on; axis off axes(!): tengely készítése tetszőleges pozícióban

34 Feliratozás title, xlabel, ylabel, legend, text
korlátozottan felismeri a LATEX formátumú szimbólumokat

35 MATLAB grafikai objektumok
minden objektumhoz (képhez, tengelyhez, szöveghez, vonalhoz, stb.) tartozik egy handle ezt többnyire az objektum létrehozó függvénye adja vissza ezen keresztül az objektum tulajdonságai elérhetők és a beállítható tulajdonságok lekérdezhetők: set, get gcf, gca, findobj h = gca; set(h,’LineWidth’, 3);

36 Objektumok tulajdonságainak interaktív kezelése
a képen kattintva property editor szöveg, nyilak, vonalak beszúrása, forgatás, nagyítás

37 Haladó szintű megjelenítés
2D: bar, area, colorbar, pie, histogram, stem, stairs, … 3D: mesh, surf, contour, slice, … vektormezők: compass, rose, feather, quiver térfogat megjelenítése: isosurface, coneplot, streamline, streamtube, streamribbon, …

38 Képek megjelenítése BMP, HDF, JPEG, PCX, PNG, TIFF, XWD formátumok kezelése megjelenítés: image, imagesc file I/O: imread, imwrite képek is mátrixként tárolódnak, mátrixok is megjeleníthetők képként colormap: színtér manipulálása (ez is mátrix, kép értékei indexek ebben a színtérben)

39 Animáció on-line (élő)
off-line (képek elmentése animációs file-ba, majd később visszajátszás): getframe, movie az animációk elmenthetők .avi-ba: avifile