نرم افزار متلب (MATLAB) یک پلتفرم برنامه نویسی نسل چهارم است که به صورت تخصصی برای مهندسین و دانشمندان طراحی شده است. یکی از خصوصیات مهم نرم افزار متلب، امکان برنامه نویسی آن می باشد. که یک محیط نرم افزاری برای انجام محاسبات عددی، تجسم و توسعه نرم افزارهای تجاری را فراهم می نماید.  با استفاده از زبان پایه ماتریسی این نرم افزار، می توان طبیعی ترین پدیده های جهان را بر حسب زبان محاسباتی بیان نمود.

واژه ی MATLAB از دو واژه ی Matrix و Laboratory به معنای آزمایشگاه ماتریس، تشکیل شده است. علت این نامگذاری، ماتریس محور بودن متلب می باشد.

برای نمونه، در متلب اعداد منفرد خود به شکل یک ماتریس 1×1 ذخیره می شود. یا اعداد منفی نیز در نظر گرفته می شوند.

یا تصاویر به شکل یک ماتریس سه بعدی ذخیره می شود که دو بعد آن مختصات پیکسل ها و بعد دیگر بیانگر رنگ پیکسل هاست.

در این مقاله قصد داریم به معرفی نرم افزار متلب و کاربردها و ویژگی های اصلی آن بپردازیم و منابع برتر یادگیری آن را معرفی نمائیم.

معرفی نرم افزار MATLAB

متلب یک محیط برنامه نویسی در حوزه ریاضیات و مهندسی است که با زبان های C و C++ نوشته شده، اما بدان معنا نیست که برای کار کردن با نرم افزار متلب باید این زبان ها را بلد باشید، متلب زبان برنامه نویسی مخصوص خودش را دارد. زبان برنامه نویسی نرم افزار متلب سطح بالاست. یعنی به زبان انسان نزدیک تر و یادگیری آن رآسان تر می باشد. کدنویسی به زبان متلب، تنها در محیط برنامه ‌(IDE) ی متلب امکان پذیر است و نمیتوان از آن در سایر محیط ها مانند VS CODE یا Atom استفاده نمود.

متلب (بر خلاف پایتون) متن باز نیست و برای تهیه ی آن باید مبلغ نسبتاً سنگینی (حدود 50 هزار) دلار بپردازید. با این حال متلب به صورت بسیار گسترده در دانشگاه ها و محافل علمی و حتی در شرکت های ابرقدرت تکنولوژی (مانند سامسونگ و اپل) استفاده می شود.

مطالب مرتبط: زبان برنامه نویسی پایتون

تاریخچه زبان برنامه نویسی متلب

در اواخر دهه 1970 فردی به نام کلیو مولر (Cleve Moller) رئیس دانشکده علوم کامپیوتر دانشگاه نیومکزیکو، دست به ابداع و توسعه متلب زد. هدف او از طراحی این برنامه، دسترسی دانشجویان به LINKPACK و EISPACK بدون نیاز به Fortran بود. این موضوع به سرعت در تمام دانشگاه ها گسترش یافت و طرفداران بسیاری یافت.

تا آن دوره متلب، هنوز به تجارت وارد نشده بود. تا اینکه درسال 1983 شخصی به نام جک لیتل از دانشگاه استنفرد در طی دیدار با مولر به قابلیت های تجاری متلب پی برد و تصمیم به همکاری با مولر گرفت.

آن ها درسال 1984 شرکت Math Works را تأسیس نموده و در همان سال متلب را منتشر کردند و درسال 2000 با بازنویسی متلب مجموعه کامل تری از کتابخانه برای آن فراهم شد.

کاربردهای کلی نرم افزار MATLAB

نرم افزار متلب (MATLAB) کاربرد‌های فراوانی در زمینه های محاسبات ریاضی، فیزیک، شیمی، زیست شناسی، عمران و… دارد. اساساً میتوان گفت که متلب در تمام زمینه های محاسباتی که به تجزیه و تحلیل داده ها نیازمند هستند، میتواند مورد استفاده قرار بگیرد. در ادامه به چند مورد از آن ها اشاره می کنیم:

• آنالیز داده ها
• توسعه الگورتیم
• ساخت مدل و اپلیکیشن ها
• شبیه سازی و تست سیستم خودروهای اتوماتیک
• پردازش و ارتباط سیگنال ها
• پردازش تصویر و ویدیو
• سیستم های کنترلی
• شبیه سازی سیستم های انرژی
• اینترنت اشیاء
• ماشین‌لرنینگ
• رباتیک
• کاربرد در دیتاساینس (Data Science)
• مکاترونیک
• کاربرد در Signal Processing
• تست و اندازه گیری
• محاسبات مالی
• محاسبات زیست شناسی
• ایجاد ساختار‌های 2 بعدی و 3 بعدی
• جبر خطی
• معادلات جبری
• توابع غیرخطی
• آمار
• تحلیل و پردازش دیتا
• محاسبه معادلات دیفرانسیلی
• محاسبات عددی
• ادغام اطلاعات
• تبدیل دیتا
• ساخت منحنی
• سایر توابع خاص و…

کاربرد نرم افزار متلب در مهندسی عمران

از کاربردهای نرم افزار متلب (MATLAB) در علوم مهندسی مانند مهندسی عمران، مهندسی مکانیک، مهندسی برق و… می توان به:

• حل سریع محاسبات ماتریسی با تعداد سطر و ستون بالا، که حل آن ها توسط انسان، بسیار طولانی یا گاها میتواند غیرممکن باشد.
• ترسیم نمودارها و دیاگرام های متنوع به شکل ستونی و منحنی و…
• محاسبه معادلات دیفرانسیلی و معادلات جبری

از قابلیت محاسبات پیچیده این زبان در مباحث تحلیل سازه ها نیز می توان به (تحلیل سازه ها به کمک المان های محدود، محاسبه ماتریس سختی سازه و…) اشاره نمود.

و همچنین کاربرد آن در محاسبه نیروی زلزله (مانند تحلیل طیفی و تحلیل تاریخچه زمانی) و البته در بحث داینامیک سازه ها برای تحلیل لرزه ای سیستم های سازه ای به صورت تحلیلی و عددی استفاده نمود.

• از قابلیت ترسیم نمودارها و دیاگرام های متلب میتوان در ترسیم دیاگرام های خمش و برش المان های سازه ای استفاده نمود.
• همچنین کاربردهای متلب صرفاً به گرایش سازه و زلزله محدود نمی شود و کاربرد های فراوانی در زمینه های محیط زیست، آب و سازه های هیدرولیکی و… دارد. که از دید کارشناسان این حوزه ها بسیار نقش حائز اهمیتی را ایفا می کند.

معرفی رقبای نرم افزار متلب

از میان نرم افزارهای رقبای متلب می توان به Mathematica و Maple اشاره نمود:

Maple: یک نرم افزار فوق پیشرفته ریاضی است که هم در زمینه ریاضیات و هم در مهندسی کاربرد دارد و به آسانی با زبان های برنامه نویسی دیگر مانند C یا C++ مرتبط می شود. برای حل مسائل و یا آموزش ریاضی و محاسبات پیچیده میتوان به آن یادداشت و انیمیشن اضافه نمود.

Mathematica: یک نرم افزار جبری و پیشرفته است که توابع مورد نیاز در ریاضی و علوم طبیعی را در اختیار کاربران قرار می دهد.

اجزای مختلف نرم افزار متلب

زبان متلب

متلب یک زبان برنامه نویسی سطح بالا می باشد که ویژگی های برنامه نویسی شئ گرا و مفسری را شامل می شود. با کمک این زبان می توان برنامه های ساده و پیچیده را ایجاد نمود.

محیط کاری متلب

مجموعه ای از امکاناتی است که شما به عنوان کاربر یا برنامه نویس با آن ها تعامل دارید. این محیط شامل امکاناتی برای مدیریت متغیرها و ابزاری جهت توسعه، مدیریت، رفع خطا و ایجاد فایل ها در برنامه های متلب می باشد.

کنترل گرافیک

سیستم گرافیکی متلب از دستورات سطح بالا برای تجسم دیتای 2 بعدی، 3 بعدی، پردازش تصویر، انیمیشن و گرافیک پیروی می کند. البته متلب شامل دستورات سطح پایین نیز می باشد. که با آن ها می توانید ظاهر گرافیکی برنامه های خود را به صورت سفارشی طراحی نمائید.

کتابخانه متلب

نرم افزار متلب، مجموعه ای گسترده از الگوریتم های محاسباتی اعم از توابع ابتدایی ریاضی مانند سینوس، کسینوس تا توابع پیچیده مانند ماتریس معکوس، مقادیر ویژه ماتریس سریع و… را شامل می شود.

رابط برنامه های کاربردی متلب (API)

کتابخانه ای است که به شما امکان کدنویسی برنامه های Fortran و C با متلب را فراهم می کند. این رابط امکاناتی نظیر فراخوانی روال از متلب (اتصال پویا)، فراخوانی متلب به عنوان یک موتور محاسباتی را شامل می شود.

نتیجه گیری

زبان متلب برای استفاده در مهندسی و محاسبات پیچیده ریاضی مناسب است. اما به دلیل مصرف بالای منابع سخت افزاری، در زمینه طراحی و توسعه ی وب مناسب نیست. مزایایی نظیر سهولت در استفاده و یادگیری، کتابخانه های کاربردی فراوان و پشتیبانی سیستم عامل های پرطرفدار Windows، Linux و Mac موجب علاقه مندی بسیاری از افراد به این نرم افزار شده است.

امروزه میلیون ها برنامه نویس و Data Scientist در سراسر جهان از نرم افزار متلب برای آنالیز و طراحی سیستم هایی که نیاز به انجام محاسبات پیچیده ریاضی در مقیاس بزرگ دارند، استفاده می کنند. اگر با مطالعه این مقاله، شما نیز علاقمند به یادگیری این نرم افزار و زبان برنامه نویسی محبوب شده اید، می توانید در دوره های آموزش کاربردی متلب در دانشکده فنی مهندسی دانشگاه تهران ثبت نام نمائید. و از آموزش های عالی بهره مند شوید.​