TAMBOV DRŽAVNI TEHNIČKI UNIVERZITET

CHAIR

« Informacijski procesi i menadžment"

Metodički razvoj

za laboratorijski čas br.1

u disciplini "Teorija odlučivanja"

Naziv discipline

naziv teme

tema: Istraživanje metoda jednodimenzionalne optimizacije

svrha rada:

Proučavanje metoda jednodimenzionalne optimizacije i metoda njihove algoritamske implementacije u okruženju multifunkcionalnog integrisanog sistema za automatizaciju matematičkih i naučno-tehničkih proračuna MATLAB 7.1;

Komparativna procjena obima računskih troškova metoda: direktno skeniranje, dihotomija, "zlatni presek" i Fibonačijeva metoda.

književnost:

1. Aoki M. Uvod u metode optimizacije. Moskva: Nauka, 1977. 444 str.

2. Batishchev D.I. Metode optimalnog projektovanja. M.: "Radio i komunikacija", 1984. 248 str.

3. Bodrov V.I., Lazareva T.Ya., Martemyanov Yu.F. Matematičke metode odlučivanja: Udžbenik. dodatak. Tambov: Izdavačka kuća Tamb. stanje one. Univerzitet, 2004.124 str.

4. Polak E. Numeričke metode optimizacije. Moskva: Mir, 1997. 376 str.

5. Himmelblau D. Primijenjeno nelinearno programiranje. Moskva: Mir, 1975. 534 str.

6. Yudin D.B. Računske metode teorija odlučivanja. Moskva: Nauka, 1989. 316 str.

7. Ketkov Yu. L., Ketkov A. Yu., Shultz MM MATLAB 7: programiranje, numeričke metode. - SPb.: BHV-Peterburg, 2005.-- 752 str.

Za lekciju

Laboratorijska nastava iz discipline "Teorija odlučivanja" izvodi se sa ciljem produbljivanja i učvršćivanja teorijskih znanja studenata stečenih na različitim vrstama nastave iu procesu samostalnog studiranja. nastavni materijal, njihovo sticanje vještina u praktičnoj primjeni matematičkih metoda odlučivanja. Na osnovu rezultata laboratorijskih studija studenti bi trebali

Teorijski materijal na osnovu kojeg je izvedeno modeliranje, kao i suština fizičkih procesa formalizovanih u programima;

Osnovne metode modeliranja odgovarajućih procesa;

Odabrati i procijeniti uticaj glavnih parametara na rezultat simulacije;

Analizirajte i sumirajte dobijene rezultate.

Laboratorijski rad uključuje tri faze: preliminarne pripreme na laboratorijsku lekciju, direktno na lekciju, izvještavanje o laboratorijskom času.

Lekcija ima za cilj da pokaže vezu između teorijskog materijala i prakse i nauči studente da teoriju primene u rešavanju praktičnih problema.

Laboratorije su strukturirane na način da ne podrazumijevaju poznavanje MATLAB-a od strane studenata. Svaka laboratorija počinje kratkim opisom MATLAB-a, gdje se daje student kratke informacije potrebno za završetak ovog posla.

Priprema za lekciju

Uoči časa učenici moraju:

Upoznajte se sa smjernicama za ovu laboratorijsku vježbu;

Pregledati materijal predavanja i proučiti predloženu literaturu na ovu temu;

Ispitati proceduru za obavljanje poslova;

Pripremite se da odgovorite na Kontrolna pitanja.

Redosled lekcije

U uvodnom dijelu časa prima se studijska grupa, daje se veza sa prethodno proučenim gradivom, objavljuje se tema, svrha, postupak i karakteristike ovog časa, provjerava se pripremljenost studijske grupe za čas.

Zatim studenti počinju da provode istraživanje u skladu sa metodologijom. Za sva nejasna pitanja u vezi sa laboratorijskim nastavom studenti se trebaju obratiti nastavniku, inženjerskom osoblju ili instruktoru računarskog časa. Rezultati istraživanja i zaključci se sastavljaju u obliku izvještaja o laboratorijskoj sesiji. Izvještaj je radni dokument studenta i predstavlja se vodećem nastavniku tokom odbrane. Zatim se brane izvještaji o laboratorijskoj nastavi, a na kraju se sumiraju rezultati lekcije.

Izvještavanje o lekcijama

Studenti moraju dobiti kredit za laboratorijski rad. Princip izvještavanja je individualan i može se provoditi usmeno ili pismeno nakon završenog glavnog dijela časa. Prilikom postavljanja rezultata testa uzimaju se u obzir: dostupnost, pismenost i tačnost obrasca-izvještaja, kvalitet laboratorijskog rada, rezultati odgovora na kontrolna pitanja. Studenti koji nisu dobili kredit i odsustvuju sa datog laboratorijskog časa izvještavaju o tome u lično vrijeme.

Kratak opis MATLAB-a

MATLAB (Matrix Laboratory) sistem se sastoji od velikog broja posebnih programa koji omogućavaju rješavanje širok raspon matematičke i tehničke probleme iz različitih oblasti nauke. Njegov glavni element je jezgro MATLAB sistema. Pored toga, sistem sadrži oko 80 različitih skupova komandi (tzv. "Toolboxes"), koji odgovaraju različitim granama matematike, matematičke fizike, dizajna, komunikacija, ekonomije itd. U ovom radu koriste se osnovni MATLAB programski alati: M-fajlovi - funkcije, ugrađene funkcije, operatori, komande itd.

Slika 1. System Desktop

Slika 1 prikazuje radnu površinu sistema. Traka menija (File, Edit, itd.) je vrlo slična onoj u Microsoft Word editoru. Red ikona koji se nalazi ispod takođe obavlja iste operacije kao u Word editoru (osim poslednje 3). Radna površina sistema se sastoji od nekoliko prozora, čiji se sastav može mijenjati pomoću naredbi menija Desktop. Slika 1 u gornjem prozoru lijevo prikazuje sadržaj radnog prostora Radni prostor, koji sadrži opise svih konstanti i funkcija koje je korisnik unio u toku rada. U donjem prozoru Command History dat je redoslijed izvršenih naredbi. Veličine prozora se podešavaju povlačenjem ivice mišem. Glavni prozor radne površine je Komandni prozor(komandni prozor). U komandnom prozoru iza znaka ">>" upisuje se komandna linija koja se izvršava nakon pritiska na " Enter".

MATLAB vam omogućava da kreirate programske datoteke slične drugim programskim jezicima visokog nivoa. Uz to, ima svojstva moćnog programabilnog kalkulatora. U ovom radu se softverska implementacija algoritama pretraživanja vrši pomoću M - funkcijskih datoteka, a pokretanje programa i unos početnih podataka može se izvršiti iz komandnog prozora.

Format broja se podešava u meniju File(sl. 1) u sekciji Preferences koristeći funkciju Numerički format. Najčešće korišteni od 12 mogućih formata su Kratko i Dugo- kratki i dugi formati brojeva.

Neki od osnovnih koncepata MATLAB-a su varijable i odobrenje .

Varijabilna označeno jednim slovom ili skupom slova i brojeva koji počinju slovom. Ukupan broj slova i brojeva u setu ne smije biti veći od devetnaest. Izjava ima sljedeći oblik:

>> varijabla = izraz

Kada unesete izraz, varijabli se dodjeljuje izraz koji slijedi znak jednakosti, ili, ako uključuje bilo koju matematičku operaciju, rezultat koji se dobije nakon izvođenja ovih operacija. Naredbu možete unijeti u M-datoteku ili u komandni prozor MATLAB programa. Znak ">>" je komandna linija koja se pojavljuje na ekranu u komandnom prozoru kako bi označila da se tvrdnje mogu unijeti.

Osnovni aritmetički operatori prikazani su u tabeli 1.1. Prilikom izvođenja proračuna u komandnom prozoru nakon pritiska na " Enter"rezultat je dodijeljen parametru" ans"ako naziv nije dodijeljen odgovarajućem izrazu, ili njegovom imenu - u suprotnom (nazivi varijabli, konstanti i funkcija moraju početi slovom (latinica), mogu sadržavati brojeve i donju crtu). postaviti znak; (tačka-zarez) .

Tabela 1.1

Neka je, na primjer, potrebno procijeniti izraz i dodijelite rezultat varijabli NS... U ovom slučaju, iskaz (program) će imati sljedeći oblik (u decimalnim razlomcima cijeli broj od razlomka je odvojen tačkom):

>> x = log (1 + 5 * ((log10 (100)) ^ 2-0,2 * pi) / sqrt (1 + 2,71828 ^ 3))

Nakon uvoda izjave, tj. pritiskom na tipku Enter, rezultat se odmah prikazuje ispod. Ako je potrebno blokirati rezultat, tj. nije potrebno izdavati na ekranu, tada na kraju izjave treba staviti znak “; "(Tačka i zarez). Prethodni izraz se može predstaviti u drugačijem obliku:

>> a = (log10 (100)) ^ 2;

>> b = sqrt (1 + 2,71828 ^ 3);

>> x = log (1 + 5 * (a-0,2 * pi) / b)

MATLAB ima nekoliko ugrađenih varijabli: pi, eps, inf, i i j. Varijabilna pi označava broj, eps= 2 -52 = 2,2204 * 10 -16 - greška za operacije nad brojevima s pomičnim zarezom, inf- Beskonačnost ( ), i i j- imaginarna jedinica ( i = j= ).

Kada nije naveden nijedan argument lijevo, rezultat izraza se dodjeljuje dijeljenoj varijabli ans.

Relacioni operatori (tabela 1.2) se koriste u uslovnim operatorima, operatorima petlje, itd. pri implementaciji algoritama pretraživanja koristeći M-funkcije (podprogrami-funkcije se pišu u fajlovima sa ekstenzijom .m).

Tabela 1.2

Dakle, programi u sistemu MATLAB su M-fajlovi tekstualnog formata, koji sadrže zapis programa u obliku programskih kodova.

Jezik unosa MATLAB ima ukupno 9 operatora koji koriste 14 funkcijskih riječi. Odgovarajuće sintaktičke konstrukcije date su u tabeli. 1.3.

Tabela 1.3

№	Format operatora	Objašnjenje
	var = ekspr	Operator dodjele. Procjenjuje vrijednosti expr i pohranjuje rezultate u varijablu var
	ifcondition_1 izrazi_1 kraj	Uslovni operator... Ako je uvjet_1 istinit, tada se izvršava grupa naredbi_1, ako je uvjet_2 istinit, onda grupa naredbi_2, ... Ako su svi navedeni uvjeti lažni, tada se izvršavaju iskazi koji se nalaze između else i end
	switchexpr casevail izjave_1 caseval2 izjave_2. ... ... ... ... ... ... ... ... [othervise statements] kraj	Prebacivanje po vrijednosti izraza expr. Ako odgovara vrijednosti vail, tada se izvršava grupa iskaza_1, ako odgovara vrijednosti val2, onda grupa iskaza_2,... Ako vrijednost expr ne odgovara nijednoj od navedenih vrijednosti, tada se iskazuju koji se nalaze između othervise i end se izvršavaju
	forvar = el: e3 krajnje izjave	Petlja tipa aritmetičke progresije, u kojoj se varijabla var mijenja od početne vrijednosti el sa korakom e2 do konačne vrijednosti e3 pri svakom ponavljanju tijela petlje
	dok se uslovi stanja završavaju	Petlja s preduvjetom, ponavlja se sve dok je navedeni uvjet istinit
	pokušajte statements_1 catch izjave 2 kraj	Pokušano je da se izvrši grupa naredbi_1. Pod uslovom da kao rezultat njihove implementacije, izuzetna situacija, kontrola se prenosi na grupu operator_2 (rukovanje greškama). Ako ne dođe do greške, tada se grupa statement_2 ne izvršava.
	break	Rani izlazak iz kontrolnih struktura poput for, while, switch, try - catch
	funkcija f1 funkcija f2 (x1, x2,...) funkcija y = f3 (xl, x2, ...) funkcija = f4 (xl, x2,...)	Zaglavlje funkcije (xl, x2, ... su ulazni parametri; y, yl, y2, ... su izlazni parametri)
	povratak	Rani izlazak iz tijela funkcije

Prilikom pisanja funkcijskih programa potrebno je da ime M-datoteke u kojoj je program pohranjen mora biti isto kao i naziv funkcije.

Sve varijable koje se pojavljuju u tijelu funkcije, s izuzetkom globalnih varijabli (deklariranih globalnim izrazom), ulaznih i izlaznih parametara, smatraju se lokalnim. Oni formiraju lokal radni prostor i dostupne su samo u tijelu funkcije koja ih je stvorila i nijedna druga funkcija ih ne može koristiti.

MATLAB ne sadrži operator idi... S tim u vezi, u tekstovima m-fajlova nema oznaka operatora. Identificirati linije u kojima vanredne situacije, koriste se interni brojevi koje je sistem automatski dodijelio.

Ključne karakteristike paketaMatlab

Paket kompleta alataMatlab

Struktura paketa i radni prozoriMatlab

Rad u komandnom modu

Osnovni elementi programskog jezikaMatlab

1. Glavne karakteristike Matlab paketa

MATLAB(skraćenica za engleski "Matrix Laboratory") je paket primenjenih programa za rešavanje problema tehničkih proračuna i istoimenog programskog jezika koji se koristi u ovom paketu. MATLAB koristi više od 1.000.000 inženjera i naučnika i radi na većini modernih operativnih sistema, uključujući Linux, Mac OS, Solaris (Solaris više nije podržan u R2010b) i Microsoft Windows.

Istorija. MATLAB kao programski jezik razvio je Cleve Moler kasnih 1970-ih kada je bio dekan fakulteta. računarska nauka na Univerzitetu u Novom Meksiku. Svrha razvoja je bila da se studentima fakulteta pruži mogućnost da koriste Linpack i EISPACK softverske biblioteke bez potrebe za proučavanjem Fortrana. Ubrzo se novi jezik proširio na druge univerzitete i bio je primljen sa velikim interesovanjem od strane naučnika koji rade u oblasti primenjene matematike. Još uvijek možete pronaći verziju Fortrana iz 1982. na Internetu, koja se distribuira kao open source. Inženjer John N. (Jack) Little je upoznao ovaj jezik tokom posjete Clivea Mowlera Univerzitetu Stanford 1983. godine. Shvativši da novi jezik ima veliki komercijalni potencijal, udružio se sa Cleveom Mowlerom i Steveom Bangertom. Zajedno su prepisali MATLAB u C i osnovali The MathWorks 1984. dalji razvoj... Ove biblioteke, prepisane u C, dugo su poznate kao JACKPAC. Prvobitno namijenjen dizajnu upravljačkih sistema (glavna specijalnost Džona Litla), MATLAB je brzo stekao popularnost u mnogim drugim naučnim i inženjerskim oblastima. Također se široko koristio u obrazovanju, posebno za podučavanje linearne algebre i numeričkih metoda.

Opis MATLAB jezika. MATLAB jezik je visokog nivoa interpretirani programski jezik uključujući na osnovu matrice strukture podataka, širok spektar funkcija, integrisano razvojno okruženje, objektno orijentisane mogućnosti i interfejsi za programe napisane na drugim programskim jezicima.

Programi napisani u MATLAB-u su dva tipa - funkcije i skripte.

Funkcije imaju ulazne i izlazne argumente, kao i vlastiti radni prostor za pohranjivanje međurezultata proračuna i varijabli.

Skripte dijele zajednički radni prostor. I skripte i funkcije se ne kompajliraju u mašinski kod i spremaju se kao tekstualne datoteke.

Također je moguće sačuvati tzv pre-parsed programi - funkcije i skripte, obrađene u obliku pogodnom za mašinsko izvršavanje. Općenito, takvi programi rade brže od normalnih programa, posebno ako funkcija sadrži naredbe za grafiku.

Glavna karakteristika MATLAB jezika su njegove široke mogućnosti za rad sa matricama, što su kreatori jezika izrazili sloganom „think vector“ (eng. Razmisli vektorizovano).

Primjena MATLAB-a.

Matematika i računarstvo. MATLAB pruža korisniku veliki broj (nekoliko stotina) funkcija za analizu podataka, pokrivajući gotovo sva područja matematike, a posebno:

Matrice i linearna algebra - matrična algebra, linearne jednadžbe, vlastite vrijednosti i vektori, singularnosti, faktorizacija matrica i drugo.

Polinomi i interpolacija - korijeni polinoma, operacije nad polinomima i njihova diferencijacija, interpolacija i ekstrapolacija krivulja i dr.

Matematička statistika i analiza podataka - statističke funkcije, statistička regresija, digitalno filtriranje, brza Fourierova transformacija i drugo.

Obrada podataka - Set posebne funkcije, uključujući crtanje, optimizaciju, traženje nula, numeričku integraciju (u kvadraturama) i drugo.

Diferencijalne jednadžbe - rješavanje diferencijalnih i diferencijalno-algebarskih jednadžbi, diferencijalnih jednadžbi sa zakašnjenjem, jednadžbi sa ograničenjima, parcijalnih diferencijalnih jednadžbi i dr.

Retke matrice su posebna MATLAB klasa podataka koja se koristi u specijalizovanim aplikacijama.

Celobrojna aritmetika - Izvodi celobrojne aritmetičke operacije u MATLAB okruženju.

Razvoj algoritama. MATLAB pruža pogodne alate za razvoj algoritama, uključujući i one visokog nivoa koristeći koncepte objektno orijentisanog programiranja. Sadrži sve potrebne IDE alate, uključujući debugger i profiler. Funkcije za rad sa cjelobrojnim tipovima podataka olakšavaju kreiranje algoritama za mikrokontrolere i druge aplikacije gdje je to potrebno.

Vizualizacija podataka. MATLAB paket sadrži veliki broj funkcija za crtanje grafikona, uključujući trodimenzionalnu, vizuelnu analizu podataka i kreiranje animiranih videa.

Ugrađeno razvojno okruženje omogućava kreiranje grafičkih korisničkih interfejsa sa različitim kontrolama kao što su dugmad, polja za unos i druge.

Nezavisne aplikacije. MATLAB programi, i konzolni i GUI, mogu se izgraditi pomoću komponente MATLAB Compiler u izvršne aplikacije nezavisne od MATLAB-a ili DLL-ove koji, međutim, zahtijevaju besplatno distribucijsko okruženje za rad na drugim računarima MATLAB Compiler Runtime(MCR).

Eksterni interfejsi. MATLAB paket uključuje različita sučelja za pristup eksternim rutinama napisanim na drugim programskim jezicima, podacima, klijentima i serverima koji komuniciraju kroz Component Object Model ili Dynamic Data Exchange tehnologije, i periferije koje komuniciraju direktno sa MATLAB-om. Mnoge od ovih mogućnosti su poznate kao MATLAB API.

COM. MATLAB paket pruža pristup funkcijama koje vam omogućavaju da kreirate, manipulišete i brišete COM objekte (i klijente i servere). ActiveX tehnologija je takođe podržana. Svi COM objekti pripadaju posebnoj COM klasi MATLAB paketa. Svi programi koji imaju funkcije kontrolera za automatizaciju (eng. Automatizacija kontroler) može pristupiti MATLAB-u kao serveru za automatizaciju. Automatizacija server).

.NET. MATLAB paket na Microsoft Windows omogućava pristup softveru .NET Framework. Moguće je učitavanje .NET sklopova i rad sa objektima .NET klasa iz MATLAB okruženja. MATLAB 7.11 (R2010b) podržava .NET Framework verzije 2.0, 3.0, 3.5 i 4.0.

DDE. MATLAB paket sadrži funkcije koje mu omogućavaju da pristupi drugim Windows aplikacijama, kao i ovim aplikacijama da pristupe MATLAB podacima, putem DDE (Dynamic Data Exchange) tehnologije. Svaka aplikacija koja može biti DDE server ima svoje jedinstveno ime identifikatora. Za MATLAB, ovo ime je - Matlab.

Web usluge. MATLAB pruža mogućnost pozivanja metoda web servisa. Posebna funkcija kreira klasu zasnovanu na metodama API-ja web servisa.

MATLAB stupa u interakciju sa klijentom web servisa tako što prima pakete od njega, obrađuje ih i šalje odgovor. Podržane su sljedeće tehnologije: Simple Object Access Protocol (SOAP) i Web Services Description Language (WSDL).

COM port. Interfejs serijskog porta MATLAB-a omogućava direktan pristup perifernim uređajima kao što su modemi, štampači i naučna oprema koji se povezuju na računar preko serijskog porta (COM port). Interfejs radi kreiranjem objekta posebne klase za serijski port. Dostupne metode ove klase vam omogućavaju da čitate i upisujete podatke na serijski port, koristite događaje i rukovaoce događajima i upisujete informacije na disk računara u realnom vremenu. Ovo je korisno za eksperimente, simulacije u realnom vremenu i druge aplikacije.

MEX fajlovi. MATLAB paket uključuje interfejs za interakciju eksterne aplikacije napisan na jezicima C i Fortran. Ova interakcija se vrši preko MEX fajlova. Moguće je pozvati potprograme napisane u C ili Fortranu iz MATLAB-a kao da su ugrađene funkcije paketa. MEX datoteke su biblioteke dinamičkih veza koje mogu biti učitane i izvršene od strane interpretatora ugrađenog u MATLAB. MEX procedure takođe imaju mogućnost pozivanja MATLAB ugrađenih komandi.

DLL. MATLAB generički DLL interfejs vam omogućava da pozovete funkcije koje se nalaze u običnim bibliotekama dinamičkih veza direktno iz MATLAB-a. Ove funkcije moraju imati C sučelje.

Pored toga, MATLAB ima mogućnost da pristupi svojim ugrađenim funkcijama preko C interfejsa, što omogućava da se funkcije paketa koriste u eksternim aplikacijama napisanim u C. Ova tehnologija u MATLAB-u se zove C Motor.

Alternativni paketi. Postoji veliki broj softverski paketi za rješavanje problema numeričke analize. Mnogi od ovih paketa su besplatni softver.

Kompatibilan sa MATLAB-om na nivou programskog jezika:

Sličan po funkcionalnosti:

APL i njegovi potomci: npr. J

Python, kada se koristi sa softverskim paketom Python (x, y), kao i sa bibliotekama kao što su NumPy, SciPy i matplotlib, implementira slične mogućnosti.

IDL (eng. Interactive Podaci Jezik, interaktivni jezik data descriptions), nekada komercijalni konkurent MATLAB-u, sada ostaje ozbiljan konkurent u mnogim oblastima primjene, iako je njegov udio na tržištu softverskih proizvoda za numeričku analizu naglo opao.

Fortress, programski jezik koji je kreirao Sun Microsystems, nasljeđuje Fortran, ali nije kompatibilan sa njim.

Po potrebi razvoj velikih projekata za numeričku analizu moguće je koristiti programske jezike opće namjene koji podržavaju statičko kucanje i modularnu strukturu. Primjeri uključuju Modula-3, Haskell, Ada, Java. Istovremeno se preporučuje korišćenje specijalizovanih biblioteka poznatih u naučnom i inženjerskom okruženju.

2. Matlab kutije sa alatima

U Matlabu važnu ulogu igraju specijalizovane grupe programa tzv kutije za alate... Alati su sveobuhvatna kolekcija funkcija (m-fajlova) napisanih u MATLAB-u za rješavanje specifične klase problema. Mathworks isporučuje setove alata koji se koriste u mnogim područjima, uključujući sljedeće:

Digitalna obrada signala, slika i podataka: DSP Toolbox, Kutija alata za obradu slike, Wavelet Toolbox, Communication Toolbox, Filter Design Toolbox- skupovi funkcija koji vam omogućuju rješavanje širokog spektra zadataka obrada signala, slike, dizajn digitalnih filtera i komunikacionih sistema.

Kontrolni sistemi: Control Systems Toolbox, µ-Analysis and Synthesis Toolbox, Robusna kutija sa alatima za kontrolu, Kutija alata za identifikaciju sistema, LMI Control Toolbox, Alati za prediktivnu kontrolu modela, Alat za kalibraciju zasnovan na modelu- skupove funkcija koje olakšavaju analizu i sintezu dinamičkih sistema, projektovanje, modeliranje i identifikaciju upravljačkih sistema, uključujući savremene algoritme upravljanja kao što su robustno upravljanje, H∞-kontrola, LMN-sinteza, µ-sinteza, drugi.

Finansijska analiza: GARCH Toolbox, Alati sa fiksnim prihodima, Alati za finansijske vremenske serije, Alati za finansijske derivate, Financial Toolbox, Datafeed Toolbox- skupovi funkcija koje vam omogućavaju da brzo i efikasno prikupljate, obrađujete i prenosite različite finansijske informacije.

Analiza i sinteza geografskih karata, uključujući trodimenzionalne: Mapping Toolbox.

Prikupljanje i analiza eksperimentalnih podataka: Data Acquisition Toolbox, Image Acquisition Toolbox, Instrument Control Toolbox, Link za Code Composer Studio- skupovi funkcija koji vam omogućuju spremanje i obradu podataka dobivenih tijekom eksperimenata, uključujući u stvarnom vremenu. Podržan je širok spektar naučne i inženjerske mjerne opreme.

Vizualizacija i prezentacija podataka: Virtual Reality Toolbox- omogućava vam da kreirate interaktivne svjetove i vizualizirate naučne informacije koristeći tehnologije virtuelne stvarnosti i VRML.

Razvojni alati: MATLAB Builder za COM, MATLAB Builder za Excel, MATLAB Builder za NET, MATLAB Compiler, Dizajn filtera HDL Coder- skupovi funkcija koji vam omogućavaju da kreirate nezavisne aplikacije iz MATLAB okruženja.

Interakcija sa eksternim softverskim proizvodima: MATLAB Report Generator, Excel Link, Alati baze podataka, MATLAB web server, Link za ModelSim- skupovi funkcija koji vam omogućavaju spremanje podataka na način da drugi programi mogu raditi s njima.

Baza podataka: Alati baze podataka- alati za rad sa bazama podataka.

Paketi nauke i matematike: Bioinformatika Toolbox, Curve Fitting Toolbox, Kutija sa alatima fiksne tačke, Fuzzy Logic Toolbox, Genetski algoritam i alati za direktno pretraživanje, OPC Toolbox, Optimizacija Toolbox, Alat za parcijalne diferencijalne jednačine, Spline Toolbox, Statistic Toolbox, RF Toolbox- skupovi specijalizovanih matematičkih funkcija koji omogućavaju rešavanje širokog spektra naučnih i inženjerskih problema, uključujući razvoj genetskih algoritama, rešavanje problema u parcijalnim derivatima, celobrojne probleme, optimizaciju sistema i dr.

Neuralne mreže: Neural Network Toolbox- alati za sintezu i analizu neuronskih mreža.

Fuzzy logika: Fuzzy Logic Toolbox- alati za konstruisanje i analizu rasplinutih skupova.

Simboličko računanje: Symbolic Math Toolbox- alati za simbolička izračunavanja sa mogućnošću interakcije sa simboličkim procesorom programa Maple.

Osim gore navedenog, postoje hiljade drugih MATLAB alata koje su napisale druge kompanije i entuzijasti.

Sada mogućnosti sistema značajno premašuju mogućnosti originalne verzije Matrix Laboratory. Zamisao The MathWorks, Inc., MATLAB je danas visoko efikasan jezik za inženjerstvo i naučno računarstvo. Podržava matematičko računanje, naučnu grafičku vizualizaciju i programiranje koristeći operativno okruženje koje se lako uči. Najpoznatije oblasti primene MATLAB sistema:

Matematika i računarstvo;

Razvoj algoritma;

Računalni eksperiment, simulacija, izrada prototipa;

Analiza podataka, istraživanje i vizualizacija rezultata;

Naučni i inženjerske grafike;

Razvoj aplikacija uključujući grafički korisnički interfejs.

MATLAB je interaktivni sistem čiji je glavni objekt niz, za koji ne morate eksplicitno specificirati dimenziju. Ovo omogućava rješavanje mnogih računskih problema povezanih s formulacijama vektorske matrice.

MATLAB 6.1 je pretposljednje dostignuće programera (najnovije je MATLAB 6.5).

MATLAB je i operativno okruženje i programski jezik. Jedan od mnogih snage Sistem je da se programi za višestruku upotrebu mogu pisati u MATLAB-u. Korisnik može sam pisati specijalizovane funkcije i programe koji su napravljeni u obliku M-fajlova. Zato vam paketi primenjenih programa - MATLAB Application Toolboxes, koji su deo MATLAB porodice proizvoda, omogućavaju da budete na nivou najsavremenijih svetskih dostignuća.

Radno okruženje sistema MATLAB 6.1. Operativno okruženje sistema MATLAB 6.1 je skup interfejsa koji podržavaju komunikaciju ovog sistema sa spoljnim svetom kroz dijalog sa korisnikom kroz komandnu liniju, M-file editor, interakciju sa eksterni sistemi Microsoft Word, Excel itd.

Nakon pokretanja MATLAB programa, na displeju računara se pojavljuje njegov glavni prozor koji sadrži meni, ravnalo alata sa dugmadima i klijentskoj strani prozora sa pozivnicom. Ovaj prozor se obično zove komandni prozor MATLAB sistemi (slika 1).

Meni File(slika 2) kombinuje uobičajene funkcije: Uredi odgovoran za promjenu sadržaja Prozor komande (poništi, ponovi, iseci, kopiraj, nalepi, izaberi sve, izbriši, itd.) i za brisanje nekih MATLAB prozora; meni Pogled- za dizajn radne površine; Web meni - Pokreće web stranice sa Interneta; meni Prozor- radi sa uređivačem / debagerom M-fajlova (zatvara sve M-fajlove, jedan od njih čini aktuelnim); meni Upomoć- radi s pomoćnom dokumentacijom i demo.

Opcija zaslužuje posebnu pažnju Preferences... (izbor karakteristika), koji, kada se izabere, otvara prozor koji sa lijeve strane uključuje stablo objekata (slika 3), a desno njihove moguće karakteristike.

Dashboard komandni prozor MATLAB sistema omogućava vam da omogućite lak pristup operacijama sa M-datotekama: kreiranje novog M-fajla; otvaranje postojećeg M-fajla; brisanje fragmenta; kopiranje fragmenta; umetanje fragmenta; restauracija samo izvršene operacije itd.

V strana klijenta iz komandnog prozora MATLAB-a, nakon oznake prompt-a, možete kucati različiti brojevi, imena varijabli i znakovi operacija, koji zajedno čine neke izraze. Pritiskom na tipku Enter uzrokuje MATLAB da procijeni izraz, ili ako ga ne evaluira, ponovi ga. Iako je ";" na kraju reda potiskuje izlaz rezultata (eho izlaz).

Dakle, na strani klijenta komandnog prozora MATLAB-a, korisnik može odmah napisati komande koje formiraju odvojene proračune ili cijeli program.

Dakle, analizirani su strukturni dijelovi MATLAB komandnog prozora. Ali osim njih, postoji još nekoliko MATLAB elemenata koji pomažu pri radu:

Komande- prozor koji sadrži, po redu, prethodno unete komande u komandnom prozoru ("istorija komandi").

Radni prostor Je li MATLAB memorijska oblast u kojoj je sistemske varijable... Sadržaj ove oblasti može se pregledati iz komandne linije koristeći komande SZO(iznosi samo imena varijabli) i whos(prikazuje informacije o veličinama nizova i tipu varijable) ili u zasebnom prozoru pod istim imenom. U njemu možete izvršiti sljedeće operacije: učitati datoteku sa podacima, spremiti radni prostor kao (naredbe vam omogućavaju da otvorite i sačuvate sadržaj radnog prostora u binarnoj MAT-datoteci), obrišite odabrane varijable; otvorite odabrane varijable (gdje možete promijeniti njihovu vrijednost). Osim toga, u meniju Uredi, možete obrisati i komandni prozor i istoriju komandi, i radni prostor (ili izvršiti naredbu u komandnom prozoru: jasno).

Naredbe za učitavanje i spremanje mogu se koristiti za spremanje i pokretanje radnog prostora.

Primjer.

Pohranjivanje na: matlab.mat

>> sačuvaj moj.mat

>> load my.mat

>> sačuvaj moj2

>> učitaj my2

Trenutni imenik- prozor koji je svojevrsni "vodič" kroz MATLAB kataloge.

Pokrenite Editor- prozor koji prikazuje stablo MATLAB strukturnih elemenata i drugih softverskih alata instaliranih sa njim, koji se može pokrenuti dvostrukim levim klikom. Na primjer, ovaj prozor može izgledati kao na slici 9.

M-file editor / debugger- jedan od najvažnijih strukturnih dijelova MATLAB-a, koji se može otvoriti odabirom odgovarajuće opcije u glavnom meniju, na alatnoj traci ili pozvati iz komandne linije komandom edit ili edit<имя М-файла>i omogućava vam kreiranje i uređivanje M-fajlova.

Editor/debugger podržava sljedeće operacije: kreiranje novog M-fajla; otvaranje postojećeg M-fajla; pohranjivanje M-fajla na disk; brisanje fragmenta; kopiranje fragmenta; umetanje fragmenta; pomoć; instalirati / deinstalirati kontrolna tačka; nastaviti izvršenje itd.

GUIDE je grafičko korisničko sučelje gdje se kreiraju kompletne aplikacije.

Interaktivna sesija. M-fajlovi... Interaktivni režim je korisnički režim za unos komandi i izraza sa tastature, čijim se izvršavanjem dobijaju potrebni numerički rezultati, koji se lako i brzo mogu vizualizovati uz pomoć ugrađenih grafičkih alata MATLAB paketa. Ali korištenje ovog načina za kreiranje i spremanje određenog programa nije moguće. Stoga su kreatori MATLAB-a, pored komandnog prozora, u kojem je interaktivni način rada, izdvojio specijalni fajlovi koji sadrže MATLAB jezičke kodove i imenovane M-fajlove (* .m). Za kreiranje M-fajla koristi se uređivač teksta (editor/debugger za M-fajlove).

Rad u uredniku M-fajlova. Rad iz MatLab komandne linije je težak ako trebate unijeti mnogo naredbi i često ih mijenjati. Najprikladniji način za izvršavanje naredbi je korištenje M-datoteke u koje možete upisivati ​​komande, izvršavati ih sve odjednom ili u dijelovima, snimiti u datoteku i koristiti u budućnosti. Za rad sa M-datoteke namijenjene uređivaču M-fajlovi. Koristeći uređivač, možete kreirati vlastite funkcije i pozvati ih, uključujući i iz komandne linije.

Otvorite meni Datoteka glavnog MatLab prozora i u Novoj stavci izaberite podstavku M-datoteka. Nova datoteka se otvara u prozoru uređivača M-fajlovi (sl. 10). Napišimo u datoteku program za izračunavanje aritmetičke sredine

varijable a i b, a zatim ih sačuvajte pod imenom fun1.m. Uporedite načine rješavanja problema prikazane u tabeli.

1. Lekcija 23. Uvođenje MATLAB paketa proširenja

Lekcija broj 23.

Upoznavanje sa MATLAV paketima proširenja

Lista paketa proširenja

Simulinc za Windows

Paket simboličke matematike

Paketi matematičkih proračuna

Paketi za analizu i sintezu upravljačkih sistema

Paketi za identifikaciju sistema

Dodatni Simulinc alati

Paketi za obradu signala i slike

Ostali paketi aplikacija

U ovoj lekciji ukratko ćemo se upoznati sa osnovnim sredstvima stručnog proširenja sistema i njegovom prilagođavanjem za rešavanje određenih klasa matematičkih i naučno-tehničkih problema - sa paketima proširenja za MATLAB sistem. Nema sumnje da bi barem dio ovih paketa trebao biti posvećen posebnom kursu obuke ili priručniku, možda više od jednog. Za većinu ovih ekstenzija objavljene su zasebne knjige u inostranstvu, a obim dokumentacije za njih iznosi stotine megabajta. Nažalost, dužina ove knjige vam omogućava da samo malo prođete kroz pakete proširenja kako biste čitatelju dali predstavu o tome kuda ide sistem.

2. Popis paketa proširenja

Lista paketa proširenja

Kompletan MATLAB 6.0 sistem sadrži niz komponenti, čiji se naziv, broj verzije i datum kreiranja mogu prikazati naredbom ver:

MATLAB verzija 6.0.0.88 (R12) na PCWIN Broj licence MATLAB-a: 0

	MATLAB Toolbox	Verzija 6.0		06-0ct-2000
		Verzija 4.0
		Verzija 4.0		04-0ct-2000
	Stateflow koder	Verzija 4.0		04-0ct-2000
	Radionica u realnom vremenu	Verzija 4.0
	COMA referentni blok	Verzija 1.0.2
	Communications blockset	Verzija 2.0
	Communications Toolbox	Verzija 2.0
	Kontrolni sistem Toolbox	Verzija 5.0
	DSP Blockset	Verzija 4.0
	Data Acquisition Toolbox	Verzija 2.0		05-0ct-2000
	Alati baze podataka	Verzija 2.1
	Datafeed Toolbox	Verzija 1.2
	Blokset brojčanika i mjerača	Verzija 1.1
	Filter Design Toolbox	Verzija 2.0
	Alati za finansijske derivate	Verzija 1.0
	Alati za finansijske vremenske serije	Verzija 1.0
	Financial Toolbox	Verzija 2.1.2
	Blockset fiksne tačke	Verzija 3.0
	Fuzzy Logic Toolbox	Verzija 2.1
	GARCH Toolbox	Verzija 1.0
	Kutija alata za obradu slike	Verzija 2.2.2

	Instrument Control Toolbox	Verzija 1.0
	LMI Control Toolbox	Verzija 1.0.6
	MATLAB Compiler	Verzija 2.1
	MATLAB Report Generator	Verzija 1.1
	Mapping Toolbox	Verzija 1.2
		Verzija 1.0.5
	Motorola DSP Developer "s Kit	Verzija 1.1		Ol-Sep-2000
	Mi-Analysis and Synthesis Toolbox	Verzija 3.0.5
	Neural Network Toolbox	Verzija 4.0
	Blockset nelinearnog upravljanja	Verzija 1.1.4
	Optimizacija Toolbox	Verzija 2.1
	Alat za parcijalne diferencijalne jednačine	Verzija 1.0.3
	Blokovi elektroenergetskog sistema	Verzija 2.1
	Radionica u realnom vremenu Ada Coder	Verzija 4.0
	Radionica u realnom vremenu Embedded Coder	Verzija 1.0
	Interfejs za upravljanje zahtjevima	Verzija 1.0.1
	Robusna kutija sa alatima za kontrolu	Verzija 2.0.7
	SB2SL (konvertuje SystemBuild u Simu	Verzija 2.1
	Alat za obradu signala	Verzija 5.0
	Simulink Accelerator	Verzija 1.0
	Razlika modela za Simulink i ...	Verzija 1.0
	Alat za pokrivanje Simulink modela	Verzija 1.0
	Simulink Report Generator	Verzija 1.1
	Spline Toolbox	Verzija 3.0
	Statistics Toolbox	Verzija 3.0
	Symbolic Math Toolbox	Verzija 2.1.2
		Verzija 5.0
	Wavelet Toolbox	Verzija 2.0
		Verzija 1.1
	xPC Target Embedded Opcija	Verzija 1.1

Imajte na umu da su skoro svi paketi proširenja u MATLAB-u 6.0 ažurirani i datiraju iz 2000. godine. Njihov opis je značajno proširen, koji u PDF formatu već zauzima više od deset hiljada stranica. Ispod je kratak opis glavnih paketa proširenja

3. Simulink za Windows

Simulink za Windows

Simulink paket proširenja se koristi za simulaciju modela koji se sastoje od grafičkih blokova sa specificiranim svojstvima (parametrima). Komponente modela, zauzvrat, su grafički blokovi i modeli koji se nalaze u brojnim bibliotekama i mogu se povući u glavni prozor pomoću miša i međusobno povezati potrebnim vezama. Modeli mogu uključivati ​​različite vrste izvora signala, virtuelne uređaje za snimanje, grafički alati animacija. Dvostruki klik mišem na bloku modela prikazuje se prozor sa listom njegovih parametara koje korisnik može promijeniti. Pokretanje simulacije omogućava matematičko modeliranje konstruisanog modela sa vizuelnim vizuelna prezentacija rezultate. Paket se zasniva na konstrukciji blok dijagrama prenosom blokova iz biblioteke komponenti u prozor za uređivanje kreiran od strane korisnika modeli. Zatim se model pokreće. Na sl. 23.1 prikazuje proces modeliranja jednostavnog sistema - hidrauličnog cilindra. Kontrola se vrši pomoću virtuelnih osciloskopa - na sl. Slika 23.1 prikazuje ekrane dva takva osciloskopa i prozor jednostavnog podsistema modela. Moguće je simulirati složene sisteme koji se sastoje od mnogih podsistema.

Simulink kreira i rješava jednadžbe stanja modela i omogućava vam povezivanje raznih virtuelnih mjernih instrumenata na željene tačke. Jasnoća prezentacije rezultata simulacije je zapanjujuća. Brojni primjeri korištenja Simulink paketa već su dati u lekciji 4. Prethodna verzija paketa je dovoljno detaljno opisana u knjigama. Glavna inovacija je matrična obrada signala. Dodato pojedinačni paketi Poboljšanja performansi Simulinka kao što je Simulink Accelerator za kompajliranje koda modela, Simulink profiler za analizu koda, itd.

Rice. 23.1. Primjer simulacije sistema hidrauličnog cilindra korištenjem Simulink ekstenzije

1.gif

slika:

1b.gif

slika:

4. Windows Target i Workshop u realnom vremenu

Windows Target i radionica u realnom vremenu

Snažan podsistem simulacije u realnom vremenu koji se povezuje na Simulink (sa dodatnim hardverom u obliku kompjuterskih kartica za proširenje), predstavljen Real Time Windows Target i Workshop paketima proširenja, je moćan alat za upravljanje stvarnim objektima i sistemima. Osim toga, ova proširenja vam omogućavaju da kreirate izvršne kodove modela. Rice. 4.21 u lekciji 4 pokazuje primjer takvog modeliranja za sistem opisan nelinearnim diferencijalnim jednadžbama Van der Pola. Prednost ove simulacije je njena matematička i fizička jasnoća. U komponentama Simulink modela, možete specificirati ne samo fiksne parametre, već i matematičke odnose koji opisuju ponašanje modela.

5. Generator izvještaja za MATLAB i Simulink

Generator izvještaja za MATLAB i Simulink

Generatori izveštaja, alatka uvedena još u MATLAB 5.3.1, pruža informacije o radu MATLAB sistema i Simulink paketa dodataka. Ovaj alat je vrlo koristan kada se otklanjaju greške složenih računskih algoritama ili kada se simuliraju složeni sistemi. Generatori izvještaja se pokreću naredbom Report. Izvještaji se mogu prezentirati u obliku programa i uređivati.

Generatori izvještaja mogu pokrenuti komande i isječke programa uključene u izvještaje i omogućiti vam da nadgledate ponašanje složenih proračuna.

6. Neural Networks Toolbox

Neural Networks Toolbox

Paket primenjenih programa koji sadrži alate za konstruisanje neuronskih mreža na osnovu ponašanja matematičkog analoga neurona. Paket pruža efikasnu podršku za dizajn, obuku i modeliranje mnogih poznatih mrežnih paradigmi, od osnovnih modela perceptrona do najnaprednijih asocijativnih i samoorganizirajućih mreža. Paket se može koristiti za istraživanje i primjenu neuronskih mreža na zadatke kao što su obrada signala, nelinearna kontrola i finansijsko modeliranje. Pruža mogućnost generiranja prijenosnog C-koda koristeći Real Time Workshop.

Paket uključuje više od 15 poznatih tipova mreža i pravila učenja koja omogućavaju korisniku da odabere najprikladniju paradigmu za određenu aplikaciju ili istraživački problem. Za svaki tip arhitekture i pravila obuke postoje funkcije za inicijalizaciju, obuku, prilagođavanje, kreiranje i modeliranje, demonstraciju i primjer mrežne aplikacije.

Za kontrolisane mreže, možete odabrati naprednu ili rekurentnu arhitekturu koristeći različita nastavna pravila i tehnike dizajna kao što su perceptron, backpropagation, Levenberg backpropagation, radijalne mreže i rekurentne mreže. Možete jednostavno promijeniti bilo koju arhitekturu, nastavna pravila ili funkcije tranzicije, dodati nove - i sve to bez pisanja niti jednog reda u C ili Fortranu. Primjer korištenja paketa za prepoznavanje uzorka slova dat je u lekciji 4. Detaljan opis prethodne verzije paketa može se naći u knjizi.

7. Fuzzy Logic Toolbox

Fuzzy Logic Toolbox

Softverski paket Fuzzy Logic pripada teoriji rasplinutih (fazi) skupova. Obezbeđena je podrška za savremene metode rasplinutog grupisanja i adaptivne fuzzy neuronske mreže. Grafički alati paketa vam omogućavaju da interaktivno pratite posebnosti ponašanja sistema.

Ključne karakteristike paketa:

• definicija varijabli, rasplinutih pravila i funkcija pripadnosti;
• interaktivno gledanje nejasnih zaključaka;
• savremene metode: adaptivno neizrazito zaključivanje pomoću neuronskih mreža, rasplinuto klasterisanje;
• interaktivno dinamičko modeliranje u Simulink;

generiranje prijenosnog C koda koristeći Real-Time Workshop.

Ovaj primjer jasno pokazuje razlike u ponašanju modela sa i bez fuzzy logike.

8. Symbolic Math Toolbox

Symbolic Math Toolbox

Paket primenjenih programa koji MATLAB sistemu daju fundamentalno nove mogućnosti - mogućnost rešavanja problema u simboličkom (analitičkom) obliku, uključujući implementaciju tačne aritmetike proizvoljne širine bita. Paket je baziran na korištenju jezgra simboličke matematike, jedne od najvažnijih moćni sistemi kompjuterska algebra - Maple V R4. Pruža simboličku diferencijaciju i integraciju, izračunavanje suma i proizvoda, proširenje u Taylor i Maclaurin redove, operacije sa polinomima (polinomima), izračunavanje korijena polinoma, analitičko rješenje nelinearnih jednačina, sve vrste simboličkih transformacija, supstitucija i još mnogo toga. Ima komande za direktan pristup jezgri Maple V sistema.

Paket vam omogućava da pripremite procedure sa sintaksom programskog jezika Maple V R4 i instalirate ih u MATLAB sistem. Nažalost, u pogledu mogućnosti simboličke matematike, paket je mnogo inferiorniji u odnosu na specijalizovane sisteme kompjuterske algebre, kao što su najnovije verzije Maple i Mathematica.

9. Paketi matematičkih proračuna

Matematički paketi

MATLAB uključuje mnoge pakete dodataka koji poboljšavaju matematičke mogućnosti sistema za povećanje brzine, efikasnosti i tačnosti proračuna.

10. NAG Foundation Toolbox

NAG Foundation Toolbox

Jedna od najmoćnijih biblioteka matematičkih funkcija koju je kreirala The Numerical Algorithms Group, Ltd. Paket sadrži stotine novih funkcija. Nazivi funkcija i sintaksa za njihovo pozivanje posuđeni su iz dobro poznate biblioteke NAG fondacije. Kao rezultat toga, iskusni NAG FORTRAN korisnici mogu lako raditi sa NAG paketom u MATLAB-u. Biblioteka NAG Foundation pruža svoje funkcije u obliku objektnih kodova i odgovarajućih m-fajlova za njihovo pozivanje. Korisnik može lako modificirati ove MEX datoteke na izvornom nivou.

Paket pruža sljedeće karakteristike:

korijeni polinoma i modificirana Laguerreova metoda;

izračunavanje zbira niza: diskretna i Hermitsko-diskretna Fourierova transformacija;

obične diferencijalne jednadžbe: Adamsove i Runge-Kutta metode;

parcijalne diferencijalne jednadžbe;

interpolacija;

izračunavanje svojstvenih vrijednosti i vektora, singularnih brojeva, podrška za kompleksne i realne matrice;

aproksimacija krivulja i površina: polinomi, kubni splajnovi, Čebiševljevi polinomi;

minimizacija i maksimizacija funkcija: linearno i kvadratno programiranje, ekstremi funkcija više varijabli;

dekompozicija matrica;

rješavanje sistema linearnih jednačina;

linearne jednačine (LAPACK);

statistički proračuni, uključujući deskriptivnu statistiku i distribuciju vjerovatnoće;

korelaciona i regresiona analiza: linearni, multivarijantni i generalizovani linearni modeli;

multidimenzionalne metode: glavne komponente, ortogonalna rotacija;

generisanje slučajnih brojeva: normalna distribucija, Poissonova, Weibullova i Koschijeva distribucija;

neparametrijska statistika: Friedman, Kruskal-Wallis, Mann-Whitney; Vremenske serije: jednodimenzionalne i višedimenzionalne;

aproksimacija specijalnih funkcija: integralni eksponent, gama funkcija, Beselove i Hankelove funkcije.

Konačno, ovaj paket omogućava korisniku da kreira FORTRAN programe koji se dinamički povezuju sa MATLAB-om.

11. Spline Toolbox

Paket aplikacija za rad sa splajnovima. Podržava jednodimenzionalnu, dvodimenzionalnu i višedimenzionalnu interpolaciju i aproksimaciju. Pruža prezentaciju i prikaz složenih podataka i grafičku podršku.

Paket vam omogućava da izvršite interpolaciju, aproksimaciju i transformaciju splajnova iz B-oblika u polinom po komadima, interpolaciju sa kubičnim splajnovima i glačanje, izvođenje operacija na splajnovima: izračunavanje derivacije, integrala i prikaz.

Spline je opremljen B-spline programima koji su opisani u Praktičnom vodiču za spline od Carla Deboura, kreatora spline-a i autora Spline-a. Funkcije paketa, u kombinaciji sa MATLAB jezikom i detaljnim korisničkim vodičem, olakšavaju razumijevanje splajnova i efikasnu ih primjenu na rješavanje raznih problema.

Paket uključuje programe za rad sa dva najrasprostranjenija oblika spline reprezentacije: B-formom i djelično-polinomskom formom. B-oblik je koristan u fazi konstruisanja splajn-a, dok je komadno-polinomski oblik efikasniji tokom kontinuiranog rada sa splajn-om. Paket uključuje funkcije za kreiranje, prikaz, interpolaciju, aproksimaciju i obradu splajnova u B-formi iu obliku polinomskih segmenata.

12. Statistics Toolbox

Statistics Toolbox

Paket primenjenih programa za statistiku, koji dramatično proširuje mogućnosti MATLAB sistema u implementaciji statističkih proračuna i statističke obrade podataka. Sadrži veoma reprezentativan skup alata za generisanje slučajnih brojeva, vektora, matrica i nizova sa različitim zakonima distribucije, kao i mnoge statističke funkcije. Treba napomenuti da su najčešće statističke funkcije uključene u jezgro MATLAB sistema (uključujući funkcije za generisanje slučajnih podataka sa uniformnom i normalnom distribucijom). Ključne karakteristike paketa:

deskriptivna statistika;

distribucije vjerovatnoće;

procjena i aproksimacija parametara;

testiranje hipoteza;

višestruka regresija;

interaktivna postupna regresija;

Monte Carlo simulacija;

intervalna aproksimacija;

statistička kontrola procesa;

planiranje eksperimenta;

modeliranje površine odziva;

aproksimacija nelinearnog modela;

analiza glavnih komponenti;

statistički grafikoni;

grafičko korisničko sučelje.

Paket uključuje 20 različitih distribucija vjerovatnoće, uključujući t (Student), F i Hi-kvadrat. Za sve vrste distribucija obezbeđen je izbor parametara, grafički prikaz distribucija i metoda za izračunavanje najboljih aproksimacija. Postoji mnogo interaktivnih alata za dinamičku vizualizaciju i analizu podataka. Postoje specijalizovani interfejsi za modeliranje površina odgovora, vizualizaciju distribucija, generisanje slučajnih brojeva i linija nivoa.

13. Optimizacija Toolbox

Optimizacija Toolbox

Paket aplikacija - za rješavanje problema optimizacije i sistema nelinearnih jednačina. Podržava osnovne metode optimizacije za funkcije brojnih varijabli:

bezuvjetna optimizacija nelinearnih funkcija;

najmanji kvadrati i nelinearna interpolacija;

rješavanje nelinearnih jednadžbi;

linearno programiranje;

kvadratno programiranje;

uslovno minimiziranje nelinearnih funkcija;

minimax metoda;

višeobjektivna optimizacija.

Različiti primjeri pokazuju efikasnu upotrebu funkcija paketa. Mogu se koristiti i za upoređivanje načina na koji se isti problem rješava različitim metodama.

14. Alat za parcijalne diferencijalne jednačine

Alat za parcijalne diferencijalne jednadžbe

Vrlo važan paket aplikacija koji sadrži mnoge funkcije za rješavanje sistema parcijalnih diferencijalnih jednačina. Daje efektivna sredstva za rješavanje takvih sistema jednačina, uključujući i one krute. Paket koristi metodu konačnih elemenata. Komande i grafički interfejs paketa mogu se koristiti za matematičko modeliranje parcijalnih diferencijalnih jednačina koje se primenjuju na široku klasu inženjerskih i naučnih aplikacija, uključujući probleme otpornosti materijala, proračune elektromagnetnih uređaja, probleme prenosa toplote i mase i difuzija. Ključne karakteristike paketa:

punopravni grafički interfejs za obradu parcijalnih diferencijalnih jednačina drugog reda;

automatski i prilagodljivi odabir mreže;

postavljanje graničnih uslova: Dirichlet, Neumann i mixed;

fleksibilno postavljanje problema upotrebom MATLAB sintakse;

potpuno automatsko pregrađivanje mreže i odabir veličine konačnih elemenata;

nelinearne i adaptivne šeme dizajna;

mogućnost vizualizacije polja različitih parametara i funkcija rješenja, demonstracija usvojenih efekata particioniranja i animacije.

Paket intuitivno prati šest koraka rješavanja PDE pomoću metode konačnih elemenata. Ovi koraci i odgovarajući režimi paketa su sledeći: definisanje geometrije (režim crtanja), postavljanje graničnih uslova (režim graničnih uslova), izbor koeficijenata koji definišu problem (PDE režim), diskretizacija konačnih elemenata (režim mreže) , postavljanje početnih uslova i rješavanje jednadžbi (mod rješenja), naknadna obrada rješenja (grafski mod).

15. Paketi analize i sinteze sistema upravljanja

Paketi za analizu i sintezu upravljačkih sistema

Kontrolni sistem Toolbox

Paket Control System je namenjen modeliranju, analizi i projektovanju sistema automatskog upravljanja – kako kontinuiranog tako i diskretnog. Funkcije paketa implementiraju tradicionalne metode prijenosnih funkcija i moderne metode prostora stanja. Frekvencijski i vremenski odgovori, dijagrami lokacija nula i polova mogu se brzo izračunati i prikazati na ekranu. Paket sadrži:

kompletan set alata za analizu MIMO sistema (mnogo ulaza - mnogo izlaza) sistema;

vremenske karakteristike: prenosne i prelazne funkcije, odgovor na proizvoljan uticaj;

frekvencijske karakteristike: Bode, Nichols, Nyquist dijagrami, itd.;

razvoj povratnih informacija;

dizajn LQR/LQE-regulatora;

karakteristike modela: upravljivost, uočljivost, snižavanje reda modela;

podrška za zaostale sisteme.

Dodatne funkcije izgradnje modela omogućavaju vam da konstruišete složenije modele. Vremenski odziv se može izračunati za impulsni ulaz, jedan skok ili proizvoljan ulaz. Postoje i funkcije za analizu singularnih brojeva.

Interaktivno okruženje za poređenje vremenskih i frekventnih odziva sistema pruža korisniku grafičke kontrole za istovremeno prikazivanje i prebacivanje između odgovora. Mogu se izračunati različite karakteristike odziva kao što su ubrzanje i vrijeme upravljanja.

Paket Control System sadrži alate za odabir parametara povratne sprege. Tradicionalne metode uključuju analizu karakteristika, određivanje pojačanja i slabljenja. Od savremenih metoda: linearno-kvadratna regulacija itd. Paket Control System uključuje veliki broj algoritama za projektovanje i analizu sistema upravljanja. Pored toga, ima prilagodljivo okruženje i omogućava vam da kreirate sopstvene m-fajlove.

16. Nelinear Control Design Toolbox

Alat za dizajn nelinearnih kontrola

Nelinearni dizajn upravljanja (NCD) Blockset implementira metodu dinamičke optimizacije za dizajn upravljačkih sistema. Dizajniran za upotrebu sa Simulinkom, ovaj alat automatski prilagođava sistemske parametre na osnovu korisnički definisanih vremenskih ograničenja.

Paket koristi pokretne objekte pomoću miša za promjenu vremenskih ograničenja direktno na grafovima, što vam omogućava da lako konfigurirate varijable i specificirate nedefinirane parametre, pruža interaktivnu optimizaciju, implementira Monte Carlo simulacije, podržava dizajn SISO (jedan ulaz - jedan izlaz) i MIMO kontrolni sistemi, omogućava vam da simulirate poništavanje smetnji, praćenje i druge vrste odgovora, podržava ponavljanje problema sa parametrima i kontrolne zadatke za sisteme sa kašnjenjem, omogućava vam da birate između zadovoljenih i nedostižnih ograničenja.

17. Robustan Control Toolbox

Robusna kutija sa alatima za kontrolu

Paket Robust Control uključuje alate za projektovanje i analizu višeparametarskih robusnih upravljačkih sistema. Radi se o sistemima sa greškama simulacije čija dinamika nije u potpunosti poznata ili čiji se parametri mogu promijeniti tokom simulacije. Snažni algoritmi paketa omogućavaju vam izvođenje složenih proračuna uzimajući u obzir promjene mnogih parametara. Karakteristike paketa:

sinteza LQG-kontrolera na bazi minimizacije uniformnih i integralnih normi;

višeparametarski frekvencijski odziv;

izgradnja modela prostora stanja;

transformacija modela zasnovanih na singularnim brojevima;

smanjenje poretka modela;

spektralna faktorizacija.

Paket Robust Control se nadovezuje na funkcije paketa Control System, istovremeno pružajući napredni skup algoritama za projektovanje upravljačkih sistema. Paket omogućava prijelaz između moderne teorije upravljanja i praktičnih primjena. Ima mnogo funkcija koje implementiraju moderne metode dizajna i analize za višeparametarske robusne kontrolere.

Manifestacije nesigurnosti koje narušavaju stabilnost sistema su različite - šum i poremećaji u signalima, nepreciznost modela prijenosne funkcije, nesimulirana nelinearna dinamika. Paket Robust Control vam omogućava da procijenite granicu stabilnosti s više parametara pod različitim nesigurnostima. Među korištenim metodama: Perronov algoritam, analiza karakteristika prijenosnih funkcija itd.

Paket Robust Control pruža različite metode za projektovanje povratnih informacija, uključujući: LQR, LQG, LQG / LTR, itd. Potreba za smanjenjem redosleda modela javlja se u nekoliko slučajeva: snižavanje redosleda objekta, snižavanje redosleda kontrolera , modeliranje veliki sistemi... Kvalitativna procedura za snižavanje reda modela mora biti numerički stabilna. Procedure uključene u paket Robust Control uspješno se nose s ovim zadatkom.

18. Alati za prediktivnu kontrolu modela

Alati za prediktivnu kontrolu modela

Model prediktivne kontrole paket sadrži kompletan skup alata za implementaciju prediktivnih (proaktivnih) strategija kontrole. Ova strategija je razvijena za rješavanje praktičnih problema upravljanja složenim višekanalnim procesima s ograničenjima na varijable stanja i kontrolu. Metode prediktivnog upravljanja koriste se u hemijskoj industriji i za kontrolu drugih kontinuiranih procesa. Paket pruža:

modeliranje, identifikacija i dijagnostika sistema;

podrška za MISO (mnogo ulaza - jedan izlaz), MIMO, tranzijentni odziv, modele prostora stanja;

analiza sistema;

pretvaranje modela u različite oblike reprezentacije (prostor stanja, funkcije prijenosa);

pružanje tutorijala i demonstracija.

Prediktivni pristup problemima upravljanja koristi eksplicitni linearni dinamički model objekta za predviđanje uticaja budućih promjena kontrolnih varijabli na ponašanje objekta. Optimizacijski problem je formuliran u obliku ograničenog kvadratnog programskog problema, koji se iznova rješava u svakom ciklusu simulacije. Paket vam omogućava da kreirate i testirate regulatore za jednostavne i složene objekte.

Paket sadrži više od pedeset specijalizovanih funkcija za projektovanje, analizu i modeliranje dinamičkih sistema korišćenjem prediktivnog upravljanja. Podržava sljedeće tipove sistema: impulsni, kontinuirani i diskretni u vremenu, prostor stanja. Obrađuju se razne vrste smetnji. Osim toga, ograničenja na ulazne i izlazne varijable mogu biti eksplicitno uključena u model.

Alati za simulaciju omogućavaju praćenje i stabilizaciju. Alati za analizu uključuju proračun polova zatvorene petlje, frekvencijski odziv i druge karakteristike kontrolnog sistema. Za identifikaciju modela u paketu postoje funkcije za interakciju s paketom za identifikaciju sistema. Paket također uključuje dvije Simulink funkcije koje vam omogućavaju testiranje nelinearnih modela.

19.mu - Analiza i sinteza

(Mu) -Analiza i sinteza

Paket p-Analysis and Synthesis sadrži funkcije za dizajniranje robusnih upravljačkih sistema. Paket koristi optimizaciju ujednačene brzine i singularni parametar i. Ovaj paket uključuje grafičko sučelje za pojednostavljivanje blok operacija prilikom dizajniranja optimalnih kontrolera. Svojstva paketa:

• projektovanje regulatora koji su optimalni u uniformnim i integralnim normama;
• procjena realnog i kompleksnog singularnog parametra mu;

D-K iteracije za približno mu-sinteza;

grafički interfejs za analizu odgovora zatvorene petlje;

sredstva za snižavanje reda modela;

direktno povezivanje pojedinačnih blokova velikih sistema.

Model prostora stanja može se kreirati i analizirati na osnovu sistemskih matrica. Paket podržava kontinuirane i diskretne modele. Paket ima potpuno grafičko sučelje, uključujući: mogućnost postavljanja raspona ulaznih podataka, poseban prozor za uređivanje nekretnine D-K iteracije i grafički prikaz frekvencijske karakteristike... Ima funkcije za sabiranje matrica, množenje, razne transformacije i druge operacije na matricama. Pruža mogućnost snižavanja reda modela.

20. Stateflow

Stateflow je paket za modeliranje sistema vođen događajima zasnovan na teoriji konačnih mašina. Ovaj paket je namijenjen da se koristi zajedno sa Simulink paketom za simulaciju dinamičkih sistema. U bilo koji Simulink model, možete umetnuti Stateflow dijagram (ili SF dijagram) koji će odražavati ponašanje komponenti simulacionog objekta (ili sistema). SF dijagram je animiran. Njegovim istaknutim blokovima i vezama možete pratiti sve faze modeliranog sistema ili uređaja i učiniti njegov rad zavisnim od određenih događaja. Rice. 23.6 ilustruje simulaciju ponašanja automobila u slučaju opasnosti na putu. Ispod modela automobila vidljiv je SF dijagram (tačnije, jedan okvir njegovog rada).

Za kreiranje SF dijagrama, paket ima zgodan i jednostavan editor, kao i alate korisničkog interfejsa.

21. Alat za kvantitativne povratne informacije

Alat za kvantitativne povratne informacije

Paket sadrži funkcije za kreiranje robusnih (stabilnih) povratnih sistema. QFT (Quantitative Feedback Theory) je inženjerska tehnika koja koristi frekvencijsko predstavljanje modela kako bi zadovoljila različite zahtjeve kvaliteta u prisustvu nesigurnih karakteristika objekta. Metoda se zasniva na zapažanju da je povratna informacija neophodna u slučajevima kada su neke karakteristike objekta nesigurne i/ili se na njegov ulaz primjenjuju nepoznate smetnje. Karakteristike paketa:

procjena frekvencijskih granica nesigurnosti svojstvene povratnoj informaciji;

grafički korisnički interfejs koji vam omogućava da optimizujete proces pronalaženja potrebnih parametara povratne sprege;

funkcije za određivanje uticaja različitih blokova uvedenih u model (multiplekseri, sabirnici, povratne petlje) u prisustvu nesigurnosti;

podrška za simulaciju analognih i digitalnih povratnih petlji, kaskada i kola sa više petlji;

rješavanje nesigurnosti u parametrima objekta korištenjem parametarskih i neparametarskih modela ili kombinacijom ovih tipova modela.

Teorija povratnih informacija je prirodno proširenje klasičnog pristupa dizajna zasnovanog na frekvenciji. Njegov glavni cilj je dizajnirati jednostavne kontrolere nižeg reda sa minimalnim propusnim opsegom koji zadovoljavaju karakteristike kvaliteta u prisustvu neizvesnosti.

Paket omogućava izračunavanje različitih parametara povratnih informacija, filtera, testiranja kontrolera kako u kontinuiranom tako iu diskretnom prostoru. Ima grafičko sučelje prilagođeno korisniku koje vam omogućava da kreirate jednostavne kontrole koje zadovoljavaju zahtjeve korisnika.

QFT omogućava da se kontroleri dizajniraju tako da zadovolje različite zahtjeve uprkos promjenama u parametrima modela. Izmjereni podaci se mogu direktno koristiti za dizajn regulatora, bez potrebe da se identifikuju složeni odgovori sistema.

22. LMI Control Toolbox

LMI Control Toolbox

LMI (Linear Matrix Inequality) kontrola pruža integrirano okruženje za postavljanje i rješavanje problema linearno programiranje... Prvobitno namijenjen dizajnu upravljačkih sistema, paket vam omogućava da riješite bilo koji problem linearnog programiranja u gotovo svim oblastima aktivnosti gdje se takvi problemi pojavljuju. Ključne karakteristike paketa:

rješavanje problema linearnog programiranja: problemi kompatibilnosti ograničenja, minimizacija linearnih ciljeva u prisustvu linearnih ograničenja, minimizacija svojstvenih vrijednosti;

istraživanje problema linearnog programiranja;

grafički uređivač za zadatke linearnog programiranja;

postavljanje ograničenja u simboličkom obliku;

višekriterijski dizajn regulatora;

ispitivanje stabilnosti: kvadratna stabilnost linearnih sistema, stabilnost po Ljapunovu, verifikacija Popovovog kriterijuma za nelinearne sisteme.

LMI Control paket sadrži moderne simpleks algoritme za rješavanje problema linearnog programiranja. Koristi strukturni prikaz linearnih ograničenja, što poboljšava efikasnost i minimizira zahtjeve za memorijom. Paket sadrži specijalizovane alate za analizu i projektovanje upravljačkih sistema zasnovanih na linearnom programiranju.

Sa rješavačima problema linearnog programiranja, lako možete izvršiti provjere stabilnosti na dinamičkim sistemima i sistemima sa nelinearnim komponentama. Ranije se ova vrsta analize smatrala previše složenom za implementaciju. Paket čak dozvoljava i takvu kombinaciju kriterija, koja se ranije smatrala previše složenom i rješivom samo uz pomoć heurističkih pristupa.

Paket je moćan alat za rješavanje konveksne probleme optimizacije koje se javljaju u oblastima kao što su kontrola, identifikacija, filtriranje, "strukturalni dizajn, teorija grafova, interpolacija i linearna algebra. LMI Control uključuje dvije vrste grafičkog korisničkog sučelja: uređivač problema linearnog programiranja (LMI Editor) i Magshape sučelje. LMI Editor omogućava postavljanje ograničenja karaktera, a Magshape pruža jednostavan način rada sa paketom.

23. Paketi za identifikaciju sistema

Paketi za identifikaciju sistema

Kutija alata za identifikaciju sistema

Paket System Identification sadrži alate za kreiranje matematičkih modela dinamičkih sistema na osnovu posmatranih ulaznih i izlaznih podataka. Ima fleksibilno grafičko sučelje koje pomaže u organizaciji podataka i kreiranju modela. Metode identifikacije uključene u paket su primenljive na rešavanje široke klase problema, od projektovanja upravljačkih sistema i obrade signala do analize vremenskih serija i vibracija. Glavna svojstva paketa:

jednostavno i fleksibilno sučelje;

prethodna obrada podataka, uključujući prethodno filtriranje, uklanjanje trendova i pomaka; O odabir niza podataka za analizu;

analiza odziva u vremenskom i frekvencijskom domenu;

prikaz nula i polova prenosne funkcije sistema;

analiza rezidua prilikom testiranja modela;

konstrukcija složenih dijagrama, kao što je Nyquist dijagram, itd.

Grafički interfejs pojednostavljuje prethodnu obradu podataka, kao i interaktivni proces identifikacije modela. Takođe je moguć rad sa paketom u komandnom režimu i korišćenjem Simulink ekstenzije. Učitavanje i pohranjivanje podataka, odabir raspona i brisanje pomaka i trendova se vrši pomoću minimalan napor i nalaze se u glavnom meniju.

Prezentacija podataka i identifikovanih modela organizovana je grafički na način da se korisnik u procesu interaktivne identifikacije lako može vratiti na prethodni korak rada. Za početnike je moguće vidjeti sljedeće moguće korake. Grafički alati omogućavaju stručnjaku da pronađe bilo koji od prethodno dobijenih modela i ocijeni njegovu kvalitetu u usporedbi s drugim modelima.

Počevši od mjerenja izlaza i ulaza, možete kreirati parametarski model sistema koji opisuje njegovo dinamičko ponašanje. Paket podržava sve tradicionalne strukture modela, uključujući autoregresivnu, Box-Jenkins strukturu i dr. Podržava linearne modele u prostoru stanja koji se mogu definirati iu diskretnom iu kontinuiranom prostoru. Ovi modeli mogu uključivati proizvoljan broj ulazi i izlazi. Paket uključuje funkcije koje se mogu koristiti kao testni podaci za identificirane modele. Identifikacija linearnog modela se široko koristi u dizajnu upravljačkih sistema kada je potrebno kreirati model objekta. U zadacima obrade signala, modeli se mogu koristiti za adaptivnu obradu signala. Metode identifikacije se uspješno primjenjuju i na finansijske aplikacije.

24. Kutija alata za identifikaciju sistema u frekvencijskom domenu

Alat za identifikaciju sistema frekvencijske domene

Paket za identifikaciju sistema u frekvencijskom domenu pruža specijalizovane alate za identifikaciju linearnih dinamičkih sistema prema njihovom vremenu ili frekvencijskom odzivu. Metode u frekvencijskom domenu imaju za cilj identifikaciju kontinuiranih sistema, što je moćan dodatak tradicionalnijoj diskretnoj metodi. Metode paketa mogu se primijeniti na probleme kao što su modeliranje električnih, mehaničkih i akustičkih sistema. Svojstva paketa:

periodične smetnje, vršni faktor, optimalni spektar, pseudoslučajne i diskretne binarne sekvence;

plaćanje intervali povjerenja amplitude i faze, nule i polovi;

identifikacija kontinuiranih i diskretni sistemi sa nepoznatim zakašnjenjem;

dijagnostika modela, uključujući modeliranje i proračun rezidua;

pretvaranje modela u format System Identification Toolbox i obrnuto.

Koristeći pristup u frekvencijskom domenu, može se postići najbolji mogući model u frekvencijskom domenu; izbjegavajte greške uzorkovanja; lako odvojiti konstantnu komponentu signala; značajno poboljšati omjer signal-šum. Za dobijanje uznemirujućih signala, paket obezbeđuje funkcije za generisanje binarnih sekvenci, minimiziranje veličine vrha i poboljšanje spektralnih karakteristika. Paket omogućava identifikaciju kontinuiranih i diskretnih linearnih statičkih sistema, automatsko generisanje ulaznih signala, kao i grafički prikaz nula i polova prenosne funkcije rezultirajućeg sistema. Funkcije za testiranje modela uključuju izračunavanje reziduala, prijenosnih funkcija, nula i polova i pokretanje modela korištenjem testnih podataka.

25. Dodatni paketi MATLAB ekstenzije

Dodatni MATLAB paketi proširenja

Communications Toolbox

Paket primenjenih programa za konstrukciju i simulaciju različitih telekomunikacionih uređaja: digitalnih komunikacionih linija, modema, pretvarača signala itd. Poseduje najbogatiji set modela od naj razni uređaji komunikacije i telekomunikacije. Sadrži neke zanimljive primjere alata za modeliranje komunikacije, kao što su v34 modem, modulator za SSB, i još mnogo toga.

26. Digitalna obrada signala (DSP) Blockset

Digitalna obrada signala (DSP) Blockset

Aplikacioni paket za projektovanje uređaja koji koriste digitalne signalne procesore. To su, prije svega, digitalni filteri visokih performansi sa zadanim frekvencijskim odzivom (AFC) ili prilagodljivi parametrima signala. Rezultati modeliranja i projektovanja digitalnih uređaja pomoću ovog paketa mogu se koristiti za izgradnju visoko efikasnih digitalnih filtera na savremenim mikroprocesorima za digitalnu obradu signala.

27. Blockset fiksne tačke

Blockset fiksne tačke

Ovaj specijalni paket je fokusiran na simulaciju digitalnih upravljačkih sistema i digitalnih filtera kao deo Simulink paketa. Poseban skup komponenti omogućava vam brzo prebacivanje između izračunavanja s fiksnim i pokretnim zarezom (zarezom). Možete odrediti 8-, 16- ili 32-bitne dužine riječi. Paket ima niz korisnih svojstava:

korištenje neoznačene ili binarne aritmetike;

pozicija binarne tačke koju može izabrati korisnik;

automatsko podešavanje položaja binarne tačke;

pregled maksimalnog i minimalnog opsega signala modela;

prebacivanje između izračunavanja fiksnog i pomičnog zareza;

korekcija prelivanja i dostupnost ključnih komponenti za operacije fiksne tačke; logičke operatore, jedno- i dvodimenzionalne tabele pregleda.

28. Paketi za obradu signala i slike

Paketi za obradu signala i slike

Alat za obradu signala

Moćan paket za analizu, modeliranje i dizajn uređaja za obradu svih vrsta signala, osiguravajući njihovo filtriranje i mnoge transformacije.

Paket za obradu signala pruža izuzetno sveobuhvatan softver za obradu signala za današnje naučne i tehničke primjene. Paket koristi razne tehnike filtriranja i najnovije algoritme spektralna analiza... Paket sadrži module za razvoj linearnih sistema i analizu vremenskih serija. Paket će biti koristan, posebno, u oblastima kao što su obrada audio i video informacija, telekomunikacije, geofizika, zadaci kontrole u realnom vremenu, ekonomija, finansije i medicina. Glavna svojstva paketa:

simulacija signala i linearnih sistema;

projektovanje, analiza i implementacija digitalnih i analognih filtera;

brza Fourierova transformacija, diskretni kosinus i druge transformacije;

procjena spektra i statistička obrada signala;

parametarska obrada vremenskih serija;

generisanje signala različitih oblika.

Paket za obradu signala je idealan okvir za analizu i obradu signala. Koristi dokazane algoritme odabrane prema kriterijima maksimalna efikasnost i pouzdanost. Paket sadrži širok spektar algoritama za predstavljanje signala i linearnih modela. Ovaj set omogućava korisniku da bude dovoljno fleksibilan da kreira skriptu za obradu signala. Paket uključuje algoritme za transformaciju modela iz jednog pogleda u drugi.

Paket za obradu signala uključuje kompletan skup metoda za kreiranje digitalnih filtera sa različitim karakteristikama. Omogućava vam da brzo dizajnirate visokopropusne i niskopropusne filtere, propusne i stop-pass filtere, višepojasni filtere, uključujući Chebyshev, Yula-Walker, eliptične, itd.

Grafički interfejs vam omogućava da dizajnirate filtere tako što ćete specificirati zahteve za njih u režimu pomeranja objekata pomoću miša. Paket uključuje sljedeće nove tehnike dizajna filtera:

generalizovana Chebyshev metoda za kreiranje filtera sa nelinearnim faznim odzivom, kompleksnim koeficijentima ili proizvoljnim odzivom. Algoritam su razvili McLenan i Karam 1995. godine;

ograničena metoda najmanjih kvadrata omogućava korisniku da eksplicitno kontroliše maksimalnu grešku (anti-aliasing);

metoda za izračunavanje minimalnog reda filtera sa Kaiser prozorom;

generalizovana Butterworthova metoda za projektovanje niskopropusnih filtera sa maksimalno ujednačenim propusnim opsegom i prigušenjem.

Zasnovano na optimalnom FFT algoritmu, obrada signala nudi performanse bez premca za analizu frekvencije i spektralnu procjenu. Paket uključuje funkcije za izračunavanje diskretne Fourierove transformacije, diskretne kosinusne transformacije, Hilbertove transformacije i drugih transformacija koje se često koriste za analizu, kodiranje i filtriranje. Paket implementira takve metode spektralne analize kao što su Welchova metoda, metoda maksimalne entropije itd.

Novi grafički interfejs vam omogućava da vidite i vizuelno procenite karakteristike signala, dizajnirate i primenite filtere, izvršite spektralnu analizu, istražujući uticaj različitih metoda i njihovih parametara na dobijeni rezultat. Grafički interfejs je posebno koristan za vizualizaciju vremenskih serija, spektra, vremenskih i frekventnih odziva, te lokacije nula i polova sistemskih prijenosnih funkcija.

Paket za obradu signala je osnova za mnoge druge zadatke. Na primjer, kombinirajući ga s paketom za obradu slike, možete obraditi i analizirati dvodimenzionalne signale i slike. Uparen sa paketom za identifikaciju sistema, paket za obradu signala omogućava parametarsko modeliranje sistema u vremenskom domenu. U kombinaciji sa paketima Neural Network i Fuzzy Logic, mogu se kreirati mnogi alati za obradu podataka ili izdvajanje klasifikacijskih karakteristika. Generator signala vam omogućava da kreirate impulsne signale različitih oblika.

29. Alat za spektralnu analizu višeg reda

Alat za spektralnu analizu višeg reda

Paket spektralne analize višeg reda sadrži posebne algoritme za analizu signala koristeći momente višeg reda. Paket pruža široke mogućnosti za analizu ne-Gausovih signala, jer sadrži algoritme, možda najnaprednije metode za analizu i obradu signala. Ključne karakteristike paketa:

evaluacija spektra visokog reda;

tradicionalni ili parametarski pristup;

obnavljanje amplitude i faze;

adaptivno linearno predviđanje;

obnova harmonika;

procjena kašnjenja;

blok obrada signala.

Paket spektralne analize višeg reda omogućava vam da analizirate signale oštećene ne-Gausovim šumom i procesima koji se dešavaju u nelinearnim sistemima. Spektri visokog reda, definisani u terminima momenata visokog reda signala, sadrže dodatne informacije koje se ne mogu dobiti upotrebom samo autokorelacije ili analize spektra snage signala. Spektri visokog reda omogućavaju:

potisnuti Gaussov šum aditiva u boji;

identificirati ne-minimalne fazne signale;

istaknuti informacije zbog ne-Gausove prirode buke;

detektovati i analizirati nelinearna svojstva signala.

Potencijalne primjene spektralne analize visokog reda uključuju akustiku, biomedicinu, ekonometriju, seizmologiju, oceanografiju, fiziku plazme, radare i lokatore. Glavne funkcije paketa podržavaju spektre visokog reda, međusobnu spektralnu procjenu, modele linearnog predviđanja i procjenu kašnjenja.

30. Kutija alata za obradu slike

Kutija alata za obradu slike

Image Processing pruža naučnicima, inženjerima, pa čak i umjetnicima širok spektar alata za digitalnu obradu i analizu slika. Usko povezan sa razvojnim okruženjem MATLAB aplikacija, Image Processing Toolbox oslobađa vas od dugotrajnog kodiranja i otklanjanja grešaka u algoritmu, omogućavajući vam da se fokusirate na rešavanje osnovnih naučnih ili praktični zadatak... Glavna svojstva paketa:

restauracija i odabir detalja slike;

rad s odabranim područjem slike;

analiza slike;

linearna filtracija;

pretvaranje slika;

geometrijske transformacije;

povećanje kontrasta važnih detalja;

binarne transformacije;

obrada slika i statistika;

konverzije boja;

promjena palete;

konverzija tipova slika.

Paket za obradu slika pruža široke mogućnosti za kreiranje i analizu grafičkih slika u MATLAB okruženju. Ovaj paket pruža izuzetno fleksibilan interfejs za manipulaciju slikama, interaktivno dizajniranje grafike, vizualizaciju skupova podataka i komentarisanje rezultata za bele knjige, izveštaje i publikacije. Fleksibilnost, kombinacija algoritama paketa sa takvom karakteristikom MATLAB-a kao što je matrično-vektorski opis, čine paket veoma pogodnim za rešavanje gotovo svih problema u razvoju i prezentaciji grafike. Primeri korišćenja ovog paketa u okruženju MATLAB sistema dati su u lekciji 7. MATLAB uključuje posebno dizajnirane procedure za poboljšanje efikasnosti grafičke ljuske. Posebno se mogu primijetiti sljedeće karakteristike:

interaktivno otklanjanje grešaka pri razvoju grafike;

profiler za optimizaciju vremena izvršenja algoritma;

alati za izgradnju interaktivnog grafičkog korisničkog interfejsa (GUI Builder) za ubrzanje razvoja GUI šablona, ​​omogućavajući vam da ga prilagodite za korisničke zadatke.

Ovaj paket omogućava korisniku da potroši znatno manje vremena i truda na kreiranje standardne grafike i na taj način koncentriše napore na važne detalje i karakteristike slika.

MATLAB i paket za obradu slika maksimalno su prilagođeni razvoju, implementaciji novih ideja i korisničkih metoda. Za to postoji skup paketa sa interfejsom koji imaju za cilj rješavanje svih vrsta specifičnih zadataka i zadataka u nekonvencionalnom okruženju.

Image Processing je trenutno u velikoj upotrebi u preko 4.000 kompanija i univerziteta širom svijeta. Istovremeno, postoji vrlo širok spektar zadataka koje korisnici rješavaju ovim paketom, na primjer, istraživanje svemira, vojni razvoj, astronomija, medicina, biologija, robotika, nauka o materijalima, genetika itd.

31. Wavelet Toolbox

Wavelet paket pruža korisniku kompletan set programa za proučavanje višedimenzionalnih nestacionarnih pojava korištenjem waveleta (kratkovalnih paketa). Relativno nedavno kreirane metode paketa Wavelet proširuju mogućnosti korisnika u onim područjima gdje se obično primjenjuje tehnika Fourierove dekompozicije. Paket može biti koristan za aplikacije kao što su obrada govora i audio signala, telekomunikacije, geofizika, finansije i medicina. Glavna svojstva paketa:

napredna grafika korisnički interfejs i skup komandi za analizu, sintetizaciju, filtriranje signala i slika;

transformacija višedimenzionalnih kontinuiranih signala;

diskretna konverzija signala;

dekompozicija i analiza signala i slika;

širok spektar osnovnih funkcija, uključujući korekciju graničnih efekata;

grupna obrada signala i slika;

analiza signalnih paketa zasnovana na entropiji;

filtriranje sa mogućnošću postavljanja tvrdih i netvrdih pragova;

optimalna kompresija signala.

Koristeći paket, možete analizirati karakteristike koje su zanemarene drugim metodama analize signala, tj. trendovi, odstupanja, diskontinuiteti u derivatima visokih redova. Paket omogućava komprimiranje i filtriranje signala bez očitog gubitka, čak iu slučajevima kada je potrebno sačuvati i visokofrekventne i niskofrekventne komponente signala. Dostupni su algoritmi za kompresiju i filtriranje i za obradu paketnog signala. Programi za kompresiju izdvajaju minimalni broj koeficijenata koji najpreciznije predstavljaju izvornu informaciju, što je veoma važno za naredne faze sistema kompresije. Paket uključuje sljedeće osnovne wavelet setove: biortogonal, Haar, "meksički šešir", Mayer, itd. Paketu možete dodati i svoje baze.

Opsežan korisnički vodič objašnjava kako se radi s paketnim metodama, praćen brojnim primjerima i kompletnim odjeljkom veza.

32. Ostali paketi aplikativnih programa

Ostali paketi aplikacija

Financial Toolbox

Paket primijenjenih programa za finansijsku i ekonomsku kalkulaciju, što je sasvim relevantno za naš period tržišnih reformi. Sadrži mnoge funkcije za obračun složene kamate, operacije na bankovnim depozitima, izračunavanje dobiti i još mnogo toga. Nažalost, zbog brojnih (iako, općenito, ne previše fundamentalnih) razlika u financijskim i ekonomskim formulama, njegova upotreba u našim uvjetima nije uvijek razumna - postoji mnogo domaćih programa za takve izračune, na primjer, "Računovodstvo 1C". Ali ako želite da se povežete na baze podataka finansijskih novinskih agencija - Bloom-berg, IDC preko MATLAB Datafeed Toolbox-a, onda, naravno, obavezno koristite MATLAB pakete finansijskih proširenja.

Finansijski paket je osnova za rješavanje mnogih finansijskih problema u MATLAB-u, od jednostavne proračune na potpune distribuirane aplikacije. Finansijski paket se može koristiti za izračunavanje kamatnih stopa i dobiti, analizu derivativnih prihoda i depozita i optimizaciju investicionog portfolija. Ključne karakteristike paketa:

obrada podataka;

analiza varijanse efikasnosti investicionog portfelja;

analiza vremenskih serija;

obračun prinosa hartija od vrijednosti i procjena stope;

statistička analiza i analiza osjetljivosti tržišta;

obračun godišnjeg prihoda i obračun novčanih tokova;

metode amortizacije.

S obzirom na važnost datuma određene finansijske transakcije, finansijski paket uključuje nekoliko funkcija za manipulisanje datumima i vremenom u različitim formatima. Finansijski paket vam omogućava da izračunate cijene i prinose prilikom ulaganja u obveznice. Korisnik ima mogućnost postavljanja nestandardnih, uključujući nepravilne i međusobno neusaglašene, rasporede debitnih i kreditnih transakcija i konačnog obračuna prilikom otplate računa. Ekonomske funkcije osjetljivosti mogu se izračunati uzimajući u obzir datume dospijeća u različito vrijeme.

Algoritmi Finansijskog paketa za izračunavanje pokazatelja tokova gotovine i drugih podataka koji se ogledaju u finansijskim računima, omogućavaju vam da izračunate, posebno, kamatne stope na kredite i kredite, pokazatelje profitabilnosti, kreditne primitke i ukupne razgraničenja, procijenite i predvidite vrijednost investicioni portfolio, izračunati indikatore amortizacije itd. Funkcije paketa se mogu koristiti uzimajući u obzir pozitivne i negativne tokove gotovine (cash-flow) (višak gotovinskih primanja nad isplatama ili gotovinskih plaćanja nad primicima, respektivno).

Finansijski paket sadrži algoritme koji vam omogućavaju da analizirate portfolio investicija, dinamiku i koeficijente ekonomske osjetljivosti. Konkretno, prilikom utvrđivanja efikasnosti ulaganja, funkcije paketa vam omogućavaju da formirate portfolio koji zadovoljava klasični problem G. Markowitza. Korisnik može kombinovati algoritme paketa kako bi izračunao Sharpe omjere i stope povrata. Analiza dinamike i koeficijenata ekonomske osjetljivosti omogućava korisniku da definira pozicije za straddle trgovine, hedžing i trgovine sa fiksnom kamatnom stopom. Finansijski paket takođe pruža opsežne opcije za predstavljanje i prezentaciju podataka i rezultata u obliku grafikona i grafikona koji su tradicionalni za ekonomsku i finansijsku industriju. Cash opciono se može prikazati u decimalnom, bankovnom i procentnom formatu.

33. Alati za mapiranje

Paket Mapping pruža grafičko i komandno sučelje za analizu geografskih podataka, prikazivanje karata i pristup vanjskim izvorima geografskih podataka. Osim toga, paket je pogodan za rad sa mnogim poznatim atlasima. Svi ovi alati, u kombinaciji sa MATLAB-om, korisnicima pružaju sve uslove za produktivan rad sa naučnim geografskim podacima. Ključne karakteristike paketa:

vizualizacija, obrada i analiza grafičkih i znanstvenih podataka;

više od 60 kartografskih projekcija (direktnih i inverznih);

dizajn i prikaz vektorskih, matričnih i kompozitnih karata;

grafičko sučelje za izradu i obradu karata i podataka;

globalni i regionalni atlasi podataka i povezivanje sa vladinim podacima visoke rezolucije;

geografske statistike i funkcije navigacije;

3D prezentacija karata sa ugrađenim osvjetljenjem i sjenčanjem;

pretvarači za popularne formate geografskih podataka: DCW, TIGER, ETOPO5.

Paket za mapiranje uključuje preko 60 najpoznatijih projekcija, uključujući cilindrične, pseudocilindrične, konične, polikoničke i pseudokonične, azimutne i pseudoazimute. Moguće su direktne i reverzne projekcije, kao i nestandardni prikazi projekcije koje odredi korisnik.

U paketu Mapiranje karticom poziva se svaka varijabla ili skup varijabli koja odražava ili dodjeljuje numeričku vrijednost geografskoj tački ili regiji. Paket vam omogućava rad sa vektorskim, matričnim i mješovitim mapama podataka. Omogućava moćno grafičko sučelje interaktivni rad sa mapama, na primjer mogućnost pomicanja pokazivača na objekt i klika na njega za dobivanje informacija. Grafički interfejs MAPTOOL je kompletno razvojno okruženje za aplikacije za rad sa mapama.

Najpoznatiji atlasi svijeta, Sjedinjenih Država, astronomski atlasi su uključeni u paket. Struktura geografskih podataka pojednostavljuje ekstrakciju i obradu podataka iz atlasa i karata. Struktura geografskih podataka i funkcije za interakciju sa eksternim formatima geografskih podataka Digitalna karta svijeta (DCW), TIGER, TBASE i ETOPO5 objedinjeni su kako bi pružili moćan i fleksibilan alat za pristup postojećim i budućim geografskim bazama podataka. Temeljna analiza geografskih podataka često zahtijeva matematičke metode koje rade u sfernom koordinatnom sistemu. Paket za mapiranje pruža podskup geografskih, statističkih i navigacijskih funkcija za analizu geografskih podataka. Navigacijske funkcije pružaju širok raspon opcija za obavljanje zadataka putovanja kao što su pozicioniranje i planiranje rute.

34. Energetski sistem Blockset

Kutija alata za prikupljanje podataka i kutija s alatima za kontrolu instrumenta

Data Acquisition Toolbox je paket proširenja koji se odnosi na polje prikupljanja podataka putem blokova povezanih na internu magistralu računara, generatora funkcija, analizatora spektra – ukratko, instrumenti koji se široko koriste u istraživačke svrhe za dobijanje podataka. Oni su podržani odgovarajućom računarskom bazom. Novi blok Instrument Control Toolbox vam omogućava da povežete instrumente i uređaje sa serijskim i kanalnim interfejsima zajednička upotreba i VXI.

36. Alati baze podataka i alati za virtuelnu stvarnost

Alati baze podataka i alati za virtuelnu stvarnost

Brzina Database toolbox-a je povećana više od 100 puta, uz pomoć koje se informacije razmjenjuju sa brojnim sistemima za upravljanje bazama podataka putem ODBC ili JDBC drajvera:

• Access 95 ili 97 Microsoft;

  Microsoft SQL Server 6.5 ili 7.0;

  Sybase Adaptive Server 11;

  Sybase (ranije Watcom) SQL Server Anywhere 5.0;

  IBM DB2 Universal 5.0

• Computer Associates Ingres (sve verzije).

Svi podaci su prethodno konvertovani u niz ćelija u MATLAB-u 6.0. U MATLAB-u 6.1 možete koristiti i niz struktura. Visual Query Builder vam omogućava da sastavite proizvoljno složene upite na SQL dijalektima ovih baza podataka, čak i bez znanja o SQL-u. Mnoge heterogene baze podataka mogu se otvoriti u jednoj sesiji.

Virtual Reality Toolbox je dostupan počevši od MATLAB-a 6.1. Omogućava 3D animaciju i animaciju, uključujući Simulink modele. Programski jezik - VRML - Virtual Reality Modeling Language. Animacija se može gledati sa bilo kog računara opremljenog pretraživačem koji podržava VRML. Potvrđuje da je matematika nauka o kvantitativnim odnosima i prostornim oblicima bilo kojeg realnog ili virtuelnog svijeta.

37. Excel Link

Omogućava upotrebu Microsoft Excel 97 kao MATLAB I/O procesor. Da biste to učinili, samo instalirajte excllinkxla datoteku koju isporučuje Math Works kao funkciju dodatka u Excelu. U Excelu morate upisati Service > Dodaci> Pregledajte, odaberite datoteku u direktoriju \ matlabrl2 \ toolbox \ exlink i instalirajte ga. Sada, svaki put kada pokrenete Excel, pojaviće se MATLAB komandni prozor, a Excel kontrolni panel će biti dopunjen dugmadima getmatrix, putmatrix, evalstring. Da biste zatvorili MATLAB iz Excela, samo upišite = MLC1ose () u bilo koju ćeliju programa Excel. Da biste ga otvorili nakon izvršenja ove naredbe, potrebno je da kliknete na jedno od dugmadi getmatrix, putmatrix, evalstring ili ukucate Excel Tools> Macro> Run mat! abi ni t. Sa mišem preko raspona Excel ćelija, možete kliknuti na getmatrix i upisati ime MATLAB varijabla... Matrica se pojavljuje u Excel-u. Nakon što popunite raspon Excel ćelija brojevima, možete odabrati taj raspon, kliknuti na putmatrix i unijeti ime MATLAB varijable. Operacija je stoga intuitivna. Za razliku od MATLAB-a, Excel Link ne razlikuje velika i mala slova: I i i, J i j su jednaki.

Pozovite demo pakete ekstenzija.