MATLAB

Die Sprache für technische Berechnungen

Hauptmerkmale

  • Höhere Programmiersprache für numerische Berechnungen, Visualisierung und Anwendungsentwicklung
  • Interaktive Umgebung für iterative Analysen, Konzeptionierung und Problemlösung
  • Mathematische Funktionen für lineare Algebra, Statistik, Fourier-Analyse, Filterung, Optimierung, numerische Integration und Lösung gewöhnlicher Differenzialgleichungen
  • Integrierte Grafiken zur Visualisierung von Daten und Tools zur Erstellung benutzerdefinierter Diagramme
  • Entwicklungstools zur Verbesserung der Codequalität und Wartungsfähigkeit sowie zur Leistungsmaximierung
  • Tools zur Erstellung von Anwendungen mit angepassten grafischen Benutzeroberflächen
  • Funktionen zur Integration von auf MATLAB basierenden Algorithmen mit externen Anwendungen und Programmiersprachen wie C, Java, .NET und Microsoft® Excel®
Analyse und Visualisierung von Daten mithilfe des MATLAB Desktops.
Vergrößern Analyse und Visualisierung von Daten mithilfe des MATLAB Desktops. Mit der MATLAB Umgebung können Sie auch Programme schreiben und Algorithmen und Anwendungen entwickeln.

Numerische Berechnungen

MATLAB umfasst eine Vielzahl an numerischen Berechnungsmethoden zur Datenanalyse, Algorithmen-Entwicklung und Modellerstellung. Die MATLAB Programmiersprache umfasst mathematische Funktionen, die sowohl für den technischen als auch für den wissenschaftlichen Bereich geeignet sind. Für die mathematischen Kernfunktionen werden prozessoroptimierte Bibliotheken zur schnellen Ausführung von Vektor- und Matrixberechnungen genutzt.

Unter anderem sind die folgenden Methoden verfügbar:

  • Interpolation und Regression
  • Differenzierung und Integration
  • Lineare Gleichungssysteme
  • Fourier-Analyse
  • Eigenwerte und Singulärwerte
  • Gewöhnliche Differenzialgleichungen
  • Dünnbesetzte Matrizen

Add-On-Produkte für MATLAB umfassen Funktionen in Spezialbereichen wie Statistik, Optimierung, Signalanalyse und maschinelles Lernen.

Verfeinerung von Gitternetzdaten durch kubische 2D-Interpolation.
Vergrößern Verfeinerung von Gitternetzdaten durch kubische 2D-Interpolation.

Datenanalyse und -visualisierung

MATLAB umfasst Tools zur Erfassung, Analyse und Visualisierung von Daten, mit denen Sie Ihre Daten weitaus schneller analysieren können als mit Tabellen oder herkömmlichen Programmiersprachen. Außerdem können Sie Ihre Ergebnisse auch über Diagramme und Berichte oder als veröffentlichten MATLAB Programmiercode dokumentieren und mit anderen teilen.

Analyse und Visualisierung von Daten in MATLAB
Untersuchen, visualisieren und bearbeiten Sie Ihre Daten mit MATLAB.

Erfassen von Daten

Mit MATLAB können Sie auf Daten aus Dateien, anderen Anwendungen, Datenbanken und externen Geräten zugreifen. Sie können Daten aus üblichen Dateiformaten wie Microsoft Excel, aus Text- oder Binärdateien, aus Bild-, Audio- und Videodateien sowie aus wissenschaftlichen Dateien wie netCDF und HDF auslesen. Mithilfe von I/O-Funktionen können Sie mit Datendateien in allen Formaten arbeiten.

Mit MATLAB und Add-On-Produkten können Sie Daten von Hardware-Geräten, wie beispielsweise vom seriellen Anschluss oder der Soundkarte Ihres Computers, ebenso wie gemessene Daten aus Livestreams in Echtzeit direkt in MATLAB zur Analyse und Visualisierung erfassen. Die Kommunikation mit Instrumenten wie Oszilloskopen, Funktionsgeneratoren und Signalanalysegeräten wird ebenfalls unterstützt.

Eine Datei mit einer Mischung aus Text und numerischen Daten zum Import in MATLAB mithilfe des Import-Tools.
Vergrößern Eine Datei mit Text und numerischen Daten zum Import in MATLAB mithilfe des Import-Tools. MATLAB erzeugt automatisch ein Skript bzw. eine Funktion, um die Datei programmatisch zu importieren.

Analysieren von Daten

MATLAB ermöglicht Ihnen die Verwaltung, das Filtern und die Vorbearbeitung Ihrer Daten. Sie können explorative Datenanalysen durchführen, um Trends aufzudecken, Hypothesen zu überprüfen und beschreibende Modelle zu erarbeiten. MATLAB enthält Funktionen für Filterung und Glättung, Interpolation, Faltung und Fast-Fourier-Transformationen (FFT). Add-On-Produkte bieten Funktionen für die Kurven- und Oberflächenanpassung, multivariate Statistiken, die Spektralanalyse, die Bildanalyse, die Systemerkennung und weitere analytische Aufgaben.

Anpassen einer Oberfläche an Daten mit einem benutzerdefinierten Modell mithilfe von MATLAB und der Curve Fitting Toolbox.
Vergrößern Anpassen einer Oberfläche an Daten mit einem benutzerdefinierten Modell mithilfe von MATLAB und der Curve Fitting Toolbox.

Visualisierung von Daten

MATLAB enthält integrierte 2D- und 3D-Diagrammfunktionen sowie Funktionen zur Volumendarstellung. Sie können diese Funktionen zur Visualisierung und Analyse von Daten sowie zur Mitteilung von Ergebnissen nutzen. Diagramme können entweder interaktiv oder programmatisch angepasst werden.

Die MATLAB Diagrammgalerie zeigt Beispiele für die verschiedenen Formen, in denen Daten in MATLAB grafisch dargestellt werden können. Für jedes Beispiel können Sie den zugrunde liegenden Quellcode anzeigen und herunterladen, um ihn in Ihrer MATLAB Anwendung zu nutzen.

Bearbeiten des Titels eines Oberflächenkonturdiagramms mithilfe der interaktiven MATLAB Umgebung zur Diagrammerstellung.
Vergrößern Bearbeiten des Titels eines Oberflächenkonturdiagramms mithilfe der interaktiven MATLAB Umgebung zur Diagrammerstellung.

Dokumentieren und Bereitstellen von Ergebnissen

Sie können Ergebnisse entweder als Diagramme oder als vollständige Berichte zur Verfügung stellen. MATLAB Diagramme können so angepasst werden, dass sie den Veröffentlichungsspezifikationen entsprechen und in üblichen Grafik- und Datendateiformaten gespeichert werden.

Sie können automatisch einen Bericht erzeugen lassen, wenn Sie ein MATLAB Programm ausführen. Der Bericht enthält Ihren Programmcode, Kommentare und Ergebnisse, einschließlich Diagramme. Berichte können in einer Vielzahl von Formaten veröffentlicht werden, wie z. B. HTML, PDF, Word oder LaTeX.

MATLAB Programm mithilfe des MATLAB Editors als HTML veröffentlicht.
Vergrößern MATLAB Programm (links) mithilfe des MATLAB Editors als HTML veröffentlicht (rechts). Ergebnisse, die im Befehlsfenster oder als Diagramme angezeigt werden, werden erfasst und in den Bericht integriert und die Code-Kommentare werden in der HTML-Datei in Abschnittsüberschriften und laufenden Text umgewandelt.

Programmierung und Algorithmen-Entwicklung

MATLAB umfasst eine höhere Programmiersprache und Entwicklungstools, mit denen Sie Algorithmen und Anwendungen schnell entwickeln und analysieren können.

Programmierung und Algorithmen-Entwicklung mit MATLAB
Nutzen Sie die MATLAB-Hochsprache und die Entwicklungstools in MATLAB zum Programmieren und Entwickeln von Algorithmen.

Die MATLAB Programmiersprache

Die MATLAB Programmiersprache bietet native Unterstützung für die Vektor- und Matrizenoperationen, die zur Lösung technischer und wissenschaftlicher Probleme unabdingbar sind, wobei eine schnelle Entwicklung und Ausführung möglich wird.

Mit der MATLAB Programmiersprache können Sie Programme schneller schreiben und Algorithmen schneller entwickeln als mit herkömmlichen Sprachen, da Sie keine unproduktiven administrativen Aufgaben durchführen müssen, wie z. B. Variablen deklarieren, Datentypen festlegen und Speicher zuweisen. In vielen Fällen sind Schleifen nicht notwendig, da Vektor- und Matrizenoperationen unterstützt werden. Darum kann eine Zeile des MATLAB Codes häufig mehrere Zeilen von C- oder C++ Code ersetzen.

MATLAB umfasst Funktionen, die in herkömmlichen Programmiersprachen zur Verfügung stehen, wie z. B. Flusssteuerung, Fehlerbehandlung und objektorientierte Programmierung (OOP). Sie können grundlegende Datentypen oder erweiterte Datenstrukturen verwenden oder aber benutzerdefinierte Datentypen definieren.

Sie können durch interaktives Ausführen von jeweils einem Befehl direkte Ergebnisse erzeugen. Mit diesem Ansatz können Sie schnell verschiedene Optionen prüfen und zu einer optimalen Lösung gelangen. Sie können interaktive Schritte als Skripte und Funktionen zusammenfassen, um Ihre Arbeit weiterzuverwenden und zu automatisieren.

Add-On-Produkte für MATLAB bieten integrierte Algorithmen für Signalverarbeitung und Kommunikationstechnologie, Bild- und Videoverarbeitung, Steuerungssysteme und viele andere Gebiete. Durch Kombination dieser Algorithmen mit Ihren Algorithmen eigenen können Sie komplexe Programme und Anwendungen erstellen.

Ein Kommunikationsalgorithmus, der 1024 Zufallsbits erzeugt, den Vektor in ein übertragenes Signal umwandelt, komplexes Gauß'sches Rauschen hinzufügt und das Ergebnis neun Zeilen MATLAB Code grafisch darstellt.
Vergrößern Ein Kommunikationsalgorithmus, der 1024 Zufallsbits erzeugt, den Vektor in ein übertragenes Signal umwandelt, komplexes Gauß'sches Rauschen hinzufügt und das Ergebnis in neun Zeilen MATLAB Code grafisch darstellt.

Entwicklungstools

MATLAB enthält eine Vielzahl an Tools zur effizienten Algorithmen-Entwicklung, darunter:

  • Befehlsfenster: Interaktive Eingabe von Daten, Ausführen von Befehlen und Programmen und Anzeigen von Ergebnissen
  • MATLAB Editor: Funktionen zum Bearbeiten und Debuggen, wie das Einstellen von Haltepunkten und schrittweises Prüfen einzelner Codezeilen
  • Code Analyzer: Automatische Überprüfung des Programmcodes auf Probleme und Empfehlung von Änderungen, um Leistung und Wartungsfähigkeit zu maximieren
  • MATLAB Profiler: Leistungsmessung von MATLAB Programmen und Identifizierung von zu verbessernden Codebereichen

Zusätzliche Tools vergleichen Programmcode und Datendateien und liefern Berichte über Dateiabhängigkeiten, kommentierte Erinnerungen und Codeabdeckung.

MATLAB Programm im Debug-Modus zum Diagnostizieren von Problemen.
Vergrößern MATLAB Programm im Debug-Modus zum Diagnostizieren von Problemen.

Integration mit anderen Programmiersprachen und Anwendungen

Sie können MATLAB Anwendungen und Anwendungen in andere Programmiersprachen integrieren. In MATLAB können Sie Code aufrufen, der in C, C++, Java und .NET geschriebenen wurde. Mithilfe der MATLAB Engine Bibliothek können Sie MATLAB Code aus C, C++ oder Fortran-Anwendungen aufrufen.

Performanz

MATLAB nutzt prozessoroptimierte Bibliotheken zur schnellen Ausführung von Matrizen- und Vektorberechnungen. Für allgemeine Skalarberechnungen verwendet MATLAB die „just-in-time“ (JIT) Kompilierungstechnologie, um Ausführungszeiten zu erreichen, die die Ausführungsgeschwindigkeit herkömmlicher Programmiersprachen bei Weitem übertreffen.

Für die Nutzung von Mehrkern- und Mehrprozessorcomputern bietet MATLAB viele Multithread-Funktionen für die lineare Algebra und numerische Funktionen. Diese Funktionen nutzen für die Ausführung automatisch mehrere Berechnungsthreads in einer einzigen MATLAB Sitzung, sodass die Ausführung auf Mehrkerncomputern schneller stattfinden kann.

Mit Add-On-Produkten für das Parallele Rechnen können Sie Mehrkerndesktops und andere leistungsstarke Rechenressourcen, wie z. B. GPUs und Cluster, besser ausnutzen. Diese Add-On-Produkte bieten High-Level-Konstrukte, die Ihnen die Parallelisierung von Anwendungen durch lediglich geringfügige Änderungen im MATLAB Code ermöglichen.

Parallel Computing
Erfahren Sie, wie Parallel Computing Lösungen Ihre Anwendungen zur Verarbeitung umfangreicher Datenmengen beschleunigen können.

Anwendungsentwicklung und -bereitstellung

MATLAB Tools und -Add-On-Produkte bieten eine Vielzahl an Optionen zur Entwicklung und Bereitstellung von Anwendungen. Sie können einzelne Algorithmen und Anwendungen mit anderen MATLAB Anwendern teilen oder sie lizenzgebührenfrei für andere Personen bereitstellen, die nicht über MATLAB verfügen.

Entwicklung und Einsatz von eigenständigen Anwendungen
Entwickeln Sie Anwendungen in MATLAB und geben Sie diese weiter in Form von Code, Executables oder Softwarekomponenten.

Entwickeln von grafischen Benutzeroberflächen

In GUIDE (Graphical User Interface Development Environment) können Sie eigene grafische Benutzeroberflächen planen, entwerfen und bearbeiten. Sie können typische Steuerungselemente wie Listenfelder, Dropdownmenüs und Schaltflächen sowie MATLAB Diagramme aufnehmen. Grafische Benutzeroberflächen können auch programmatisch mithilfe von MATLAB Funktionen erstellt werden.

GUIDE-Planung einer GUI zur Windanalyse und die fertige Oberfläche.
Vergrößern GUIDE-Planung einer GUI zur Windanalyse (oben) und die fertige Oberfläche (unten).

Bereitstellung von Anwendungen

Um eine Anwendung direkt anderen MATLAB Anwendern zur Verfügung zu stellen, können Sie diese als MATLAB App in einer einzelnen Datei verteilen. Apps werden automatisch in der MATLAB Appgalerie installiert, die einen einfachen Zugriff ermöglicht.

Um Anwendungen anderen Personen zur Verfügung zu stellen, die nicht über MATLAB verfügen, können Sie Produkte zur Anwendungsbereitstellung verwenden. Die Add-On-Produkte erzeugen automatisch Standalone-Anwendungen, freigegebene Bibliotheken und Softwarekomponenten zur Integration in C-, C++, Java-, .NET- und Excel-Umgebungen. Die ausführbaren Dateien und Komponenten können lizenzgebührenfrei verteilt werden.

Mit dem MATLAB Production Server können Sie mit MATLAB Compiler gepackte MATLAB Programme in Ihren Produktionssystemen ausführen, wodurch die Eingliederung numerischer Analysen in Internet-, Datenbank- und Unternehmensanwendungen möglich wird.

MATLAB Compiler Überblick
Erstellen Sie eigenständige Anwendungen und Software Components aus MATLAB-Programmen mit dem MATLAB Compiler™

Generierung von C-Code

Sie können MATLAB Coder zur Generierung von eigenständigem C-Code aus dem MATLAB Code nutzen. Der MATLAB Coder unterstützt eine Teilmenge der MATLAB Programmiersprache, die von Entwicklern typischerweise zur Konzeption von Algorithmen als Komponenten größerer Systeme verwendet wird. Dieser Code kann zur eigenständigen Ausführung, zur Integration in andere Softwareanwendungen oder als Teil einer integrierten Anwendung verwendet werden.

MATLAB Code und Codegenerierungsbericht mit generiertem C-Code.
Vergrößern MATLAB Code (links) und Codegenerierungsbericht (rechts) mit generiertem C-Code.