MATLAB (una abreviatura de "MAtrix LABoratory" [22] ) es un lenguaje de programación multiparadigma patentado y un entorno de computación numérica desarrollado por MathWorks . MATLAB permite manipulaciones de matrices , trazado de funciones y datos, implementación de algoritmos , creación de interfaces de usuario e interfaz con programas escritos en otros lenguajes.
Aunque MATLAB está destinado principalmente a la computación numérica, una caja de herramientas opcional utiliza el motor simbólico MuPAD que permite el acceso a capacidades de computación simbólica . Un paquete adicional, Simulink , agrega simulación gráfica multidominio y diseño basado en modelos para sistemas dinámicos e integrados .
En 2020 [update], MATLAB tiene más de cuatro millones de usuarios en todo el mundo. [23] Provienen de diversos ámbitos de la ingeniería , la ciencia y la economía . En 2017 [update], más de 5000 colegios y universidades de todo el mundo utilizan MATLAB para respaldar la instrucción y la investigación. [24]
MATLAB fue inventado por el matemático y programador informático Cleve Moler . [25] La idea de MATLAB se basó en su tesis doctoral de la década de 1960. [25] Moler se convirtió en profesor de matemáticas en la Universidad de Nuevo México y comenzó a desarrollar MATLAB para sus estudiantes [25] como pasatiempo. [26] Desarrolló la programación de álgebra lineal inicial de MATLAB en 1967 con su antiguo asesor de tesis, George Forsythe . [25] A esto le siguió el código Fortran para ecuaciones lineales en 1971. [25]
Antes de la versión 1.0, MATLAB "no era un lenguaje de programación; era una simple calculadora matricial interactiva. No había programas, ni cajas de herramientas, ni gráficos. Ni EDO ni FFT ". [27]
La primera versión temprana de MATLAB se completó a finales de los años 1970. [25] El software fue revelado al público por primera vez en febrero de 1979 en la Escuela Naval de Postgrado de California. [26] Las primeras versiones de MATLAB eran calculadoras matriciales simples con 71 funciones prediseñadas. [28] En ese momento, MATLAB se distribuía de forma gratuita [29] [30] a las universidades. [31] Moler dejaba copias en las universidades que visitaba y el software desarrolló un gran número de seguidores en los departamentos de matemáticas de los campus universitarios. [32] : 5
En la década de 1980, Cleve Moler conoció a John N. Little . Decidieron reprogramar MATLAB en C y comercializarlo para las computadoras de escritorio de IBM que reemplazaban a las computadoras centrales en ese momento. [25] John Little y el programador Steve Bangert reprogramaron MATLAB en C, crearon el lenguaje de programación MATLAB y desarrollaron funciones para cajas de herramientas. [26]
Desde 1993 ha estado disponible una alternativa de código abierto, GNU Octave (mayormente compatible con matlab) y scilab (similar a matlab).
MATLAB se lanzó por primera vez como producto comercial en 1984 en la Conferencia de Control Automático en Las Vegas . [25] [26] Se fundó MathWorks , Inc. para desarrollar el software [30] y se lanzó el lenguaje de programación MATLAB. [28] La primera venta de MATLAB fue el año siguiente, cuando Nick Trefethen del Instituto de Tecnología de Massachusetts compró diez copias. [26] [33]
A finales de la década de 1980, se habían vendido varios cientos de copias de MATLAB a universidades para uso de los estudiantes. [26] El software se popularizó en gran medida gracias a las cajas de herramientas creadas por expertos en diversos campos para realizar tareas matemáticas especializadas. [29] Muchas de las cajas de herramientas se desarrollaron como resultado de los estudiantes de Stanford que usaron MATLAB en el mundo académico y luego llevaron el software al sector privado. [26]
Con el tiempo, MATLAB fue reescrito para los primeros sistemas operativos creados por Digital Equipment Corporation , VAX , Sun Microsystems y para PC Unix. [26] [28] La versión 3 se lanzó en 1987. [34] El primer compilador MATLAB fue desarrollado por Stephen C. Johnson en la década de 1990. [28]
En 2000, MathWorks agregó una biblioteca basada en Fortran para álgebra lineal en MATLAB 6, reemplazando las subrutinas LINPACK y EISPACK originales del software que estaban en C. [28] Parallel Computing Toolbox de MATLAB se lanzó en la Conferencia de Supercomputación de 2004 y admite unidades de procesamiento de gráficos (GPU) se le añadió en 2010. [28]
Se realizaron algunos cambios especialmente importantes en el software con la versión 8 en 2012. [35] Se modificó la interfaz de usuario [ cita necesaria ] y se amplió la funcionalidad de Simulink . [36] Para 2016, MATLAB había introducido varias mejoras técnicas y de interfaz de usuario, incluido el cuaderno MATLAB Live Editor y otras características. [28]
La aplicación MATLAB se basa en el lenguaje de programación MATLAB. El uso común de la aplicación MATLAB implica el uso de la "Ventana de comandos" como un shell matemático interactivo o la ejecución de archivos de texto que contienen código MATLAB. [37]
Un ejemplo de "¡Hola, mundo!" El programa existe en MATLAB.
disp ( '¡Hola mundo!' )Se muestra así:
¡Hola Mundo!Las variables se definen mediante el operador de asignación, =. MATLAB es un lenguaje de programación débilmente tipado porque los tipos se convierten implícitamente. [38] Es un lenguaje tipificado inferido porque las variables se pueden asignar sin declarar su tipo, excepto si van a ser tratadas como objetos simbólicos, [39] y su tipo puede cambiar. Los valores pueden provenir de constantes , de cálculos que involucran valores de otras variables o de la salida de una función. Por ejemplo:
>> x = 17 x = 17 >> x = 'sombrero' x = sombrero >> x = [ 3 * 4 , pi / 2 ] x = 12.0000 1.5708 >> y = 3 * sen ( x ) y = -1.6097 3.0000 Una matriz simple se define usando la sintaxis de dos puntos: terminador de incremento inicial . Por ejemplo:::
>> matriz = 1 : 2 : 9 matriz = 1 3 5 7 9 define una variable denominada array(o asigna un nuevo valor a una variable existente con el nombre array) que es una matriz que consta de los valores 1, 3, 5, 7 y 9. Es decir, la matriz comienza en 1 (el valor inicial ) , aumenta con cada paso desde el valor anterior en 2 (el valor de incremento ) y se detiene una vez que alcanza (o está a punto de exceder) 9 (el valor del terminador ).
De hecho, el valor de incremento se puede omitir de esta sintaxis (junto con uno de los dos puntos), para usar un valor predeterminado de 1.
>> ari = 1 : 5 ari = 1 2 3 4 5 asigna a la variable denominada ariuna matriz con los valores 1, 2, 3, 4 y 5, ya que el valor predeterminado de 1 se utiliza como incremento.
La indexación es de base uno, [40], que es la convención habitual para las matrices en matemáticas, a diferencia de la indexación de base cero comúnmente utilizada en otros lenguajes de programación como C, C++ y Java.
Las matrices se pueden definir separando los elementos de una fila con espacios en blanco o comas y usando un punto y coma para separar las filas. La lista de elementos debe estar entre corchetes []. Los paréntesis ()se utilizan para acceder a elementos y subarreglos (también se utilizan para indicar una lista de argumentos de función).
>> A = [ 16 , 3 , 2 , 13 ; 5 , 10 , 11 , 8 ; 9 , 6 , 7 , 12 ; 4 , 15 , 14 , 1 ] A = 16 3 2 13 5 10 11 8 9 6 7 12 4 15 14 1 >> A ( 2 , 3 ) respuesta = 11Los conjuntos de índices se pueden especificar mediante expresiones como 2:4, que se evalúan como [2, 3, 4]. Por ejemplo, una submatriz tomada de las filas 2 a 4 y de las columnas 3 a 4 se puede escribir como:
>> A ( 2 : 4 , 3 : 4 ) respuesta = 11 8 7 12 14 1Se puede generar una matriz identidad cuadrada de tamaño neye usando la función y se pueden generar matrices de cualquier tamaño con ceros o unos con las funciones zerosy ones, respectivamente.
>> ojo ( 3 , 3 ) ans = 1 0 0 0 1 0 0 0 1>> ceros ( 2 , 3 ) respuesta = 0 0 0 0 0 0>> unos ( 2 , 3 ) ans = 1 1 1 1 1 1La transposición de un vector o una matriz se realiza mediante la función transposeo agregando un punto primo después de la matriz (sin el punto, primo realizará una transposición conjugada para matrices complejas):
>> A = [ 1 ; 2 ], B = A . ' , C = transponer ( A ) A = 1 2 B = 1 2 C = 1 2 >> D = [ 0 , 3 ; 1 , 5 ] , D. ' D = 0 3 1 5 respuesta = 0 1 3 5 La mayoría de las funciones aceptan matrices como entrada y operan por elementos en cada elemento. Por ejemplo, mod(2*J,n)multiplicará cada elemento en J por 2 y luego reducirá cada elemento en módulo n . MATLAB incluye estándar fory whilebucles, pero (como en otras aplicaciones similares como APL y R ), se recomienda el uso de la notación vectorizada y, a menudo, es más rápido de ejecutar. El siguiente código, extraído de la función magic.m , crea un cuadrado mágico M para valores impares de n (la función MATLAB meshgridse usa aquí para generar matrices cuadradas I y J que contienen ):
[ J , I ] = meshgrid ( 1 : n ); A = mod ( I + J - ( n + 3 ) / 2 , n ); B = mod ( I + 2 * J - 2 , n ); METRO = norte * A + B + 1 ; MATLAB admite tipos de datos estructurales. [41] Dado que todas las variables en MATLAB son matrices, un nombre más adecuado es "matriz de estructura", donde cada elemento de la matriz tiene los mismos nombres de campo. Además, MATLAB admite nombres de campos dinámicos [42] (búsquedas de campos por nombre, manipulaciones de campos, etc.).
Al crear una función de MATLAB, el nombre del archivo debe coincidir con el nombre de la primera función del archivo. Los nombres de funciones válidos comienzan con un carácter alfabético y pueden contener letras, números o guiones bajos. Las variables y funciones distinguen entre mayúsculas y minúsculas. [43]
rgbImage = imread ( 'ecg.png' ); imagengris = rgb2gray ( rgbImagen ); % para imágenes no indexadas nivel = graythresh ( grayImage ); % de umbral para convertir imágenes a binaria, imagen binaria = im2bw ( imagen gris , nivel ); % Extrae los canales individuales de color rojo, verde y azul. redChannel = rgbImage (:, :, 1 ); canalverde = rgbImagen (:, :, 2 ); blueChannel = rgbImage (:, :, 3 ); % Haz que las partes negras sean de color rojo puro. canal rojo ( ~ imagen binaria ) = 255 ; canalverde ( ~ imagenbinaria ) = 0 ; blueChannel ( ~ binaryImage ) = 0 ; % Ahora recombina para formar la imagen de salida. rgbImageOut = cat ( 3 , canal rojo , canal verde , canal azul ); imshow ( rgbImageOut ); MATLAB admite elementos del cálculo lambda mediante la introducción de identificadores de funciones, [44] o referencias de funciones, que se implementan en archivos .m o funciones anónimas [45] /anidadas. [46]
MATLAB admite programación orientada a objetos, incluidas clases, herencia , envío virtual, paquetes, semántica de paso por valor y semántica de paso por referencia . [47] Sin embargo, la sintaxis y las convenciones de llamada son significativamente diferentes de las de otros lenguajes. MATLAB tiene clases de valor y clases de referencia, dependiendo de si la clase se maneja como superclase (para clases de referencia) o no (para clases de valor). [48]
El comportamiento de llamada al método es diferente entre las clases de valor y de referencia. Por ejemplo, una llamada a un método:
objeto . método ();puede alterar cualquier miembro del objeto solo si el objeto es una instancia de una clase de referencia; de lo contrario, los métodos de la clase de valor deben devolver una nueva instancia si necesita modificar el objeto.
A continuación se proporciona un ejemplo de una clase simple:
classdef Hola métodos función saludar ( obj ) disp ( '¡Hola!' ) fin fin fin Cuando se coloca en un archivo llamado hello.m, se puede ejecutar con los siguientes comandos:
>> x = Hola (); >> x . saludar (); ¡Hola! MATLAB tiene funciones de trazado de gráficos estrechamente integradas. Por ejemplo, la función gráfica se puede utilizar para producir una gráfica a partir de dos vectores x e y . El código:
x = 0 : pi / 100 : 2 * pi ; y = pecado ( x ); trazar ( x , y ) produce la siguiente figura de la función seno :
MATLAB también admite gráficos tridimensionales:
MATLAB admite el desarrollo de aplicaciones de interfaz gráfica de usuario (GUI). [49] Las UI se pueden generar mediante programación o utilizando entornos de diseño visual como GUIDE y App Designer . [50] [51]
MATLAB puede llamar funciones y subrutinas escritas en los lenguajes de programación C o Fortran . [52] Se crea una función contenedora que permite pasar y devolver tipos de datos de MATLAB. Los archivos MEX (ejecutables de MATLAB) son archivos objeto cargables dinámicamente creados al compilar dichas funciones. [53] [54] Desde 2014 se agregó una interfaz bidireccional cada vez mayor con Python . [55] [56]
Las bibliotecas escritas en Perl , Java , ActiveX o .NET se pueden llamar directamente desde MATLAB, [57] [58] y muchas bibliotecas MATLAB (por ejemplo, soporte XML o SQL ) se implementan como contenedores alrededor de bibliotecas Java o ActiveX. Llamar a MATLAB desde Java es más complicado, pero se puede hacer con una caja de herramientas de MATLAB [59] que MathWorks vende por separado , o usando un mecanismo no documentado llamado JMI (Interfaz Java a MATLAB), [60] [61] (que no debe confundirse con la interfaz de metadatos de Java no relacionada que también se denomina JMI). La API oficial de MATLAB para Java se agregó en 2016. [62]
Como alternativa a Symbolic Math Toolbox basado en MuPAD disponible en MathWorks, MATLAB se puede conectar a Maple o Mathematica . [63] [64]
También existen bibliotecas para importar y exportar MathML . [sesenta y cinco]
En 2020, MATLAB retiró los servicios de dos universidades chinas como resultado de las sanciones estadounidenses. Las universidades dijeron que esto se responderá con un mayor uso de alternativas de código abierto y con el desarrollo de alternativas nacionales. [66]
Así, APL, Speakeasy, LINPACK, EISPACK y PL0 fueron los predecesores de MATLAB.
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