MLBE-О: Основы работы в MATLAB

MLBE-О: Основы работы в MATLAB

Продолжительность 33 академических часа.

«Основы работы в MATLAB для инженеров аэрокосмической отрасли» представляет собой 3-дневный курс, который всесторонне охватывает тему введения в вычислительную среду MATLAB. Данный курс предназначен для начинающих пользователей и тех, кому необходимо обновить свои знания. Для обучения не требуются навыки программирования и знание MATLAB, структура курса предполагает постановку задачи, а затем рассмотрение вариантов ее решения. Курс построен на большом количестве примеров и упражнений, необходимых для развития навыков работы в MATLAB с акцентом на практическое применение. В процессе обучения будут рассмотрены темы анализа данных, визуализации, моделирования и программирования.

Предварительная подготовка.

Знание математики на уровне бакалавриата и опыт работы с ПК.

Чему вы научитесь

·  Работать с пользовательским интерфейсом MATLAB.

·  Вводить команды и создавать переменные.

·  Проводить анализ векторов и матриц.

·  Визуализировать векторные и матричные данные.

·  Работать с файлами.

·  Работать с типами данных.

·  Автоматизировать решение задач с помощью скриптов.

·  Писать программы, работать с основными конструкциями языка MATLAB.

·  Писать функции.

Программа курса

Модуль 1. Введение.

·  Краткий обзор компании The MathWorks и MATLAB.

·  Обсуждение вопросов связанных с прохождением курса.

·  Обозначение основных тем.

Модуль 2. Пользовательский интерфейс MATLAB.

В данном модуле рассматриваются основные особенности интегрированной среды разработки MATLAB и ее взаимодействие с пользователем. Многие темы курса, обозначенные в настоящем модуле, будут подробно рассматриваться в следующих модулях.

·  Чтение данных из файла.

·  Сохранение и загрузка переменных.

·   Визуализация данных.

·   Настройка визуализации.

·   Статистический анализ данных.

·   Экспорт графики для использования в других приложениях.

Модуль 3. Переменные и выражения.

В этом модуле рассматриваются приемы ввода команд MATLAB. Особое значение уделяется созданию переменных и доступу к ним.

·  Ввод команд.

·  Создание переменных.

·  Получение справочной информации.

·  Доступ и изменение значений переменных.

·  Создание символьных переменных.

Модуль 4. Анализ и визуализация векторных данных (одномерных массивов).

Этот модуль посвящен выполнению математических и статистических расчетов с векторами, а также их визуализации. Показано преимущество синтаксиса MATLAB при работе с векторами, где одной командой выполняется расчет для всех элементов вектора.  

·  Выполнение расчетов с векторами.

·  Визуализация векторов.

·  Основные параметры визуализации.

·  Добавление подписей к рисунку.

Модуль 5. Анализ и визуализация матричных данных (многомерных массивов).

Этот модуль посвящен матрицам. Матрицы могут использоваться как математические объект - матрица или как многомерные массивы. Различие в синтаксисе MATLAB для работы с обоими вариантами рассматриваются в этом модуле.

·  Размер и размерность.

·  Выполнение расчетов с матрицами.

·  Статистика матричных данных.

·  Визуализация матриц.

·  Работа с индексами.

·  Многомерные массивы.

Модуль 6. Автоматизация работы в командной строке с помощью скриптов.

При усложнении решаемых задач ввод длинных последовательностей команд в командной строке становится нецелесообразным. Этот модуль посвящен теме сборки команд MATLAB в скрипт для обеспечения удобства повторного использования.

·  Примеры моделирования.

·  История команд.

·  Создание скриптов.

·  Запуск скриптов.

·  Использование ячеек.

Модуль 7. Работа с файлами данных.

В этом модуле рассматриваются общие задачи по импорту данных в MATLAB из файлов. Т. к. импортируемые данные могут быть самых разнообразных типов и форматов, особое внимание уделяется работе с массивами ячеек и форматами дат.  

·  Импорт данных.

·  Смешанные типы данных.

·  Массивы ячеек.

·  Числа, строки и данные.

·  Экспорт данных.

Модуль 8. Построение сложных графиков.

Этот модуль сфокусирован на построении более сложных графиков: построение нескольких графиков, управление цветом и надписями для создания наглядного представления данных.

·  Структура графического объекта.

·  Построение нескольких рисунков, оси и графики.

·  Использования выражений при построении графиков.

·  Использование цвета.

·  Настройка графиков.

Модуль 9. Программирование: логические операции и управляющие операторы.

В этом модуле рассматривается использование логических операций, переменных, индексации, а также управляющих операторов, которые используются для создания гибкого кода, подходящего к различным ситуациям. Другие рассматриваемые операторы позволяют создавать повторяющиеся участки кода и взаимодействовать с пользователем.

·  Логические операции и переменные.

·  Логическая индексация.

·  Управляющие операторы.

·  Циклы.

·  Пользовательский ввод и вывод.

·  Создание отчетов.

Модуль 10. Визуализация матриц и изображений.

Этот модуль посвящен возможностям MATLAB по визуализации изображений, а также двухмерных и трехмерных матриц. Выделяются различия между приемами отображения изображений и матриц.

·  Индексированные изображения и цветовые карты.

·  Отображение поверхностей.

·  Отображение контурных областей.

·  Работа с «true color» изображениями.

Модуль 11. Анализ данных.

Этот модуль сфокусирован на типичных задачах анализа данных выполняемых с помощью MATLAB. Уклон сделан на разработку и подгонку теоретических моделей к реальным данным. Программа модуля проходит через одну из самых мощных возможностей MATLAB - решение систем линейных уравнений с помощью одной команды.

·  Корреляция.

·  Подгонка и интерполяция.

·  Сглаживание.

·  Регрессионные модели.

·  Решение систем линейных уравнений.

·  Спектральный анализ и БПФ.

Модуль 12. Написание функций.

В этом модуле показано, как увеличить степень автоматизации, размещая алгоритмы решения пользовательских задач в функции. В модуле также рассматривается, как MATLAB решает конфликты со ссылками на файлы и обращениями к переменным.

·  Создание функций. 

·  Вызов функций.

·  Рабочие области.

·  Подфункции.

·  Путь к файлам и приоритет.

Модуль 13. Поиск и устранение ошибок в коде, и увеличение производительности.

Очень немногие программы хорошо работают с первой попытки. Отслеживание всех возможных проблем и непредвиденного поведения программы занимает много времени и усилий. В этом модуле мы рассмотрим инструменты MATLAB, использующиеся в процессе отладки. Также будут рассмотрены методы измерения производительности кода.  

·  Отладка с помощью редактора кода MATLAB.

·  Использование точек остановки программы.

·  Измерение производительности кода.

Модуль 14. Типы данных.

Типы данных отличаются друг от друга видом данных, которые они могут содержать и способом их организации. В этом модуле рассматриваются типы данных, которые не рассматриваются в других разделах курса, сделан акцент на синтаксис для создания переменных этих типов и способах доступа к их элементам. В модуле также рассматриваются методы преобразования типов.

·  Типы данных MATLAB.

·  Целочисленные.

·  Массивы ячеек.

·  Структуры.

·  Дескрипторы функций.

·  Преобразование типов.

Модуль 15. Функции Ввода/Вывода.

Помимо высокоуровневых функций импорта и экспорта данных, MATLAB также обеспечивает низкоуровневых функции, которые позволяют полностью контролировать процесс ввода/вывода текстовых и двоичных файлов. В модуле рассматривается использование этих функций, в частности функции textscan, которая обеспечивает полный контроль чтения текстовых файлов.  

·  Открытие и закрытие файлов.

·  Чтение и запись текстовых файлов.

·  Чтение и запись двоичных файлов.