MATLAB® - Le langage du calcul scientifique

MATLAB® - Le langage du calcul scientifique

MATLAB et son environnement interactif est un langage de haut niveau permettant l’exécution de tâches nécessitant une grande puissance de calcul et dont la mise en œuvre sera plus rapide qu’avec des langages de programmation traditionnels tels que le C, le C++ ou le fortran.

* Présentation générale et principales fonctionnalités
* Développement d’algorithmes et d’applications
* Analyse et accès aux données
* Visualisation des données
* Exécution de calculs numériques
* Publication de résultats et déploiement d’applications


NEW Programmation orientée objet dans MATLAB

Présentation générale
MATLAB est un langage de calcul scientifique de haut niveau et un environnement interactif pour le développement d'algorithmes, la visualisation et l'analyse de données, ou encore le calcul numérique. En utilisant MATLAB, vous pouvez résoudre des problèmes de calcul scientifique plus rapidement qu'avec les langages de programmation traditionnels, tels que C, C++ et Fortran.

Vous pouvez utiliser MATLAB dans une grande variété d'applications, incluant le traitement du signal et d'images, les communications, la conception de systèmes de contrôle, les tests et les mesures, la modélisation et l'analyse financière, ainsi que la biologie informatique. Des boîtes à outils supplémentaires (collections de fonctions MATLAB à vocation spécifique, disponibles séparément) élargissent l'environnement MATLAB pour résoudre des catégories particulières de problèmes dans ces domaines d'applications.

MATLAB offre un certain nombre de fonctionnalités pour la documentation et le partage de votre travail. Vous pouvez intégrer votre code MATLAB avec d'autres langages et applications, et distribuer vos algorithmes et applications MATLAB.

Principales fonctionnalités

* Langage de haut niveau pour le calcul scientifique
* Environnement de développement pour la gestion du code, des fichiers et des données
* Outils interactifs pour l'exploration itérative, la conception et la résolution de problèmes
* Fonctions mathématiques pour l'algèbre linéaire, les statistiques, l'analyse de Fourier, le filtrage, l'optimisation et l'intégration numérique
* Fonctions graphiques 2-D et 3-D pour la visualisation des données
* Outils pour la construction d'interfaces graphiques personnalisées
* Fonctions pour l'intégration d'algorithmes développés en langage MATLAB, dans des applications et langages externes, tels que C/C++, Fortran, Java, COM et Microsoft Excel

L'environnement de développement MATLAB vous permet de développer des algorithmes, d'analyser de manière interactive des données, de visualiser des fichiers de données et de gérer des projets.

Analyse et accès aux données
MATLAB couvre l'intégralité du processus d'analyse des données, depuis l'acquisition des données à partir de périphériques et de bases de données externes jusqu'à la production d'un résultat de qualité professionnelle, en passant par le prétraitement, la visualisation et l'analyse numérique.

Analyse des données
MATLAB fournit des outils interactifs et des fonctions en ligne de commande pour l'analyse des données, notamment :

* Interpolation et décimation
* Extraction de sections de données, mise à l'échelle et calcul de moyenne
* Définition de seuil et lissage
* Corrélation, analyse de Fourier et filtrage
* Crête 1-D, vallée et recherche de zéros
* Statistiques de base et ajustement de courbes
* Analyse matricielle

Tracé montrant une courbe adaptée aux différences de pression atmosphérique moyenne mensuelle entre l'Île de Pâques et Darwin, en Australie.



Accès aux données
MATLAB est une plate-forme efficace pour l'accès aux données à partir de fichiers, d'autres applications, de bases de données et de périphériques externes. Il est possible de lire des données à partir de formats de fichiers courants, notamment Microsoft Excel, des fichiers texte ASCII ou binaire, des images, son et vidéo, ou encore des fichiers scientifiques tels que HDF et HDF5. Les fonctions de lecture et d'écriture de fichiers de bas niveau vous permettent de manipuler des données de n'importe quel format. Des fonctions supplémentaires autorisent la lecture de données à partir de pages Web et XML.

Vous pouvez appeler d'autres applications et langages, tels que C, C++, objets COM, DLL, Java, Fortran et Microsoft Excel, et accéder à des sites FTP, ainsi qu'à des services Web. En utilisant la boîte à outils Database Toolbox, il est également possible d'accéder à des données de bases de données compatibles ODBC/JDBC.

Vous pouvez acquérir des données à partir de périphériques matériels, tels que le port série ou la carte son de votre ordinateur. À l'aide de la boîte à outils Data Acquisition Toolbox, vous êtes en mesure de transmettre des données mesurées en temps réel directement dans MATLAB à des fins d'analyse et de visualisation. La boîte à outils Instrument Control Toolbox (disponible séparément) permet la communication avec du matériel GPIB et VXI.

Des données HDF en provenance d'un satellite ont été sélectionnées et importées dans MATLAB à l'aide de l'outil MATLAB HDF Import Tool.

Visualisation des données

Toutes les fonctionnalités graphiques nécessaires à la visualisation de données d'ingénierie et scientifiques sont disponibles dans MATLAB. Vous disposez entre autres de fonctions de tracé 2-D et 3-D, de fonctions de visualisation de volume en 3-D, d'outils pour la création interactive de tracés et de la possibilité d'exporter des résultats dans tous les formats graphiques courants. Vous pouvez personnaliser des tracés en ajoutant plusieurs axes, en modifiant la couleur des courbes et les marqueurs, en ajoutant des annotations, des équations LaTEX et des légendes, ou encore en dessinant des formes.

Tracé 2-D
Vous pouvez visualiser des vecteurs de données avec des fonctions de tracé 2-D créant :

* Des diagrammes en courbe, en aires, à barres et en secteurs
* Des tracés de direction et de vitesse
* Des histogrammes
* Des polygones et des surfaces
* Des tracés en nuage de points/à bulles
* Des animations



Tracés linéaires de plusieurs résultats de tests d'émission de moteur, avec une courbe adaptée aux données brutes.


Tracé 3-D et visualisation de volume
MATLAB offre des fonctions pour la visualisation de données matricielles 2-D, scalaires 3-D et vectorielles 3-D. Vous pouvez recourir à ces fonctions pour visualiser et comprendre des données de tailles importantes, souvent complexes et multidimensionnelles. Il est possible de spécifier les caractéristiques du tracé, telles que l'angle de la caméra, la perspective, les effets de lumière, l'emplacement des sources lumineuses et la transparence. Les tracés 3-D proposent les fonctions suivantes :

* Surface, contour et maillage
* Tracés de l'image
* Cône, intervalle, flux et isosurface

Un tracé d'isosurface 3-D révélant la structure de dôme géodésique d'une molécule fullerène de carbone 60.


Création et modification interactives de tracés
MATLAB offre des outils interactifs pour la conception et la modification de graphiques. À partir d'une fenêtre de figure MATLAB, vous pouvez effectuer les tâches suivantes :

* Insérer de nouveaux ensembles de données par glisser-déplacer sur la figure
* Modifier les propriétés de n'importe quel objet sur la figure
* Effectuer un zoom, pivoter, effectuer un panoramique et modifier l'angle de la caméra et l'éclairage
* Ajouter des annotations et des info-bulles
* Dessiner des formes
* Générer une fonction MATLAB de votre graphique pouvant être réutilisée avec différentes données



Collection de graphes, construits de manière interactive en faisant glisser des ensembles de données sur la fenêtre du tracé, en créant de nouveaux sous-tracés, en modifiant des propriétés telles que les couleurs et les polices, et en ajoutant des annotations.


Importation et exportation de fichiers graphiques
MATLAB permet de lire et d'écrire des formats de fichiers de données et graphiques courants tels que GIF, JPEG, BMP, EPS, TIFF, PNG, HDF, AVI et PCX. Il est ainsi possible exporter des tracés MATLAB vers d'autres applications, telles que Microsoft Word et Microsoft PowerPoint, ou vers un logiciel de PAO. Avant d'effectuer l'exportation, vous pouvez créer et appliquer des modèles de styles définissant des caractéristiques telles que la présentation, la police et l'épaisseur de trait, afin de répondre à des spécifications de publication.

Exécution de calculs numériques
MATLAB contient des fonctions mathématiques, statistiques et d'ingénierie permettant la résolution de toutes les opérations d'ingénierie et scientifiques courantes. Ces fonctions, développées par des experts en mathématiques, constituent la base du langage MATLAB. Les fonctions mathématiques du noyau MATLAB utilisent les bibliothèques d'algèbre linéaire LAPACK et BLAS, ainsi que la bibliothèque des transformées de Fourier discrètes FFTW. Comme ces bibliothèques dépendantes du processeur sont optimisées pour les différentes plates-formes supportées par MATLAB, elles s'exécutent plus rapidement que le code C ou C++ équivalent.

MATLAB propose les types de fonctions suivants pour l'exécution d'opérations mathématiques et l'analyse de données :

* Manipulation de matrices et algèbre linéaire
* Polynômes et interpolation
* Analyse de Fourier et filtrage
* Analyse de données et statistiques
* Optimisation et intégration numérique
* Équations différentielles ordinaires (ODE)
* Équations différentielles partielles (PDE)
* Opérations sur les matrices creuses

MATLAB peut effectuer des calculs sur une gamme étendue de types de données, incluant les nombres à double ou simple précision et les entiers.

Des boîtes à outils supplémentaires (disponibles séparément) fournissent des fonctions de calcul mathématique spécialisées pour des domaines tels que le traitement du signal, l'optimisation, les statistiques, les mathématiques symboliques, la résolution d'équations différentielles partielles et l'ajustement de courbes.

Tracé montrant la fonction gamma complexe sur le plan complexe, où la hauteur de la surface est le module, ou valeur absolue, et les lignes de contour sont le module et la phase.


Tracé de la fonction complexe atan(z). Des lignes de contour pour les parties réelle et imaginaire sont superposées sur une image couleur montrant l'amplitude et la phase.

Publication de résultats et déploiement d'applications
MATLAB offre un certain nombre de fonctionnalités pour la documentation et le partage de votre travail. Vous pouvez intégrer votre code MATLAB avec d'autres langages et applications, et déployer vos algorithmes et applications MATLAB sous forme de programmes autonomes ou de modules indépendants.

Publication de résultats
MATLAB vous permet d'exporter vos résultats sous forme de tracés ou de rapports complets. Il est possible d'exporter des tracés vers tous les formats de fichiers graphiques courants, puis d'importer les tracés dans d'autres progiciels, tels que Microsoft Word ou Microsoft PowerPoint. À l'aide de l'éditeur MATLAB, vous pouvez publier automatiquement votre code MATLAB aux formats HTML, Word, LaTEX, etc.



Programme MATLAB (à gauche) publié en HTML (à droite) au moyen de l'éditeur MATLAB. Les résultats envoyés vers la fenêtre de commande ou vers des tracés sont capturés et inclus, et les commentaires sont transformés en titres de sections et en corps de texte dans le code HTML.


Pour créer des rapports plus complexes, tels que des exécutions de simulation et des tests de paramètres multiples, vous pouvez utiliser MATLAB Report Generator (disponible séparément).

Intégration de code MATLAB avec d'autres langages et applications
MATLAB offre des fonctions pour l'intégration de code C et C++, de code Fortran, d'objets COM et de code Java avec vos applications. Vous pouvez appeler des DLL, des classes Java et des contrôles ActiveX. En utilisant MATLAB Engine, vous pouvez également appeler MATLAB à partir d'un code C, C++ ou Fortran.

Déploiement d'applications
Vous pouvez créer votre algorithme dans MATLAB et le distribuer à d'autres utilisateurs MATLAB en tant que code MATLAB. Au moyen de MATLAB Compiler (disponible séparément), déployez votre algorithme auprès d'utilisateurs ne disposant pas de MATLAB, sous forme d'application autonome ou de module indépendant à inclure dans votre projet.

Des produits supplémentaires vous permettent de convertir votre algorithme en un objet COM ou macro Excel à implementer directement dans Microsoft Excel ou votre application.



Application d'identification de bruit d'hélicoptère, déployée et exécutée en dehors de MATLAB. L'application, développée en MATLAB, acquiert directement des signaux à partir d'un matériel de mesure, effectue des analyses et des tracés, et inclut des contrôles d'interface utilisateur graphique.