Lekce 1 - Seznámení s uživatelským prostředím

MATLAB je unikátní a také universální prostředí pro řešení složitých matematických, fyzikálních či (mnou oblíbených ) biomedicínských problémů. Nabízí ale také vývojové prostředí, ve kterém můžete vytvořit programy, které budou řešit daný problém s vámi zadanými parametry. Upřímně řečeno s ním můžete řešit absolutně cokoliv. Hlavním kouzlem MATLABu je, že nemusíte řešit, jak to naprogramujete, ale stačí vám vědět, co programujete. Program sám o sobě má nějaké hlavní jádro, ke kterému jsou připojeny další pluginy či knihovny (zvané Toolboxy), které obsahují předem naprogramované funkce. Ty pak stačí už jen používat. Základní verze již většinou zahrnují velké množství těchto Toolboxů. Soustředíte se tedy pouze na váš problém a všechno jde hned snáz.

MATLAB není vůbec levnou záležitostí. Ceník naleznete například zde. Většina technických škol v ČR poskytuje svým studentům školní licenci.

Historie

MATLAB byl vytvořen na konci sedmé dekády dvacátého století a to profesorem, z katedry informačních technologií na univerzitě v Novém Mexiku, Clevem Molerem. Vytvořil jej proto, aby jeho studenti mohli používat složitější matematické operace bez nutnosti znát nějaký programovací jazyk, ve kterém byly počty ještě o mnoho složitější. Po tom, co se rozšířil i na další univerzity a stal se tak známým, byl MATLAB přepsán do jazyka C a stal se plnohodnotným produktem, který nabídla na trh firma Mathworks a dodnes jej stále vyvíjí.

Na počátku své kariéry, a to v roce 1985, kdy byla vydána první verze pro stolní počítače, měl MATLAB poměrně velké problémy s pamětí, která byla na těchto strojích dostupná, protože to omezovalo maximální velikosti pracovních dat, tedy matic, které jsou základem MATLABu. S postupným vývojem silnějších počítačů se vyvíjel samozřejmě i MATLAB a velký pokrok nastal, když přišla na trh verze MATLABu 386, která dokázala pracovat s virtuální pamětí, která pak značně překračovala skutečnou paměť a díky tomu bylo možné vyřešit i problém s velikostmi matic, ovšem toto řešení zpomalilo rychlost výpočtů.

Seznámení s uživatelským prostředím

Takto vypadá uživatelské rozhraní MATLABu. Ale nebojte, pokud se vám to nelíbí, nastavení nabízí spoustu dalších možností. Na obrázku vidíte, většinou, základní rozložení a to, že MATLABovský editor kódu (1) je přímo uprostřed hlavního okna. Dá se to samozřejmě změnit, pokud by vám to překáželo, ale jde o to, že všechny textové výstupy vašeho skriptu se vypisují do Command Window (2), které je na obrázku hned pod editorem. Dle mého je to takto daleko přehlednější. Popíši vám tedy, co které okno znamená.

• Hlavní okno je složeno z několika funkčních bloků, které obsahují informace o všem možném a také funkce, týkající se vašeho programování. Hlavní okno má tři záložky funkcí a ty jsou na obrázku označeny hnědou barvou. Záložky ohraničeny žlutou barvou náleží editoru kódu. Tyto záložky ovšem nemusí být součástí hlavního okna, pokud máte editor odděleně.
• Červenou barvou ohraničená kolonka s lokální adresou určuje místo, kam se ukládají vaše skripty, vytváří nebo odkud se načítají soubory (pokud s nimi váš skript pracuje). Jedná se o absolutní cestu k vaší pracovní složce, v MATLABu nazývané Current Folder (3).
• V levé části je průzkumník dané adresy (Current Folder (3)), ze kterého můžete rychle přistupovat k souborům v pracovní složce.
• Podokno Command Window je MATLABovskou obdobou konzole. Vaše programy jsou v podstatě konzolovými aplikacemi MATLABu. Pokud ovšem váš program zahrnuje vykreslení grafů či jiných grafických zobrazení, otevřou se v oknech zvaných Figures, která jsou buď okna samostatná nebo jako bloky zapuštěné do hlavního okna.
• Podokno Workspace (4) je zjednodušeně řečeno otiskem paměti. Zobrazuje veškeré proměnné, jejich rozměry a hodnoty, datové typy a mnoho dalšího. A docela užitečné je, že záložka HOME nabízí možnost uložit hodnoty z tohoto okna do souboru. Ukládat proměnné z Workspace je také možné jednotlivě, a to pomocí příkazů či kontextového menu vyvolaného po pravém kliknutí myši.

Způsoby práce

V MATLABu můžete pracovat dvěma způsoby a to:

• Postupným zápisem do Command Window.
  • Existuje možnost ukládat veškerý váš postup tak, že než začnete, použijete příkaz diary <název souboru.přípona> (např. diary test.txt) a až skončíte, vypnete logování příkazem diary off. Vhodný způsob, když nepracujete s žádnými soubory a jen potřebujete něco vypočítat.
• Vytvořením skriptu a jeho následným spuštěním.
  • Máte skript stále před sebou
  • Můžete přidávat komentáře
  • Možnost spouštět pouze části skriptu
  • Můžete svůj skript debugovat!

Nejužitečnější pomůcka - Nápověda alias klávesa F1

• Kdykoliv si nebudete vědět rady, použijte nápovědu (Magická klávesa F1)!
• Pokud půjde o argumenty ve funkci, označte si požadovanou funkci a zmáčkněte F1, MATLAB vám to poví. Nápověda je funkční i offline.
• Případně je možné použít příkaz help <název_funkce>, např.: help diary, který vám vypíše do Command Window popis dané funkce. Použití klávesy F1 je ovšem výhodnější v tom, že vám otevře nápovědu v novém okně a v jistém grafickém formátování, s případnými návrhy souvisejících funkcí.

Pár problémů, které uživatelé často hledají

• Jak změnit velikost písma?
  • Záložka HOME -> Preferences -> Fonts ->a hned v prvním řádku je v prvé části vysouvací seznam, ze kterého si vyberte požadovanou velikost.
• Jak zrušit automatické zalamování komentářů?
  • Záložka HOME -> Preferences -> Editor/Debugger -> Language -> Blok "Comment Formatting" -> a odškrtněte "Wrap comments automatically while typing".
• Jak změnit rozložení hlavního okna?
  • Záložka HOME -> Layout -> a pak zde již je několik předpřipravených rozložení nebo si můžete rozložit okna dle svého.

Pár dodatků na závěr

• Pokud budete chtít svůj skript spustit, musí se soubor skriptu nacházet v Current Folder!
• Neumíte-li nalézt editor, otevírá se po otevření nového skriptu a to buď ze záložky HOME či klávesovou zkratkou Ctrl + N.
• Velkou změnou bude pro všechny programátory, že každý zápis řetězce je ohraničen apostrofy na místo uvozovek.
• Celý váš program, který napíšete v editoru a spustíte, se vám vypíše do Command Window.
• Máte rádi středníky? Pokud jej ve vašem skriptu zapomenete, vesměs se nic nestane, ale pokud jde o jakoukoliv definici proměnné či přiřazení nové hodnoty k proměnné a vy daný příkaz neukončíte středníkem, bude celý obsah proměnné vypsán do Command Window (což může mít za následek značné problémy, zvláště když pracujete s velkými objemy dat, např. obrazovými maticemi).
• Pokud už se Vám podaří spustit něco a uvidíte, že jste udělali chybu, např. výše zmíněný výpis 1000000000 hodnot do Command Window nebo jednoduché zacyklení, klikněte do Command Window a použijte klávesovou zkratku Ctrl + C, která zapřičiní zastavení skriptu.

V dalším dílu si rozebereme základní systém psaní skriptů a samozřejmě příkazy.