Mathematische Formeln lösen und grafisch darstellen Einstieg in MATLAB

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Die kommerzielle Software MATLAB von MathWorks ist eine Umgebung, mit der mathematische Formeln erstellt und gelöst werden können. Genutzt wird MATLAB für die Analyse von Daten und zum Entwickeln von Modellen und Algorithmen.

Das Tool MATLAB gehört bei vielen Datenwissenschaftlern, Mathematikern und auch Studenten zu den Lösungen, die besonders häufig verwendet werden. Im Fokus von MATLAB steht das Lösen von mathematischen Formeln und der grafischen Darstellung der Ergebnisse. Ein Beispiel ist das Berechnen der Energieerzeugung von Solarmodulen und die damit verbundene Kalkulation.

MATLAB bietet Funktionen von höheren Programmiersprachen und liefert die dazu gehörige Entwicklungsumgebung gleich mit. MATLAB setzt stark auf Matrizen. Viele Hochschulen stellen ihren Studenten MATLAB kostenlos zur Verfügung. Die Software kann aber auch ohne Unterstützung einer Hochschule 30 Tage kostenlos getestet werden. Die Entwickler stellen die Testversion von MATLAB auch als Browser-Variante zur Verfügung.

MATLAB kann Daten importieren, analysieren und die Ergebnisse als Bericht ausgeben. Als Quelle für den Import können verschiedene Daten dienen, zum Beispiel Datenbanken oder Excel-Tabellen, aber auch Hardware wie Sensoren. Beim Importieren von Excel-Tabellen lässt sich während des Vorgangs auch festlegen, welche Spalten und Zeilen in MATLAB genutzt werden sollen. In den Berichten können natürlich auch die Grafiken integriert werden, die in MATLAB auf Basis der erstellten Formeln hinterlegt wurden.

Erste Schritte mit MATLAB

Nach der Installation von MATLAB steht die grafische Oberfläche direkt zur Verfügung. Natürlich ist es möglich, auch Befehle direkt in der Oberfläche einzugeben, ohne auf Elemente der grafischen Oberfläche setzen zu müssen. Für die Berechnung von Formeln und der Analyse von Daten können natürlich auch Daten importiert werden. Die Visualisierung erfolgt mit den integrierten Plottern in MATLAB.

Nach dem Start von MATLAB finden sich im oberen Bereich zunächst die vier Registerkarten „HOME“, „PLOTS“, „APPS“ und „FIGURE“. Während der Arbeit mit MATLAB können weitere Registerkarten hinzukommen, zum Beispiel beim Importieren von Daten. Unterhalb der verschiedenen Registerkarten findet sich ein Menüband mit den passenden Befehlen und Optionen. Bei „Command Windows“ werden die Formeln, Variablen und Befehle eingegeben, die mit MATLAB genutzt werden.

Um sich einen Überblick zu MATLAB zu verschaffen, steht zunächst ein zehn Minuten langes Tutorial von Mathworks zur Verfügung. Für den Download von MATLAB wird ein Konto bei MathWorks benötigt. Nach dem Anlegen des Kontos versendet MathWorks auch E-Mails mit Links zu Online-Kursen zu MATLAB. Diese sind in den meisten Fällen in englischer Sprache verfügbar.

Schneller Einstieg durch MATLAB-Tutorial

Formeln und die Definition von Variablen werden im Befehlszeilen-Fenster eingegeben. Danach erscheinen die definierten Variablen und andere Werte bei „WORKSPACE“ auch im linken unteren oder rechten unteren Bereich, abhängig davon, wie die Oberfläche konfiguriert wurde. Im oberen Bereich sind bei „CURRENT FOLDER“ die Dateien zu finden, die beim aktuellen MATLAB-Projekt genutzt werden.

Wird im Befehlszeilen-Bereich zum Beispiel „X=2“ eingegeben, wird die Variable „X“ mit dem Wert 2 erstellt. Das Ergebnis des Befehls wird im Fenster angezeigt, die Variable wird bei „WORKSPACE“ hinterlegt. Auf diesem Weg können die im aktuellen Projekt notwendigen Variablen direkt im Befehlszeilen-Fenster hinterlegt werden, zum Beispiel noch „Y=2“.

Aus der Befehlszeile heraus können aus den entsprechenden Formeln auch Plots und andere grafische Objekte erstellt werden. Die Einstellungen dazu finden sich auf der Registerkarte „FIGURE“. Eine Beispielberechnung findet sich in den Beispieldateien zu MATLAB, inklusive der dazu notwendigen Befehle.

Die ersten Formeln interaktiv eingeben

Die hinterlegten Variablen lassen sich im Befehlszeilenfenster weiternutzen. Wurden, wie oben beschrieben, die Variablen X und Y definiert, können direkt im MATLAB-Fenster auch Berechnungen erstellt werden, zum Beispiel „X*Y“. Das Ergebnis wird ebenfalls direkt im Fenster angezeigt. Hier muss auch darauf geachtet werden, dass MATLAB auf Groß- und Kleinschreibung achtet.

Mit MATLAB können auch interaktiv Algorithmen entwickelt werden. Um aus Formeln eine Grafik zu erstellen, wird der Befehl „plot“ verwendet. MATLAB bietet zahlreiche integrierte Variablen, die jederzeit genutzt werden können. Beispiele dafür sind „year“, „pi“ oder „date“. Es gibt aber zahlreiche weitere, die durch IntelliSense auch vervollständigt werden.

Die Umgebung bietet hier auch eine IntelliSense-Funktion, kann Befehle also vervollständigen, sobald die ersten Buchstaben eingegeben wurden. Soll der Workspace gelöscht werden, kann mit „clear all“ im Befehlszeilenfenster der ganze Inhalt inklusive der gespeicherten Variablen entfernt werden. Der Inhalt des Befehlszeilenfensters wird mit „clc“ gelöscht.

MATLAB lässt sich auch mit zusätzlichen Apps erweitern. Diese stehen zum großen Teil kostenlos zur Verfügung und lassen sich über die Registerkarte „APPS \ Get More Apps“ installieren. Über die Schaltfläche „Add“ wird die Erweiterung hinzugefügt und steht anschließend zur Verfügung. Auf dem gleichen Weg ist es möglich, Erweiterungen wieder zu deinstallieren.

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