Введение
В наши дни компьютерная математика получила должную известность и интенсивно развивается как передовое научное направление на стыке математики и информатики. Это нашло отражение в крупной монографии и в целом ряде книг и обзоров автора данной книги, начавшего осваивать это направление еще в начале 80-х гг. прошлого века.
Программируемые микрокалькуляторы и персональные компьютеры уже давно применяются для математических расчетов. Для подготовки программ использовались различные универсальные языки программирования. В начале 90-х гг. на смену им пришли специализированные системы компьютерной математики (СКМ).
Среди них наибольшую известность получили системы Eureka, Mercury, Mathcad, Derive, Mathematica 2/3/4, Maple V R3/R4/R5 и Maple 6 и др. Каждая из этих систем имеет свои достоинства и недостатки и заслуживает отдельного рассмотрения. Повышенный интерес наших пользователей к подобным системам подтверждают результаты выпуска в последние годы целого ряда книг на русском языке, посвященных указанной теме. В списке литературы данной книги даны лишь основные из этих публикаций. За рубежом по каждой серьезной СКМ на web-сайтах их разработчиков можно найти перечни, включающие сотни наименований книг.
В данной книге рассматривается система MATLAB®, прошедшая многолетний путь развития от узко специализированного матричного программного модуля, используемого только на больших ЭВМ, до универсальной интегрированной СКМ, ориентированной на массовые персональные компьютеры класса IBM PC и Macintosh и рабочие станции UNIX и имеющей мощные средства диалога, графики и комплексной визуализации. MATLAB представляет собой хорошо апробированную и надежную СКМ, рассчитанную на решение самого широкого круга математических задач с представлением данных в универсальной (но не навязываемой пользователям) матричной форме, предложенной фирмой Math Works, Inc.
Система MATLAB предлагается разработчиками (фирма Math Works, Inc.) как лидирующий на рынке, в первую очередь в системе военно-промышленного комплекса, в аэрокосмической отрасли и автомобилестроении, язык программирования высокого уровня для технических вычислений с большим числом стандартных пакетов.прикладных программ. Система MATLAB вобрала в себя не только передовой опыт развития и компьютерной реализации численных методов, накопленный за последние три десятилетия, но и весь опыт становления математики за всю историю человечества. Около миллиона легально зарегистрированных пользователей уже применяют эту систему. Ее охотно используют в своих научных проектах ведущие университеты и научные центры мира. Популярности системы способствует ее мощное расширение Simulink, предоставляющее удобные и простые средства, в том числе визуальное объектно-ориентированное программирование, для моделирования линейных и нелинейных динамических систем, а также множество других пакетов расширения системы.
К сожалению, в России неоправданно мало публикаций по системе MATLAB. Помимо обзоров и первой книги по этой системе, в течение ряда лет серьезных изданий, посвященных MATLAB, практически не было. Наконец, в 1997-1999 гг. появились книги, содержащие перевод части фирменных справочников по системе MATLAB 4.0/5.2. При этом книга описывает лишь отдельные средства упрощенной студенческой версии системы MATLAB 5.0. Стали появляться и книги по пакетам расширения этой системы, и учебные курсы по системе MATLAB. Между тем за рубежом системе MATLAB посвящены сотни книг (их список можно найти на Web-узле фирмы Math Works, Inc., разработавшей эту систему), и еще сотни книг посвящены системе Maple V Release 5, ядро которой входит в состав пакетов расширения MATLAB 6.
Таким образом, интерес к системе MATLAB остается у нас неудовлетворенным. Особенно это относится к учебной литературе по новейшим реализациям системы MATLAB, в первую очередь MATLAB 6. Система MATLAB 6.0 появилась в конце 2000 г., а система MATLAB 6.1 (в которой весьма существенно переработаны пакеты расширения, но в ядро системы добавлены лишь две команды для работы со звуком и команда strfind, дополняющая возможности подробно описанной в книге функции findstr) – в июле 2001 г. MATLAB 6 является последней (на момент подготовки рукописи этой книги) реализацией системы MATLAB. В новой реализации системы не только расширены ее возможности, но и радикально переработан и улучшен интерфейс пользователя, существенно обновился состав пакетов расширений.
Хотя учебный курс по MATLAB 5.3 был выпущен в начале 2001 г., на момент подготовки рукописи данной книги публикаций по новейшей версии MAT-LAB 6 на русском языке вообще не было. Настоящая книга призвана ликвидировать этот пробел. Она подготовлена на основе существенно переработанного учебного курса, но в отличие от него посвящена уже новейшей 12-й реализации системы MATLAB, известной также как MATLAB 6. MATLAB 6 сразу получила широкую известность у нас в России. Как это ни печально, известность пришла во многом благодаря появлению большого числа "пиратских" компакт-дисков, содержащих полные и вполне работоспособные поставки MATLAB 6.0 со всеми ее дорогостоящими пакетами расширения (но, естественно, без русскоязычной документации).
Данный самоучитель представляет собой учебный курс по системе MATLAB 6, построенный в виде доступных и органично связанных друг с другом уроков. Описание пакетов расширения MATLAB ввиду большого объема материала по ним было решено вынести в отдельную книгу. При этом предполагаются ее существенно переработанные переиздания, посвященные каждой из версий MATLAB 6. Кроме того, существует учебный курс издательства "Питер" по визуальному моделированию в среде MATLAB, фокусирующийся на средствах Simulink. Впрочем, некоторые примеры применения пакетов расширения в данный самоучитель включены, как и довольно подробный обзор этих пакетов (урок 23).
Отличия новой реализации MATLAB 6 от предшествующих версий 5.* настолько значительны, что вряд ли стоит пользоваться настоящим изданием для знакомства с предшествующими версиями MATLAB. Читателям, использующим MATLAB 5.*, в том числе любителям Macintosh, VAX/micro VAX и SunOS, можно рекомендовать уже упомянутую ранее изданную литературу по этим системам, все еще верой и правдой служащим многим пользователям. MATLAB 5 – развивающаяся система, которая будет обслуживать пользователей RISC- и VAX-станций Compaq в системах реального времени, пользователей компьютеров Apple, компьютеров на базе процессоров семейства Motorola 68000 и всех тех, кому важна совместимость с Macintosh, Next или RISC-серверами и рабочими станциями под управлением OpenVMS. Новейшие патчи к системам MATLAB 5 можно всегда получить с web-узла фирмы Math Works.
Оглавление самоучителя может служить подробным тематическим указателем, а помещенный в конце самоучителя алфавитный указатель поможет читателю быстро найти интересующие его сведения. Операторы и функции MATLAB 6 описаны настолько подробно, что самоучитель может служить руководством пользователя по этой системе. В целом самоучитель имеет вполне законченный характер и полезен всем, кто собирается изучать или уже использует любую реализацию системы MATLAB 6.
Предупреждение
Работа с такой мощной математической системой, как MATLAB 6, несомненно, требует от читателя знания основ математики. Без этого невозможно гарантировать правильное применение используемых в системе методов и корректность получаемых результатов. В связи с этим следует отметить, что данный самоучитель не является справочником по математике, численным методам вычислений и даже по самой системе. Он представляет собой лишь учебный курс по этой системе. Поэтому многие математические методы в нем описаны кратко, а некоторые (в основном узкоспециализированные) лишь упоминаются. Недостающие сведения можно найти в литературе.