Über die Autoren

Jim Sizemore ist Professor für Physik und Ingenieurwesen mit einem Master of Science in Physik von der Universität von Kalifornien – San Diego – und einem PhD in Materialwissenschaften von der Stanford Universität. Er arbeitete lange in der Halbleiterindustrie, wo er sich in vielen Projekten insbesondere mit Diffusion und Oxidation, Widerstandskraft gegen Strahlung sowie Optoelektronik beschäftigte. Nach seiner Karriere in der Privatwirtschaft wendete er sich verstärkt der Lehre zu und ist gegenwärtig Professor für Physik und Ingenieurwesen am Tyler Junior College in Tyler, Texas. Dort initiierte er einen populärwissenschaftlichen Club, in dem Studenten mehrere Projekte entwerfen und umsetzen konnten, zum Beispiel ein Zwei-Meter-Trébuchet (riesige Steinschleuder), falls sie mal in die Verlegenheit kommen, eine umliegende Burg anzugreifen. Aktuell lehrt er auch Programmieren für Ingenieure mit MATLAB als primärer Programmiersprache. Schauen Sie gern mal auf http://iteach.org/funphysicist/ nach. Zwar liebt er lehren und lernen, fotografiert aber auch gern und fährt Fahrrad.

John Paul Mueller ist freier Autor und technischer Herausgeber. Das Schreiben liegt ihm im Blut: Er hat bis heute 96 Bücher und etwa 300 Artikel herausgegeben. Die Themen reichen von Netzwerken bis hin zu künstlicher Intelligenz oder von Datenbankadministration bis hin zur Programmierung. Einige seiner jüngsten Bücher sind Python for Beginners, ein JavaScript-eLearning-Set, ein Buch über HTML5-Entwicklung mit JavaScript und ein weiteres über CSS3. Seine Erfahrung als Herausgeber hat schon mehr als 60 Autoren geholfen, ihre Manuskripte zu verfeinern und zu verbessern. Die Entwicklung im Bereich MATLAB verfolgt er seit etwa einer Dekade. Als technischer Herausgeber war John für die Magazine Data Based Advisor und Coast Compute tätig. Während seiner Zeit bei Data Based Advisor kam er zum ersten Mal mit MATLAB in Kontakt und hat seitdem die Entwicklung der Software hautnah verfolgt. Schauen Sie gern mal bei seinem Blog herein unter http://blog.johnmuellerbooks.com.

Wenn John nicht am Computer sitzt, finden Sie ihn draußen im Garten, beim Bäumeschneiden oder während er einfach so die Natur genießt. John stellt auch gern Wein her, backt Kekse und strickt. Wenn er nicht etwas anderes tut, stellt er Glyzerinseife und -kerzen her, die in Geschenkkörben für Freude sorgen. Sie erreichen John unter john@johnmullerbooks.com. John erstellt auch gerade eine Webseite unter http://www.johnmullerbooks.com. Schauen Sie gern mal rein und geben Sie John Hinweise und Tipps, was er verbessern kann – und was Ihnen schon jetzt gefällt.

Über den Übersetzer

Karl-Kuno Kunze erwarb Diplome in Physik und in Wirtschaftsphysik, ein DEA de Physique des Liquides der Universität Paris und ein MSc in Mathematical Finance der Universität Oxford. Er promovierte zunächst in theoretischer Physik, dann in Wirtschaftswissenschaft. Nach über zehnjähriger Praxis in der Anwendung quantitativer Modelle in der Finanzwirtschaft ist er jetzt Professor für Wirtschaftsmathematik und -statistik an der Ostfalia Hochschule Braunschweig/Wolfenbüttel und leitet das R Institute (www.r-institute.com). Das R Institute bietet neben einer Plattform für professionelle Anwender der Software R Hosting für Web-Anwendungen zur Datenanalyse mit R sowie Analytics als Managed Service – quasi als externe Statistik-Abteilung – an. Darüber hinaus veranstaltet es Schulungen im Bereich Datenanalyse, Finanzmarktstatistik und Predictive Analytics und bietet Support und Qualitätssicherung für Projekte mit R. Sowohl R als auch MATLAB sind aus diesen Bereichen nicht wegzudenken.

Für die »Für Dummies«-Reihe hat Karl-Kuno bereits »R für Dummies« ins Deutsche übersetzt und »Ökonometrie für Dummies« als Koautor mitgeschrieben. An dieser Stelle sei dem Wiley Verlag, insbesondere Vanessa Schweiß und Kerstin Tüchert, für die angenehme Zusammenarbeit gedankt.

Sie finden alle MATLAB-Beispiele zu diesem Buch auf der Webseite http://www.r-institute.com/matlab_fuer_dummies. Hier finden Sie auch alle Verknüpfungen zu den Online-Ressourcen im Buch. Sollten Sie Fragen oder Anmerkungen haben, schreiben Sie gern an mail@r-institute.com.

Über den Fachkorrektor

Jan-Peter Ismer ist Berater für die Finanzindustrie und arbeitet mit MATLAB seit 2004. Er ist Physiker (Diplom), Informatiker (B.Sc.) und durch die PRMIA zertifizierter Professional Risk Manager.Während seiner Promotion in theoretischer Physik hat er Hochtemperatursupraleitung mithilfe von MATLAB untersucht. Nach etwa fünf Jahren als Berater ist er seit Kurzem Geschäftsführer der Unternehmensberatung RAppLify. Seine Projekte sind meist im Bereich quantitatives Risikomanagement angesiedelt. Dabei kommt auch immer wieder MATLAB zum Einsatz. Außerdem unterrichtet er als Fachmentor an der FernUniversität in Hagen Informatik. Er lebt mit seiner Frau und seinem Sohn in Berlin.

Einleitung

MATLAB ist ein großartiges Produkt, mit dem Sie alle möglichen quantitativen Arbeiten durchführen können. Dabei verwenden Sie im Wesentlichen dieselben Methoden, als würden Sie per Hand arbeiten (zum Beispiel mit Papier und Bleistift, einem Rechenschieber, einem Abakus und natürlich einem Taschenrechner). MATLAB kann das aber mit einer Geschwindigkeit, die Computern vorbehalten bleibt. Darüber hinaus machen Sie mit MATLAB weniger Fehler, ersparen sich so manchen Umweg und werden generell effizienter. Demgegenüber verfügt MATLAB über eine riesige Methodenvielfalt und liefert Ihnen Funktionalitäten, die Sie bisher wahrscheinlich noch nie benutzt haben. Beispielsweise können Sie über die reine Zahlenwelt hinausgehen, indem Sie Ihre Ergebnisse auf verschiedenste Weise grafisch aufbereiten und so noch besser kommunizieren können. Damit Sie von all dem gebührlich profitieren können, brauchen Sie nur noch ein Buch wie MATLAB für Dummies. Und hier ist es!

Über dieses Buch

Die Hauptaufgabe von MATLAB für Dummies ist, die Lernkurve, welche bei Programmen wie MATLAB mit so vielen Möglichkeiten naturgemäß steil ist, etwas flacher zu machen. Wenn Sie MATLAB zum ersten Mal öffnen, sind Sie wahrscheinlich überwältigt. Mit diesem Buch kommen Sie über diesen ersten Schock hinaus und werden so schnell produktiv, dass Sie sich schon sehr bald wieder Ihrer Lieblingsbeschäftigung widmen können: in Mathematik zu glänzen.

Darüber hinaus will Sie dieses Buch auch an Techniken heranführen, die Sie wahrscheinlich noch gar nicht kennen oder vermisst haben, weil Sie sie vorher noch nicht gesehen haben. Zum Beispiel verfügt MATLAB über ein reichhaltiges Angebot von Grafik-Funktionen, die Ihnen nicht nur die Kommunikation erleichtern, sondern auch dabei helfen, anderen Ihren quantitativ fundierten Standpunkt noch besser nahezubringen. Mit den Skripten und Funktionen können Sie Ihre Arbeit noch weiter erleichtern. In diesem Buch lesen Sie, wie Sie individuellen Code schreiben und MATLAB Ihren persönlichen Bedürfnissen anpassen.

Nachdem Sie erfolgreich MATLAB auf Ihrem Rechner installiert haben, beginnen Sie mit den Grundlagen und arbeiten sich dann schrittweise voran. Wenn Sie dann Ihren Weg durch die Beispiele in diesem Buch gemacht haben, können Sie eine Reihe von einfachen und nicht mehr ganz so einfachen Arbeiten ausführen. Dazu gehören Skripte schreiben, Funktionen erstellen, Grafiken entwerfen und Gleichungen lösen. Sie werden sicher noch kein Experte sein, aber immerhin werden Sie MATLAB mit Freude und Erfolg in Ihren Arbeitsalltag integrieren können.

Damit Sie die dargestellten Konzepte noch besser aufnehmen können, verwenden wir im Buch folgende Konventionen:

Text, den Sie so, wie er dasteht, eingeben sollen, erscheint fett. Die einzige Ausnahme sind die Kochrezepte: Da jeder einzelne Schritt fett gedruckt ist, wird der einzugebende Text normal gedruckt.

Wenn Sie in einem einzugebenden Text Wörter in kursiver Schrift lesen, ersetzen Sie sie durch etwas, was für Ihren Fall zutrifft. Wenn Sie also »Geben Sie Ihren Namen ein und drücken Sie ENTER« lesen, ersetzen Sie bitte Ihren Namen durch Ihren Namen.

Webadressen und Programm-Code erscheinen in monofont. Sollten Sie die digitale Version dieses Buches lesen und mit dem Internet verbunden sind, können Sie auf die Adresse klicken, um die Webseite aufzurufen, etwa so: http://www.fuer-dummies.de.

Wenn Sie Abfolgen von Anweisungen eingeben sollen, erscheinen diese durch einen speziellen Pfeil separiert, etwa so: Datei ➪ Neue Datei. In diesem Fall klicken Sie zunächst auf Datei in der Menüzeile und anschließend auf Neue Datei. Im Ergebnis haben Sie dann eine neue Datei erzeugt.

Törichte Annahmen über die Leser

Sie werden kaum glauben können, dass wir Annahmen über Sie getroffen haben – immerhin sind wir uns noch nicht begegnet! Insofern sind die meisten unserer Annahmen sicher tatsächlich töricht, die folgenden waren aber einfach nötig, um mit dem Buch überhaupt anfangen zu können.

Es ist wichtig, dass Sie sich mit dem Betriebssystem auskennen, auf dem Sie arbeiten. Dazu sagt dieses Buch nämlich gar nichts. Wie Sie MATLAB installieren, lesen Sie allerdings schon – in Kapitel 2. Um Ihnen so viele Informationen wie möglich über MATLAB zu liefern, verzichten wir völlig auf plattformspezifische Details. Wir setzen also voraus, dass Sie Anwendungen installieren, diese verwenden und mit der von Ihnen verwendeten Plattform umgehen können, bevor Sie die Arbeit mit diesem Buch beginnen.

Das Buch ist keine Mathe-Nachhilfe. Es stimmt zwar, dass Sie darin viele Beispiele komplexer mathematischer Zusammenhänge sehen, das Hauptaugenmerk liegt jedoch darauf, Ihnen den Einsatz von MATLAB für diese Themen vorzustellen. In Kapitel 1 lesen Sie mehr darüber, was Sie genau an mathematischen Vorkenntnissen brauchen, um erfolgreich mit diesem Buch arbeiten zu können.

Wir setzen voraus, dass Sie Zugang zum Internet haben. Über den ganzen Text verstreut gibt es zahlreiche Hinweise auf Online-Material, das Ihnen das Lernen noch angenehmer und abwechslungsreicher macht. Damit die Quellen Ihnen nützen, müssen Sie allerdings die Möglichkeit haben, darauf zuzugreifen.

Die Symbole in diesem Buch

Beim Lesen des Buches werden Ihnen immer wieder Symbole am Rand auffallen, die Ihnen spannende (oder nicht so spannende) Aspekte und Themen aufzeigen. Hier sind die einzelnen Symbole mit Erklärungen.

Tipps sind ganz nützlich, denn sie sparen Ihnen entweder Zeit oder zeigen Ihnen, wie Sie eine Aufgabe ohne große Umwege lösen können. Die Tipps in diesem Buch machen Sie mit eleganten oder schnellen Techniken vertraut oder verweisen Sie auf weiterführendes Material, das Sie gern ausprobieren können, um MATLAB auszureizen.

Natürlich wollen wir hier nicht die übervorsichtigen Eltern geben, die ihr Kind auf dem Spielplatz keine Sekunde loslassen. Was mit diesem Zeichen versehen ist, sollten Sie allerdings meiden. Sie könnten sonst Programme produzieren, die nicht richtig funktionieren, oder schlimmer noch: falsche Ergebnisse produzieren, ohne es zu merken, oder noch schlimmer: Daten verlieren.

Immer wenn Sie dieses Symbol sehen, können mehrere Dinge passieren. Es wird sehr langweilig oder sehr spannend. Langweilig kann es werden, weil diese Information Ihnen gerade nicht viel hilft und auch sonst nicht lebensnotwendig ist. Spannend kann es werden, weil gerade dieses Stück Ihnen gefehlt hat, ein lange bearbeitetes Problem elegant zu lösen. Sehen Sie also weg, wann immer Sie mögen, und sehen Sie hin, wann immer Sie mögen.

Selbst wenn Sie sonst gar nichts aus einem Kapitel oder Abschnitt mitnehmen: Was hier steht, sollten Sie beherzigen. Neben diesem Symbol steht entweder eine bestimmte Vorgehensweise oder eine kleine Information, die für die erfolgreiche Arbeit mit MATLAB unbedingt nötig ist.

Über das Buch hinaus

Dieses Buch ist nicht das Ende der MATLAB-Show – es ist erst der Anfang! Folgende Ressourcen halten weiteres Material für Sie bereit, damit Sie noch mehr Nutzen aus MATLAB für Dummies ziehen können. Auf diese Weise können wir auf Mails von Ihnen reagieren und schreiben, wie sich Updates von MATLAB oder Zusatzpaketen auf den Inhalt des Buches auswirken. Folgende coole Sachen warten auf Sie:

Updates: Die Welt dreht sich immer weiter, und auch MATLAB wird kontinuierlich weiterentwickelt. Da kann es passieren, dass wir die eine oder andere Entwicklung beim Schreiben des Buches nicht vorausgesehen haben und jetzt nachjustieren müssen. Früher bedeutete dies, dass ein Buch veraltete und man die nächste Auflage kaufen musste. Heute gehen Sie einfach ins Internet und laden sich Aktualisierungen herunter: http://www.dummies.com/extras/matlab (englisch)

Darüber hinaus sind Sie auch herzlich eingeladen, den Blog von John Mueller unter http://www.johnmuellerbooks.com zu besuchen. Hier finden Sie Antworten auf Leserfragen und zum Buch gehörende Tipps und Tricks (englisch).

Begleitmaterial: Mal ehrlich: Wer hat schon Lust, den Code im Buch abzutippen und alle Grafiken nachzubauen? Die meisten Leser würden doch Ihre Zeit lieber nutzen, um mit MATLAB zu arbeiten und zu sehen, welche interessanten Dinge es für sie tun kann. Ein Schreibmaschinenkurs ist nicht so angesagt. Zum Glück stehen die Beispiele im Buch zum Herunterladen bereit. So können Sie sich voll auf das Lesen und Verstehen des Buches konzentrieren. Die Dateien finden Sie unter www.downloads.fuer-dummies.de.

Sie finden alle Programm-Beispiele zu diesem Buch und Verknüpfungen zu Online-Ressourcen auch unter der Webseite http://www.r-institute.com/matlab_fuer_dummies.

Wie es weitergeht

Es ist Zeit für das MATLAB-Abenteuer! Wenn Sie hinsichtlich MATLAB bei null anfangen, ist es am besten, wenn Sie mit Kapitel 1 anfangen und sich dann in Ihrem eigenen Tempo durch das Buch arbeiten. So können Sie so viel Material aufsaugen wie möglich.

Wenn Sie zwar ein Neuling sind, aber unter Zeitdruck stehen und aus irgendeinem Grund so schnell wie möglich mit MATLAB loslegen wollen, springen Sie gleich zu Kapitel 2, obwohl Ihnen dann später ein paar Sachen verwirrend vorkommen können. Gleich mit dem dritten Kapitel zu beginnen könnte funktionieren, wenn Sie MATLAB bereits installiert haben, wir empfehlen jedoch dringend, Kapitel 2 wenigstens einmal querzulesen, damit Sie wissen, welche Konventionen wir im Buch verwenden.

Leser mit etwas Erfahrung in MATLAB können Lesezeit sparen, indem Sie direkt zu Kapitel 5 springen. Wenn Fragen aufkommen, können Sie immer noch zurückblättern. Es ist jedoch essenziell, dass Sie die eine Technik verstanden haben, bevor Sie zur nächsten weitergehen. Jede Technik, jedes Code-Beispiel und jede Vorgehensweise hält wichtige Informationen für Sie bereit. Wenn Sie allzu beherzt durch das Buch springen, könnten Sie wesentliche Inhalte verpassen.

Teil I

Erste Schritte mit MATLAB

Kapitel 1

MATLAB mit seinen vielen Möglichkeiten kennen lernen

In diesem Kapitel…

Verstehen Sie, wie Sie MATLAB einsetzen, um mathematische Aufgaben zu lösen.

Sehen Sie, wo MATLAB überall eingesetzt wird.

Entdecken Sie, wie Sie das meiste aus MATLAB herausholen.

Erklimmen Sie die Lernkurve.

Mathematik ist die Basis all unserer Wissenschaften und zum Teil sogar der Künste. In der Tat kann Mathematik selbst eine Ausprägung von künstlerischer Arbeit sein – denken Sie nur an die Schönheit von Fraktalen (die grafische Darstellung von bestimmten Gleichungen). Auf der anderen Seite kann Mathematik auch recht abstrakt wirken und sehr schwierig und komplex erscheinen. MATLAB macht die Arbeit mit Mathematik leichter. Sie können MATLAB verwenden, um quantitative Aufgaben zu bearbeiten, wie

Numerische Berechnungen

Visualisierung

Programmierung

Dieses Kapitel macht Sie mit MATLAB vertraut, dem Softwarepaket für verschiedenste mathematische Aufgaben. Hier lernen Sie die Rolle kennen, die MATLAB dabei spielen kann, die Komplexität mathematischer Fragestellungen zu reduzieren oder quantitative Zusammenhänge für andere besser verständlich zu machen. Sie werden auch feststellen, dass MATLAB schon jetzt von einer großen Zahl von Unternehmen, Institutionen und Organisationen verwendet wird, um damit echte Probleme exakt und effizient zu lösen. Es ist sicher interessant zu sehen, wie Sie die verschiedenen Anwendungsfälle auf Ihren Arbeitsalltag übertragen können.

Weil MATLAB so mächtig ist, hat es eine recht steile Lernkurve. In diesem Kapitel lernen Sie deshalb auch, wie Sie die Kurve flacher machen können, um schneller produktiv und kreativ zu werden. Je weniger Zeit Sie für das Lernen aufwenden, desto mehr Zeit bleibt für die Anwendung auf Ihr jeweiliges Anwendungsfeld und desto besser werden Ihre Ergebnisse. Probleme schnell und exakt zu lösen ist das über allem stehende Ziel von MATLAB.

MATLAB einordnen

In MATLAB geht es um Mathematik. Ja, es ist ein mächtiges Werkzeug, und ja, es verwendet eine eigene Sprache, um das Lösen mathematischer Probleme schneller, leichter und konsistenter zu machen. Am Schluss liegt das Hauptaugenmerk von MATLAB jedoch auf Mathematik. Sie können zum Beispiel 2 + 2 als Gleichung eingeben und MATLAB würde pflichtbewusst die Summe 4 als Ergebnis zurückliefern. Dafür würde allerdings niemand Geld ausgeben – wenn nicht im Kopf, können Sie solch ein Ergebnis leicht mit dem Taschenrechner erzielen. Wir müssen also noch mehr verstehen, was MATLAB eigentlich macht. Die folgenden Abschnitte helfen Ihnen dabei. So können Sie besser einordnen, auf welche Art Sie MATLAB erfolgreich einsetzen können.

Verstehen, wie sich MATLAB zu einer Turing-Maschine verhält

Heutige Computer sind überwiegend Turing-Maschinen, nach dem britischen Mathematiker Alan Turing (1912 bis 1954). Das wesentliche Merkmal einer Turing-Maschine ist, Ihre Aufgaben Schritt für Schritt abzuarbeiten. Ein einzelner Prozessor verarbeitet eine Anweisung nach der anderen. Er kann an verschiedenen Aufgaben arbeiten, aber zu jedem Zeitpunkt wird nur ein Schritt einer bestimmten Aufgabe gleichzeitig ausgeführt. Die Kenntnis des Konzepts der Turing-Maschine ist deshalb sinnvoll, weil MATLAB nach der gleichen Strategie arbeitet. Es führt einen Schritt nach dem anderen aus. Sie können sogar ein MATLAB-Programm herunterladen, welches eine Turing-Maschine simuliert: http://www.mathworks.com/MATLABcentral/fileexchange/23006-turing-machine-emulator/content/@turing/turing.m. Das Programm ist überraschend kurz.

Verwechseln Sie den zugrunde liegenden Computer nicht mit den Programmiersprachen, die verwendet werden, um damit Anwendungssoftware zu erstellen. Selbst wenn die Sprache, die letztlich den Computer antreibt, Ihnen eine andere Sichtweise vorspielen kann, führt der Computer doch alles schön der Reihe nach aus. Wenn Sie noch nie vorher gesehen haben, wie Computer Programme verarbeiten, könnte es jetzt an der Zeit sein, darauf mal ein paar Minuten zu verwenden. Sehen Sie sich den Kasten »Verstehen, wie Computer arbeiten« gern für ein paar Hintergrundinformationen an.

Über MATLAB als Taschenrechner hinausgehen

MATLAB ist eine Programmiersprache, nicht nur ein Taschenrechner. Dennoch können Sie es als Taschenrechner verwenden und es ist gar keine schlechte Vorgehensweise, Ihre Ideen erst einmal auf diese Weise auszuprobieren und dann in Ihrem Programm zu benutzen. Wenn Sie dann über das Experimentierstadium hinaus gekommen sind, werden Sie mit MATLAB erfahrungsgemäß Programme schreiben, die

konsistent

einfach

schnell

die gewünschte Aufgabe lösen.

Mit diesen drei Eigenschaften im Hinterkopf erklären die nächsten Abschnitte im Detail, warum MATLAB mehr als ein einfacher Taschenrechner ist. Hier lernen Sie noch nicht alles, was MATLAB für Sie tun kann, aber Sie erhalten einen Überblick, wie Sie es zu Ihrem Vorteil einsetzen können.

Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik (MINT) erkunden

Hochschulen haben besonderes Augenmerk auf Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik (MINT), weil es nach wie vor nicht ausreichend viele Personen gibt, die sich damit auskennen, um die anfallende Arbeit zu erledigen. Innovationen aller Art, aber auch das tägliche Geschäft erfordern Kenntnisse in diesen Disziplinen. MATLAB hält dafür eine reichhaltige Werkzeugkiste bereit. Sie umfasst

Statistik

Simulation

Bildverarbeitung

Symbolische Algebra

Numerische Analyse

Einfache Arbeiten ausführen

Viele Programmierer lernen Ihre Zunft mit einer älteren Programmiersprache namens Basic. Ursprünglich wurde sie BASIC geschrieben für Beginner's all-Purpose Symbolic Instruction Code (etwa: symbolische Allzweck-Programmiersprache für Anfänger). Die Intention bei ihrer Entwicklung war, eine einfache Sprache zu entwickeln. MATLAB behält die Einfachheit bei, umfasst jedoch eine riesige Werkzeugkiste für MINT-Anwendungen. Dahinter steht die Idee, dass Sie wahrscheinlich Besseres zu tun haben, als eine komplexe Programmiersprache zu lernen, die Anforderungen erfüllt, die Sie wahrscheinlich niemals haben werden.

Alles hat seine Vor- und Nachteile. MATLAB wurde für Menschen entworfen, die Mathematik lernen oder von Mathematik leben wollen. Die Sprache verzichtet auf die Komplexität, welche in vielen anderen Sprachen gefunden wird, und hält die Dinge stattdessen einfach. Damit können Sie sich besser auf Ihre Arbeit als auf das Werkzeug konzentrieren, mit dem Sie die Arbeit durchführen wollen. Auf der anderen Seite führt diese Einfachheit jedoch dazu, dass MATLAB weniger flexibel ist als andere Sprachen, weniger komplexe Funktionalitäten und Eigenschaften aufweist (die Sie wahrscheinlich sowieso nicht brauchen) und wenige generische Werkzeuge bereitstellt. MATLAB ist eher ein Spezialprogramm für einen speziellen Nutzerkreis als eine Allzweck-Sprache.

Herausfinden, warum Sie MATLAB brauchen

Es ist äußerst wichtig zu wissen, wie man eine Anwendung verwendet, mindestens genauso wichtig ist es jedoch zu wissen, wann man eine Anwendung einsetzt und was sie dem Unternehmen oder der Institution eigentlich bringt. Wenn Sie keinen guten Grund haben, eine Anwendung einzusetzen, wird der wertvolle Kauf schlussendlich im Regal verstauben. Dieses Schicksal ereilt allzu viele Anwendungen in den Unternehmen auf dem Globus, weil die Käufer keine klare Vorstellung davon haben, was sie damit eigentlich vorhaben. Mit den vielen Möglichkeiten, die MATLAB bietet, wäre es für die Position als Staubfänger in Ihrem Regal einfach zu schade. In den folgenden Abschnitten sehen Sie, wie Sie die Anwendungsmöglichkeiten in Ihrem Unternehmen prüfen.

Strukturiert arbeiten, um sich besser zu organisieren

Wenn Sie ein Computerprogramm schreiben, tun Sie nichts anderes, als Ihrem Computer zu sagen, wie er Schritt für Schritt eine Aufgabe abarbeiten soll. Je besser Ihre Computersprache Anweisungen an Ihren Computer formulieren kann, umso einfacher können Sie den Computer nutzen und desto weniger Zeit werden Sie benötigen, eine bestimmte Aufgabe auszuführen.

Angefangen bei den Computersprachen C und Pascal haben die Entwickler sogenannte strukturierte Umgebungen eingeführt. In solch einer Umgebung sieht eine Folge von Anweisungen und Verzweigungen nicht mehr aus wie eine Schüssel mit Spaghetti – schwer nachzuvollziehen und zu entwirren –, sondern mehr wie ein Baum mit einem Stamm und Ästen. Das macht das Nachvollziehen viel einfacher. MATLAB legt großen Wert auf Struktur (beispielsweise, wie Sie Daten organisieren oder Code schreiben). Das bedeutet: Sie verbringen deutlich mehr Zeit mit erfreulichen Dingen und weniger damit, Code zu schreiben. Das liegt daran, dass die Struktur Ihnen besser ermöglicht, Ihre Daten konsistent zu verarbeiten.

Struktur hat ihren Preis (wie fast alles seinen Preis hat). Die frühen Entwickler konnten ein Programm in Windeseile erstellen, weil sie weniger Regeln befolgen mussten. Da moderne Sprachen eine gewisse Struktur erzwingen, die es später einfacher macht, den Code zu lesen und zu überarbeiten, müssen Sie etwas Zeit aufwenden, die Regeln zu lernen. Diese Regeln sind es, die die Lernkurve in MATLAB so steil machen. Setzen Sie sich realistische Ziele, wenn Sie einen Zeitplan aufstellen, wann Sie MATLAB produktiv einsetzen. Wenn Sie nicht genügend Zeit aufwenden, die Regeln des Programms zu lernen, werden Sie womöglich nie etwas Sinnvolles mit MATLAB anstellen können.

Die Komplexität von objektorientierter Programmierung (OOP) vermeiden

Sicher haben Sie von objektorientierter Programmierung (OOP) gehört. Dabei handelt es sich um einen Programmierstil, der Entwicklern hilft, Ihre Programme angelehnt an Objekte der realen Welt zu entwerfen. Jedes Element einer Anwendung wird als Objekt angesehen, welches spezielle Eigenschaften hat und spezielle Arbeiten ausführen kann. Diese Technologie ist ziemlich nützlich für Anwendungsentwickler, weil sie ermöglicht, die Entwicklungszeit und Fehleranfälligkeit für extrem komplexe Anwendungen zu reduzieren.

Auf der anderen Seite ist Objektorientierung sicher nichts, was Sie benötigen, um mathematische Probleme zu bearbeiten. Obwohl Sie auch mit objektorientierten Sprachen schwierige mathematische Probleme lösen können, werden Sie die meisten MINT-Probleme in MATLAB sehr gut auch ohne Objektorientierung lösen können. Da durch den Wegfall des objektorientierten Ansatzes eine ganze Reihe Programmier-Regeln wegfallen, sind Sie mit MATLAB viel schneller produktiv als mit herkömmlichen modernen Programmiersprachen, ohne dass Sie auf mathematische Exzellenz verzichten müssen.

Objektorientierung hat einen sehr sinnvollen Zweck – der ist jedoch für mathematische Probleme nicht relevant. Überlassen Sie das Feld der Objektorientierung lieber den Entwicklern, die riesige Datenbanksysteme oder ganze Betriebssysteme entwerfen. MATLAB hat die Aufgabe, die Dinge für Sie einfacher zu machen.

Den mächtigen Werkzeugkasten nutzen

MATLAB hält eine große Werkzeugkiste für die speziellen Anforderungen von MINT-Anwendern bereit. Im Gegensatz zu einer Allzweck-Programmiersprache ist diese Werkzeugkiste für die Anforderungen der MINT-Fraktion entwickelt worden. Hier ist ein kleiner Ausschnitt der Anwendungsbereiche, für die der MATLAB-Werkzeugkasten gefüllt wurde:

Algebra

Lineare Algebra – viele Gleichungen mit vielen Unbekannten

Analysis

Differentialgleichungen

Statistik

Kurvenanpassung

Grafik

Berichte

Den Programmieraufwand mit einer Sprache der vierten Generation reduzieren

Programmiersprachen werden häufig einer bestimmten Generation zugeordnet. Beispielsweise arbeitet eine Sprache der ersten Generation Seite an Seite mit der Hardware. Diese Art Sprache wurde von den Programmierern in den Anfängen der Computerzeit entwickelt. Grundsätzlich gibt es an diesen Sprachen nichts auszusetzen, jedoch muss man sich sehr gut mit Computern auskennen und benötigt viel Zeit, um solche Programme zu schreiben. Eine Sprache der ersten Generation ist so schwer zu erlernen und zu verwenden, dass selbst die Entwickler sich entschieden haben, etwas Besseres zu entwickeln – die Sprachen der zweiten Generation! Sprachen der zweiten Generation wie zum Beispiel Makro-Assembler [MASM] sind in gewisser Weise einfacher für Menschen zu lesen, werden vor der Ausführung in ausführbaren Code übersetzt und sind sehr prozessorspezifisch.

Heute verwenden die meisten Entwickler eine Kombination von Sprachen der dritten Generation, wie zum Beispiel C, C++, Java, und Sprachen der vierten Generation, wie zum Beispiel die Strukturierte Abfragesprache (Structured Query Language – SQL). Eine Sprache der dritten Generation ermöglicht einem Entwickler genau die präzise Kontrolle, die für die Entwicklung von sehr schnellem Code für einen sehr breiten Anwendungsbereich nötig ist. Sprachen der vierten Generation machen den Umgang mit Daten einfacher. Für den MATLAB-Anwender bedeutet das Versprechen einer Sprache der vierten Generation die Möglichkeit, mit ganzen Ansammlungen von Daten und nicht mit einzelnen Bits und Bytes zu arbeiten. Auf diese Weise kann man sich mehr auf die Aufgabe konzentrieren und nicht so sehr auf die Programmiersprache.

Von Generation zu Generation werden die Programmiersprachen immer lesbarer und menschlicher Sprache immer ähnlicher. Sie könnten zum Beispiel schreiben FIND ALL RECORDS WHERE LAST_NAME EQUALS ,SMITH' (FINDE ALLE DATENSÄTZE, FÜR DIE DER NACHNAME GLEICH »SMITH« IST). Es ist noch nicht wirklich literarisch hochwertig, man kann es jedoch verstehen. Sie sagen dem Computer, was er tun soll, überlassen ihm jedoch, wie er die Aufgabe erledigt. Solche Sprachen sind sehr nützlich, weil sie dem Anwender die Last abnehmen, mit der Hardware zu kommunizieren.

MATLAB verwendet eine Sprache der vierten Generation, um Ihnen das Leben so einfach wie möglich zu machen. Menschliche Sprache ist das sicher noch nicht, aber mindestens genauso weit weg von der Maschinensprache, die die frühen Entwickler eingesetzt haben, um den Computern das Laufen beizubringen. MATLAB macht Sie effizienter, weil es speziell auf die Bedürfnisse von MINT-Anwendern zugeschnitten wurde. Das ist ganz ähnlich wie bei der Sprache SQL, die für die Bedürfnisse von Datenbankadministratoren und Entwicklern entwickelt wurde, welche Zugriff auf große Datenmengen benötigen.

Die anderen MATLAB-Anwender kennenlernen

Eine Anwendung ist nicht wirklich nützlich, wenn Sie keine Aufgaben der realen Welt damit bearbeiten können. Viele Programme sind vielleicht ganz spannend – sie können zum Beispiel etwas Interessantes tun, haben aber keinen praktischen Nutzen. MATLAB ist beliebt bei MINT-Anwendern, deren Hauptziel es ist, in ihrem jeweiligen Bereich produktiv zu sein und nicht das schönste oder eleganteste Computerprogramm zu schreiben. Sie finden MATLAB-Anwender unter folgenden Anwendergruppen:

Wissenschaftler

Ingenieure

Mathematiker

Studenten

Lehrer

Professoren

Statistiker

Steuerungstechniker

Forscher in der Bildbearbeitung

Simulationsanwender

Natürlich wollen die meisten Leute die Meinungen und Tipps von echten Anwendern hören, die das Produkt in ihrem Alltag einsetzen. Eine Liste solcher Beiträge finden Sie unter: http://www.mathworks.com/company/user_stories/product.html. Klicken Sie einfach auf den MATLAB-Eintrag, um eine Liste von Firmen zu erhalten, die MATLAB in ihrem jeweiligen Umfeld nutzen. Beispielsweise zeigt Ihnen die Liste, dass die Zentren für Krankheitskontrolle (centers for disease control – CDC) MATLAB für die Sequenzierung des Poliovirus verwenden (siehe http://www.mathworks.com/user_stories/Centers-for-Diesase-Control-and-Prevention-Automates-Poliovirus-Sequencing-and-Tracking.html). Sie werden auch finden, dass die NASA (National Aeronautic and Space Administration) MATLAB verwendet hat, als sie das Modell für die X-43 entwarf, welche Mach 10 erreicht hat (mehr unter http://de.mathworks.com/company/user_stories/nasas-x-43a-scramjet-achieves-record-breaking-mach-10-speed-using-model-based-design.html). Die Liste von Unternehmen wird immer länger und bestätigt: MATLAB wird von vielen Unternehmen für wirklich relevante Themen eingesetzt. Mehr spannende Informationen zu diesem Thema finden Sie auch in Kapitel 18. Dort können Sie ohne Probleme hin- und anschließend wieder zurückspringen.

Das meiste aus MATLAB herausholen

An diesem Punkt haben Sie vielleicht entschieden, dass Sie ohne eine eigene MATLAB-Installation keinen Tag weiterleben wollen. Wenn das der Fall ist, sollten Sie auf jeden Fall etwas mehr über MATLAB in Erfahrung bringen, um den größten Gegenwert für Ihr Geld zu erhalten. In den folgenden Abschnitten erhalten Sie einen kurzen Überblick über nützliche Fähigkeiten für den Umgang mit MATLAB. Sie brauchen nicht jede Fähigkeit für jede Aufgabe und dennoch sind sie mehr als willkommen, wenn es darum geht, die Lernkurve leichter zu erklimmen und sich schneller mit MATLAB zurechtzufinden.

Grundlegende Fähigkeiten am Computer erwerben

Die meisten komplexen Aufgaben am Computer erfordern, dass Sie über grundlegendes Computerwissen verfügen: Sie können die Maus benutzen, mit Menüs arbeiten, verstehen, was eine Dialogbox ist, und können einfache Konfigurationsänderungen durchführen. MATLAB ist insofern den anderen Anwendungen auf Ihrem Computer sehr ähnlich. Es hat eine intuitive und konventionelle grafische Benutzeroberfläche (Graphical User Interface – GUI), welche MATLAB viel angenehmer macht als Block und Bleistift. Wenn Sie mit grafischen Betriebssystemen wie Windows oder Mac OS X zurechtkommen und mit Anwendungen wie Word oder Excel arbeiten können, sind Sie auch hier richtig.

Dieses Buch weist Sie auf Dinge hin, die in MATLAB besonders sind. Darüber hinaus lernen Sie Vorgehensweisen kennen, die Sie verwenden können, um Ihre Arbeiten noch einfacher ausführen zu können. Wenn Sie diese Hinweise beachten, tun Sie sich mit MATLAB bedeutend leichter, selbst wenn Sie kein Computer-Genie sind. Das Allerwichtigste in MATLAB ist, dass Sie nichts kaputt machen können, wenn Sie mit MATLAB arbeiten. In der Tat ermuntern wir Sie sogar zu einer Art trial and error, denn dies ist eine bewährte Lernmethode. Wenn Sie an einer Stelle bemerken, dass ein Beispiel nicht so funktioniert wie beabsichtigt, schließen Sie MATLAB und öffnen es wieder. Dann können Sie das Beispiel noch einmal versuchen. Sowohl MATLAB als auch Ihr Computer verzeihen viel mehr Fehler, als manche Sie glauben machen wollen.

Die mathematischen Anforderungen festlegen

Sie brauchen ein adäquates mathematisches Niveau, um MATLAB sinnvoll verwenden zu können. So wie SQL nahezu unmöglich ohne Wissen über Datenbanken eingesetzt werden kann, wird der Einsatz von MATLAB ohne entsprechende Kenntnisse in Mathematik schwierig. Die Vorteile von MATLAB erschließen sich deutlich besser für Anwender mit Kenntnissen in Trigonometrie, Exponentialfunktionen, Logarithmen und höherer Mathematik.

http://www.analyzemath.com