مجموعه آموزش متلب MATLAB

زبان برنامه نویسی و نرم افزار متلب (MATLAB)، بدون شک، امروزه یکی از ابزارهای حیاتی برای مطالعات علمی در رشته های مختلف علمی و فنی به حساب می آید. از قابلیت های نرم افزار و زبان برنامه نویسی متلب برای حل مسائل عملی و کاربردی استفاده می شود. هدف این فرادرس آشنایی دانشجویان و کاربران با مباحث مختلف مرتبط با برنامه نویسی متلب است که از طریق نکات تئوری و عملی به طور همزمان صورت می گیرد. جوانب مختلفی از برنامه نویسی متلب مورد بحث و بررسی قرار می گیرند که قطعا نکات آموزشی فراوانی برای همه کاربران متلب دارد.

در این فرادرس، دانشجویان عزیز با مباحث مختلفی از دستورات مرتبط با متلب برای علوم و مهندسی آشنا می شوند. سر فصل هایی که در این آموزش به آن پرداخته می شود، حل معادلات جبری و ریشه یابی، اعداد تصادفی، محاسبات و تحلیل آماری، محاسبات نمادین، درون یابی، تقریب تابع و... است. توضیح کامل مباحث مربوطه و آموزش توسط یکی از بهترین مدرسین متخصص در این زمینه از نقاط قوت این آموزش به شمار می رود.

در این فرادرس، دانشجویان عزیز، با جوانب مختلفی از دستورات پیشرفته برنامه نویسی متلب آشنا می شوند. سرفصل هایی که در این آموزش به آن پرداخته می شود عبارتند از: ساختارها و آرایه های سلولی در متلب، عبارات قانونمند، آرایه های توسعه یافته، مدیریت خطا و حالات استثنائی و... . توضیح کامل مباحث مربوطه و آموزش توسط یکی از بهترین مدرسین متخصص در این زمینه از نقاط قوت این آموزش به شمار می رود.

یکی از مهم ترین طراحی های مکانیکی و دینامیکی خصوصا در حوزه رباتیک و مکانیزم ها، مدل سازی حرکتی آن ها با استفاده از نرم افزارهای گوناگون است. یکی از بهترین راه حل ها برای شبیه سازی این سیستم ها، استفاده از محیط Simscape Multibody از زیرمجموعه های کتابخانه Simulink است. Simscape Multibody در سال های اخیر به کتابخانه سیمیولینک اضافه شده است و در واقع نسخه بهبود یافته SimMechanics است. این محیط، یک فضای سه بعدی جهت شبیه سازی سیستم های مکانیکی نظیر ربات ها، سیستم های تعلیق و... را فراهم کرده است. در این آموزش ابتدا مروری مختصر بر مفاهیم اصلی رباتیک داریم و سپس به آموزش شبیه سازی در محیط Simscape Multibody می پردازیم.

در این فرادرس به چگونگی طراحی یک واسط گرافیکی در متلب با استفاده از محیط GUIDE، از ابتدا تا انتها پرداخته شده است و سعی بر آن بوده که نکات مهم طراحی واسط های گرافیکی که معمولا از دام های طراحی به حساب می آیند و همچنین از سوالات متداول دانشجویان است مورد بررسی قرار گیرد.

در این فرادرس طراحی پیشرفته رابط گرافیکی با دو محیط GUIDE و App Designer نرم افزار متلب ارائه شده است. با توجه به قدرت محاسباتی بالای MATLAB در صورتی که شما بتوانید نتیجه کدهای خود را در قالب یک GUI شکیل و حرفه ای به کاربر ارائه کنید، ارزش افزوده و سهولت استفاده از برنامه شما چندین برابر خواهد شد. این فرادرس تقریبا شامل تمام آن چیزی است که شما برای طراحی یک GUI حرفه ای در متلب به آن نیاز خواهید داشت و از نظر جامعیت و تنوع موضوعات یک مجموعه بی نظیر است.

در این فرادرس به چندین محور از الگوریتم بهینه سازی گرگ خاکستری (GWO) پرداخته شده است که درس یکم به مفاهیم مهم بهینه سازی و تاریخچه بهینه سازی هوشمند در ۵۰ سال گذشته و در درس دوم به تئوری الگوریتم گرگ خاکستری و در ادامه به دو خاصیت مهم Exploitation به معنی استخراج و Exploration به معنی اکتشاف در الگوریتم های بهینه سازی هوشمند پرداخته شده است و در نهایت در درس سوم پیاده سازی عملی الگوریتم گرگ خاکستری در متلب (MATLAB) آموزش داده شده است.

یکی از مهم ترین متغیرهای موجود، متغیر تصادفی گوسی (Gaussian) است که در سیستم های مخابراتی جهت مدل کردن کانال AWGN به کار برده می شود. همچنین به منظور شبیه سازی انواع کانال در سیستم های مخابراتی Wireless و Wireline گاهی لازم است که انواع توزیع متغیرهای تصادفی مانند: Poisson, Rayleigh و Ricean را در نظر گرفت و کانال مدنظر را بر مبنای آن ها مدل کرد. به منظور دست یابی به اطلاعات کامل در مورد انواع متغیرهای تصادفی لازم است که تابع چگالی احتمال آن ها معرفی گردد. اهمیت این متغیرهای تصادفی تا آنجا است که در پایان نامه های دانشجویان نیز وارد شده و جزو جدایی ناپذیر آن ها محسوب می شود. در این آموزش سعی شده است تا انواع متغیرهای تصادفی شناخته شده تاکنون معرفی گردند و شبیه سازی آن ها در متلب به صورت کامل انجام پذیرد.

در این آموزش ما ربات های تلگرام را توسط نرم افزار متلب راه اندازی خواهیم کرد که امروزه در شمار زبان های برنامه نویسی محبوب و پرکاربرد در زمینه های مختلف مهندسی قرار دارد. استفاده از نرم افزار متلب به کاربر این قابلیت را می دهد که به جای تمرکز بر پیچیدگی های عموم زبان های برنامه نویسی در استفاده از دستورات و رسم الخط، تنها بر توسعه الگوریتم و قابلیت های ربات خود تمرکز کند. برای علاقه مندانی که از قبل به هیچ زبان برنامه نویسی تحت وب مسلط نیستند استفاده از نرم افزار متلب سریع ترین راه رسیدن به مقصود، یعنی همان راه اندازی یک ربات تلگرام است. در پایان این آموزش خواهید آموخت که چگونه یک ربات تلگرام ساده بسازید و تا حد مقدماتی آن را توسط نرم افزار متلب کنترل نمایید.

الگوریتم بهینه ساز شیرمورچه یا مورچه گیر (Antlion Optimizer) که به اختصار ALO نامیده می شود، براساس رفتار شیرمورچه ها در طبیعت، برای اولین بار در سال ۲۰۱۵ ارائه شده است. در این فرادرس ضمن آموزش گام به گام الگوریتم بهینه ساز شیرمورچه (ALO) به معرفی ۲۳ تابع هدف پرداخته شده و در پایان نحوه کدنویسی توابع بهینه ساز و الگوریتم شیرمورچه در نرم افزار متلب (MATLAB) تشریح و نتایج بررسی می گردد.

الگوریتم گروه میگوها (krill herd algorithm) که به اختصار KHA نامیده می شود، براساس رفتار توده وار میگوها در پاسخ به بیولوژی و زیست محیطی خاص برای اولین بار در سال ۲۰۱۲ ارائه گردیده است. روش های بهینه سازی متعددی تاکنون ارائه گردیده است اما بسیاری از آن ها در مواجهه با توابع بهینه سازی چالشی مانند تابع اکلی (Ackley Function) در بهینه های محلی متوقف می شوند، در حالی که الگوریتم گروه میگوها به سادگی از بهینه های محلی اجتناب نموده و به بهینه سراسری همگرا می گردد. در این آموزش، ضمن آموزش گام به گام الگوریتم گروه میگوها (KHA)، تابع هدف اکلی نیز معرفی می گردد و در پایان نحوه کدنویسی آن ها در نرم افزار MATLAB توضیح داده شده و نتایج آن بررسی می شود.

سونار (Sonar) سیستمی برای ناوبری و تشخیص فاصله توسط امواج صوتی (Sound Navigation and Ranging) است. سونار را می توان به نوعی رادار زیرآبی اطلاق کرد که با استفاده از صوت در تمامی فرکانس ها به جای امواج رادیویی، محیط را پایش می کند. در این آموزش به طور کامل اصطلاحات سوناری و مخابرات زیر آب تشریح می‌ شوند و انواع مختلف سونارها و نحوه عملکرد آن ها مطرح می ‌شود. تاریخچه آکوستیک زیر آب و مباحث صوت شناسی و رفتار صوت در محیط زیر آب از دیگر موضوع ‌هایی است که در این آموزش تشریح می ‌شوند. سرانجام برخی از مباحث محیطی زیر آب و عملکرد یک سونار با استفاده از نرم افزار متلب کدنویسی شده و شبیه ‌سازی می‌ گردد.

هدف از این آموزش، آشنایی با برخی از روش های مدولاسیون دیجیتال و پیاده سازی آن ها در نرم افزار MATLAB است تا علاقه مندان بتوانند با انواع روش های این مدولاسیون آشنا شوند و در صورت ادامه تحصیل در مقاطع بالاتر از کارشناسی، روی ارسال و دریافت داده ها و کاهش نرخ خطای انتقال با استفاده از این مدولاسیون ها تحقیق و پژوهش نمایند و موجب بهبود آن ها شوند. علاوه بر این، مبحث مدولاسیون دیجیتال در دروس مخابرات دیجیتال، تئوری پیشرفته مخابرات، مخابرات فیبر نوری و... ارائه می گردد و دانشجویان هر سه مقطع تحصیلی کارشناسی، کارشناسی ارشد و دکتری، این دروس را می گذرانند.

هدف ما از این آموزش، ارتباط نرم افزار EES با نرم افزار متلب است. توانایی و قدرت نرم افزار متلب بر کسی پوشیده نیست و از طرفی، دسترسی به خواص ترمودینامیکی مواد مانند: آنتالپی، آنتروپی، ویسکوزیته و… دست ما را در تحلیل سیستم ها و چرخه های ترمودینامیکی و سیالاتی و بهینه سازی آن ها باز می کند. به طور مثال در معادلات ناویر – استوکس (Navier–Stokes equations) و یا در معادله انرژی، ما برای حل، نیاز به خواص ترموفیزیکی مواد داریم که به راحتی می توانیم این خواص را از نرم افزار EES فراخوانی کرده و معادلات PDE یا Partial Differential Equation حاکم را نیز در نرم افزار متلب حل نماییم.

الگوریتم بهینه سازی فاخته (Cuckoo) یکی از الگوریتم های فراابتکاری مبتنی بر جمعیت و بر مبنای رفتار موجودات است. این الگوریتم بر اساس نحوه تخم گذاری و تولد پرنده فاخته عمل می کند و در مسائل بهینه سازی مختلفی در حوزه: پردازش تصویر، یادگیری ماشین، مهندسی کنترل و… به کار می رود و دارای توانایی بالایی در فرار از بهینه های محلی است. در این فرادرس، جنبه های مختلف الگوریتم فاخته را از نظر تئوری بررسی می کنیم و بعد از کدنویسی الگوریتم در MATLAB، کارایی آن را بر روی چندین تابع محک مهم بررسی می کنیم. دانشجویان در حوزه های مختلف مهندسی و انسانی به خصوص مدیریت و اقتصاد می توانند از این الگوریتم در تحقیقات خود به بهترین نحو استفاده کنند.

در این فرادرس ابتدا در خصوص ساختار موج برها و رفتار نور در آن و همچنین قوانین اپتیک خطی در فیبر نوری خواهیم پرداخت و در ادامه دو پدیده کاهندگی و پاشندگی را مورد بررسی قرار خواهیم داد. در پایان هر درس تمام فرایندهای یاد شده را با استفاده از نرم افزار MATLAB کدنویسی و اجرا خواهیم کرد. اهمیت آشنایی با مباحث عنوان شده در این آموزش از چند جهت قابل توجه است، اول این که برای استفاده از ابزار قدرتمند Simulink Models ابتدا خواننده باید با فیزیک موضوع و همچنین منطق نرم افزاری متغیرها و توابع موجود در مساله آشنا گردد که به همین منظور، در مرحله مقدماتی کلیه روابط و کمیت ها از طریق کدنویسی در MATLAB محاسبه خواهد شد و همچنین گسترش برنامه نویسی در کنار شبیه سازی Simulink فرصتی مناسب برای دانشجویانی خواهد شد که دسترسی به آزمایشگاه های مجهز مخابرات نوری ندارند که گاهی با صرف هزینه های سنگین مالی نیز، همراه خواهد بود.

مدل کردن جهان حقیقی، امری بسیار مشکل است. دانشمندان و مهندسان، محیط‌ های مختلفی را مورد مطالعه قرار داده اند و راهکارهایی جهت مدل‌ کردن آن ها ارائه‌ نموده اند. به عنوان نمونه سیگنال دریافتی را می‌ توان با استفاده از دو پدیده متعادل‌ سازی سیگنال دریافتی و بررسی اثر نویز شرح داد. در ادامه به معرفی برخی از مدل‌ ها و کاربرد آن ها می پردازیم. در این آموزش سعی می کنیم انتشار سیگنال در محیط‌ های مختلف را بررسی کنیم. در ادامه به منظور شبیه‌ سازی تاثیرات ناشی از پراش، بازتاب و پراکندگی سیگنال توسط سازه های اطراف در یک محیط شهری و شبیه‌ سازی محوشدگی رایلی (Rayleigh) و رایسین (Rician)، به سراغ مدل‌ های مطرح شده می رویم و به شبیه سازی آن ها در MATLAB می پردازیم.

.

امروزه انواع روش های کد کردن داده ها در بسیاری از مقالات رشته های مخابرات و ریاضیات مورد بررسی قرار گرفته و همواره سعی بر این بوده است تا با ارائه روش های قوی برای کد کردن داده ها، احتمال خطا در یک سیستم مخابراتی کمتر شود. مباحث مرتبط به کدینگ در برخی زمینه ها به صورت تئوری محض بیان می گردد، اما در عمل بسیار پرکاربرد هستند. به عنوان مثال می توان CD را مثال زد که از کدهای Reed-Solomon در آن استفاده شده است و تشخیص خطای به وجود آمده در CD به آسانی انجام می پذیرد و برطرف می گردد.

محتوای فنی که مخاطب در این آموزش با آن آشنا خواهد شد شامل مفاهیم مقدماتی در مورد پروتکل SMTP به عنوان یکی از پرکاربردترین پروتکل های نقل و انتقال پست الکترونیک است. به عنوان پیش نیاز، نحوه آماده سازی و انجام تنظیمات حساب کاربری جیمیل (Gmail) برای استفاده از این پروتکل آموزش داده می شود، همچنین مخاطب در این آموزش با متغیرهای ترجیحی (Preferences) و کاربرد آن ها در متلب آشنا خواهد شد و یاد خواهد گرفت که چگونه جداول داده با فرمت اکسل را در متلب فراخوانی کند و محتوای بلوک ها را به صورت تکراری درون یک متن جایگذاری کند.

توسعه یک نرم افزار موفق هدف اصلی مهندسی نرم افزار و یک مهندس نرم افزار است. گام های برنامه ریزی و زمانبندی، مهم ترین فاز مدیریت پروژه را تشکیل می دهند. مدیر پروژه باید بتواند در شروع پروژه برآورد دقیقی از زمان (Time)، بودجه (Budget) و نیروی انسانی (Persons) لازم جهت اتمام پروژه داشته باشد. در این فرادرس همه آنچه که در فرایند تخمین تلاش یک پروژه نرم افزاری (Software project effort estimation) نیاز است از ابتدا تا انتها گفته خواهد شد.

ماژول SimScape Multibody یا همان SimMechanics اسبق، یکی از نقاط قوت و از پرکاربردترین امکانات نرم افزار متلب (MATLAB) است که به مهندسین اجازه می دهد تا با صرف زمان کوتاهی، دینامیک مکانیزم های خود را تحلیل و بررسی کنند. هدف از این فرادرس، آموختن طریقه دانلود و نصب افزونه های مورد نیاز برای انجام عملیات انتقال مدل از سالیدورکس به نسل دوم ماژول SimScape Multibody متلب است و این فرایند، از طریق انجام مثال عملی ربات سه درجه آزادی اسکارا (SCARA) آموزش داده می شود و حین آن، مخاطب با نکاتی در مورد طریقه شبیه سازی و کنترل سیستم های دینامیکی در متلب آشنا خواهد شد.

زبان برنامه نویسی و نرم افزار متلب، بدون شک، امروزه یکی از ابزارهای حیاتی برای مطالعات علمی در رشته های مختلف علمی و فنی به حساب می آید. با توجه به نیاز کاربران متلب در ایران، که شامل تعداد قابل توجهی از دانشجویان و متخصصین کشور است، برای دسترسی به منابع آموزشی مناسب و کامل، مجموعه کاملی از فیلم های آموزشی برنامه نویسی متلب تولید و در اختیار مخاطبان محترم قرار گرفته است.