Matlab

Matlab wurde Ende der 1970er Jahre von Cleve Moler an der Universität New Mexico entwickelt, um den Studenten die Fortran-Bibliotheken LINPACK und EISPACK für lineare Algebra von einer Kommandozeile aus ohne Programmierkenntnisse in Fortran zugänglich zu machen. Zusammen mit Jack Little und Steve Bangert gründete Moler 1984 The MathWorks und machte Matlab zu einem kommerziellen Produkt, das zusammen mit einer ersten Funktionssammlung, der Control System Toolbox, vor allem in der Regelungstechnik viele Anwender fand. Die akademische Bindung ist in der Entwicklung und im Vertrieb von relativ preisgünstigen Studentenversionen bis heute erhalten geblieben und war möglicherweise auch die Grundlage für den Erfolg der Software neben anderen numerischen Plattformen wie MatrixX. Die von Matlab verwendeten Bibliotheken LINPACK und EISPACK wurden im Jahr 2000 durch die ebenfalls in Fortran geschriebenen freien Bibliotheken LAPACK und BLAS ersetzt.^[6]

Matlab dient im Gegensatz zu Computeralgebrasystemen nicht der symbolischen, sondern vorrangig der numerischen (zahlenmäßigen) Lösung von Problemen. Die Software wird in der Industrie und an Hochschulen vor allem für numerische Simulation sowie Datenerfassung, Datenanalyse und -auswertung eingesetzt. Ein weiterer Anwendungsschwerpunkt sind die Wirtschaftswissenschaften, für die Mathworks Erweiterungspakete (z. B. Ökonometrie und Finanzmarkttheorie) bereitstellt.

Matlab ist auch die Basis für Simulink, ein anderes Produkt des Unternehmens The MathWorks, das zur zeitgesteuerten Simulation dient, und Stateflow, das für die ereignisorientierte Simulation benutzt wird, sowie für zahlreiche anwendungs- und domänenspezifische Erweiterungen.

Programmiert wird unter Matlab in einer proprietären Programmiersprache, die auf der jeweiligen Maschine (Computer) interpretiert wird. Kleinere Programme können als sogenannte Skripte oder Funktionen zu geschlossenen Einheiten verpackt werden, was das Erstellen von anwendungsorientierten „Werkzeugkisten“ (Toolboxes) erlaubt.

Viele solcher Pakete sind auch kommerziell erhältlich. Durch die vereinfachte, mathematisch orientierte Syntax der Matlab-Skriptsprache und die umfangreichen Funktionsbibliotheken für zum Beispiel Statistik, Signal- und Bildverarbeitung ist die Erstellung entsprechender Programme wesentlich einfacher möglich als z. B. unter C. Ein Beispiel ist die Symbolic Toolbox zur Nutzung symbolischer Ausdrücke im Gegensatz zu mit Zahlen belegten Variablen. Ferner gibt es Schnittstellen, um C-Code einzubinden, sowie einen Compiler, mit dem aus einem Skript unabhängig von Matlab lauffähiger C-Code erstellt werden kann. Damit können mathematisch aufwendige Module für C-Projekte in der Matlab-Umgebung entwickelt und getestet werden.

Matlab bietet aus der objektorientierten Programmierung die Konzepte von Klassen, Vererbung, Pakete und Call-by-value-Aufrufen.^[7]

Matlab besteht neben der Sprache Matlab aus einer grafischen Desktop-Umgebung, um verschiedene Ansichten wie Variablen, Plots und Code auf einen Blick sehen und viele Aufgaben durch Mausinteraktion und Tastaturkürzel bewältigen zu können.

Matlab kann Funktionen etwa in C oder Fortran aufrufen. Dazu muss eine Adapter-Funktion (die sogenannte mexFunction) enthalten sein, die die Übergabe von Parametern und Rückgabewerten steuert.^[8]

Bibliotheken in Java, ActiveX, .Net-Framework oder Python können direkt aus Matlab aufgerufen werden. Viele Bibliotheken in Matlab, wie beispielsweise jene für die Anbindung von XML oder SQL, sind als Adapter um Java oder ActiveX aufgebaut. Über den Matlab-Compiler und sogenannte Builder-Addons kann auch die umgekehrte Richtung genutzt werden und man kann aus JAVA oder .NET heraus Funktionen und Code in Matlab aufrufen.^[9]

Als Alternative zur MuPAD-basierten Symbolic Math Toolbox (ebenfalls von MathWorks) kann Matlab auch an Maple oder Mathematica angeschlossen werden.

Da Matlab als Sprache ab Version 6 auf den quelloffenen Bibliotheken LAPACK und BLAS basiert, existieren mittlerweile mehrere kostenlose Alternativen zu Matlab mit gleicher numerischer Qualität. Diese Alternativen fokussieren sich oft auf die Möglichkeiten als Programmiersprache. Vom französischen INRIA (Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique) stammt die Alternative Scilab/Xcos. Im Bereich der freien Software gibt es mehrere quelloffene Projekte, welche die Funktionalität von Matlab nachbilden und einzelne Aspekte hervorheben. Diese Projekte streben oft keine direkte Kompatibilität an; die Unterschiede zu Matlab variieren. Im Rahmen des GNU-Projektes ist GNU Octave entstanden, das in weiten Teilen codekompatibel zu Matlab ist. Ein anderes ist das Softwarepaket FreeMat.

Matplotlib und NumPy sind Python-Bibliotheken, die Python zur Matlab-Alternative ausbauen. Numpy basiert ebenfalls auf LAPACK und BLAS. Die Syntax von Python/numpy unterscheidet sich von Matlab, möchte jedoch vergleichbar einfach sein.^[10]

Zwei weitere Alternativen sind Scala, eine JVM-basierte Programmiersprache, und ILNumerics, das auf .NET aufsetzt.

Eine neue Alternative zu Matlab ist die in der Syntax ähnliche Programmiersprache Julia.

Die größeren Computeralgebrasysteme, die in erster Linie für symbolische Berechnungen gedacht sind, enthalten auch numerische Algorithmen; als Beispiele seien Maple, Maxima und Mathematica genannt.

• Anne Angermann, Michael Beuschel, Martin Rau, Ulrich Wohlfarth: MATLAB – Simulink – Stateflow. 8., aktualisierte Auflage. De Gruyter Oldenbourg, München 2014, ISBN 978-3-486-77845-8 (matlabbuch.de). 
• Wolfgang Schweizer: MATLAB kompakt. 5. Auflage. De Gruyter Oldenbourg, München 2013, ISBN 978-3-486-72114-0. 
• Hans Benker: Mathematik mit MATLAB. Springer Verlag, Berlin / Heidelberg / New York 2000, ISBN 3-540-67372-5
• Hans Benker: Ingenieurmathematik kompakt – Problemlösungen mit MATLAB. Springer Verlag, Berlin / Heidelberg / New York 2010, ISBN 978-3-642-05452-5.
• Alfio Quarteroni, Fausto Saleri: Wissenschaftliches Rechnen mit MATLAB. Springer Verlag, Berlin / Heidelberg / New York 2006, ISBN 978-3-540-25005-0.
• John Frain: MATLAB for Economics and Econometrics - A Beginner's Guide, Freier Text bei IDEAS 2014.

• Website des Unternehmens The MathWorks, bietet neben Dokumentationen und Tutorials für MATLAB und Simulink auch eine User-Community