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Matlab
Basisdaten
Entwickler	The MathWorks, Inc.
Erscheinungsjahr	1984
Aktuelle Version	R2024b ; (12. September 2024)
Betriebssystem	Windows, macOS, Linux (ausschließlich RHEL, SLES, Ubuntu)
Programmiersprache	C, C++, Fortran, Java
Kategorie	Mathematik, Regelungstechnik, Modellbildung
Lizenz	proprietäre Lizenz
deutschsprachig	nein
	www.mathworks.com/products/matlab.html

Matlab (Eigenschreibweise: MATLAB) ist eine kommerzielle Software des US-amerikanischen Unternehmens MathWorks zur Lösung mathematischer Probleme und zur grafischen Darstellung der Ergebnisse. Matlab ist vor allem für numerische Berechnungen mithilfe von Matrizen ausgelegt, woher sich auch der Name ableitet: MATrix LABoratory.

Entstehung

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]

Einsatz

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.

Struktur und Toolboxes

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.

Zusammenspiel mit anderen Sprachen

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.

Alternativen

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.

Versionsgeschichte

Version^[11]	Release	Nr.	mitgelieferte JVM	Jahr	Veröff.-Datum
5.0	Volume 8			1996	Dezember 1996
5.1	Volume 9			1997	Mai 1997
5.1.1	R9.1			1997
5.2	R10			1998	März 1998
5.2.1	R10.1			1998
5.3	R11			1999	Januar 1999
5.3.1	R11.1			1999	November 1999
6.0	R12	12	1.1.8	2000	November 2000
6.1	R12.1	12	1.3.0	2001	Juni 2001
6.5	R13	13	1.3.1	2002	Juli 2002
6.5.1	R13SP1			2003
6.5.2	R13SP2			2003
7	R14	14	1.4.2	2004	Juni 2004
7.0.1	R14SP1			2004	Oktober 2004
	R14SP1+			2004	November 2004
7.0.4	R14SP2		1.5.0	2005	7. März 2005
7.1	R14SP3	1.5.0		2005	1. September 2005
7.2	R2006a	15	1.5.0	2006	1. März 2006
7.3	R2006b	16	1.5.0	2006	1. September 2006
7.4	R2007a	17	1.5.0_07	2007	1. März 2007
7.5	R2007b	18	1.6.0	2007	1. September 2007
7.6	R2008a	19	1.6.0	2008	1. März 2008
7.7	R2008b	20	1.6.0_04	2008	9. Oktober 2008
7.8	R2009a	21	1.6.0_04	2009	6. März 2009
7.9	R2009b	22	1.6.0_12	2009	4. September 2009
7.9.1	R2009bSP1	22	1.6.0_12	2010	1. April 2010
7.10	R2010a	23	1.6.0_12		5. März 2010
7.11	R2010b	24	1.6.0_17		3. September 2010
7.11.1	R2010bSP1		1.6.0_17	2011	17. März 2011
7.11.2	R2010bSP2		1.6.0_17		5. April 2012^[12]
7.12	R2011a	25	1.6.0_17		8. April 2011
7.13	R2011b	26	1.6.0_17		1. September 2011
7.14	R2012a	27	1.6.0_17	2012	1. März 2012
8	R2012b	28	1.6.0_17	2012	11. September 2012
8.1	R2013a	29	1.6.0_17	2013	7. März 2013
8.2	R2013b	30	1.7.0_11	2013	6. September 2013^[13]
8.3	R2014a	31	1.7.0_11	2014	7. März 2014^[14]
8.4	R2014b	32	1.7.0_11	2014	3. Oktober 2014
8.5	R2015a	33	1.7.0_60	2015	5. März 2015
8.5	R2015aSP1	33	1.7.0_60		14. Oktober 2015
8.6	R2015b	34	1.7.0_60		3. September 2015
9.0	R2016a	35	1.7.0_60	2016	3. März 2016
9.1	R2016b	36	1.7.0_60	2016	15. September 2016
9.2	R2017a	37	1.7.0_60	2017	9. März 2017
9.3	R2017b	38	1.8.0_121	2017	21. September 2017
9.4	R2018a	39	1.8.0_144	2018	15. März 2018^[15]
9.5	R2018b	40	1.8.0_152	2018	12. September 2018
9.6	R2019a	41	1.8.0_181	2019	20. März 2019
9.7	R2019b	42	1.8.0_202	2019	11. September 2019
9.8	R2020a	43		2020	19. März 2020
9.9	R2020b	44		2020	17. September 2020
9.10	R2021a	45		2021	11. März 2021
9.11	R2021b	46		2021	22. September 2021
9.12.0	R2022a	47		2022	9. März 2022
9.13	R2022b	48	1.8.0_202	2022	24. August 2022
9.14.0	R2023a	49		2023	16. März 2023
23.2	R2023b			2023	14. September 2023
24.1	R2024a			2024	4. April 2024
24.2	R2024b			2024	12. September 2024

Literatur

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.