الماتلاب

الدرس الأول – ما هو الماتلاب

في موقع To Circuit سوف نوفر سلسلة دروس للمبتدئين في مجال الماتلاب لغاية استخدامه في الذكاء الاصطناعي ولجميع الفئات التي قد تضم المهندسين والاقتصادين والماليين والدراسات العلمية والتحليلية , سوف نبدأ الدروس في تسلسل مرن مع الامثلة التطبيقية ,  فيجب على المتعلم الالمام الكافي بالمحتوى الذي تم تغطيته في موقعنا.

سوف ندرس الكثير من المواضيع المتعلقة في عالم الماتلاب مثل المتغيرات والعمليات الحسابية والدوران والشرط ومعالجة الصور الرقمية والمنطق الضبابي اضافة الى رسم المنحنيات الهندسية والكمية والعمليات الاحصائية البسيطة وطرق التحليل العددي في ايجاد الجذور والتكامل وكيفية كشف الاخطاء اضافة الى التعامل مع المصفوفات وهو من الاهداف الاساسية في الذكاء الاصطناعي, وسوف ندرس الجبر وحل المعادلات والاشتقاق والتكامل وكثيرات الحدود والنهايات , وتطرقنا الى دراسة سيميولنيك الذي سوف نستخدمه في برمجة المتحكمات الالكترونية ولبناء نماذج طائرات ذكية. والآن دعونا نبدأ في التعرف على بعض المفاهيم الاساسية

ما هو الماتلاب؟

الماتلاب MATLAB والتي تعني مختبر المصفوفات Matrix Laboratory في الحقيقة هذا البرنامج العملاق قديم حيث تم طرحه وبدأ العمل في العام 1984 ميلادي (أي عندما كنا غير مخلوقين) بشكل عام يمكن اعتبار الماتلاب من التطبيقات المهمة في المجالات الهندسية والرياضية والجبرية والذكاء الاصطناعي وهو من انتاج شركة ماث ووركس Math works لنتحدث عن امكانيات هذا البرنامج يستطيع هذا البرنامج حل المصفوفات وتنفيذ الخوارزميات الطويلة والمعقدة واجراء الكثير من العمليات الحسابية وايجاد حل المعادلات الكبيرة بعدة مجاهيل مختلفة وحل عمليات التكامل والاشتقاق والمعادلات الجبرية والتفاضلية ذات الأسس الكبيرة والصعبة بالاضافة الى جميع عمليات التفاضل وهذا بوقت قصير بدلا من الجهد الطويل في الحل اليدوي بحيث يدعم جميع انواع الاقترانات (الاسية – اللوغريتمية – الدائرية – المعكوسة … الخ) ويستطيع البرنامج عمل محاكاة للانظمة الهندسية في مجال الالكترونيات والكهرباء والميكانيكا والطيران وصناعة السيارات والدفاع الجوي , ويستخدم في رسم المنحنيات الهندسية في بعدين وثلاثة ابعاد بحيث يسمح برنامج ماتلاب برسم أشكال ثلاثية الأبعاد بعد كتابة معادلاتها الرياضية في نافذة مخصصة لذلك ويرسم اشكال مختلفة بطريقة احترافية.

وللغة الماتلاب من اللغات العالية المستوى التي من السهل تعلمها فهي للغة ذات اداء عالي للحسابات التقنية حيت تدمج التخمين والبرمجة بطريقة سهلة الاستعمال في بيئتها حيث المشاكل و الحلول تكون معبرة فى مجموعة رموز رياضية ذات علاقة ببعضها ومن الجدير ذكره ان الماتلاب من الانظمة المضمنة Embedded System يتعامل مع الوقت الحقيقي في اجزاء من الثانية . ويستطيع التعامل مع للغات البرمجة المختلفة فهو بالأصل نتاج من عدة لغات برمجة مثل الجافا و سي بلس بلس. 
يمتاز الماتلاب باحتوائه على شريط ادوات Tool Box من اكثر الميزات شهرة التي يوفرها البرنامج وهذا الصندوق يحتوي على مكتبات جاهزة وملفات مساعدة للمبرمجين ووظائف شاملة في مكان واحد لحل مشاكل استثنائية بعضها من انتاج الشركة والآخر من انتاج المستخدمين واما الاستخدام الثوري للماتلاب هو الذكاء الاصطناعي Artificial intelligence يرمز له “AI” يمكن استخدام الماتلاب في برمجة ونمذجة تطبيقات الذكاء الاصطناعي وهذا ما سوف ندرسه تفصيليًا لأول مرة في الوطن العربي.

المكتبة سيميولينك (Simulink)

 هو برنامج للنمذجة والمحاكاة وتحليل الانظمة الديناميكية التي قد تكون كهربائية او ميكانيكية او نظام آخر سواء كانت خطية او غير خطية و يقوم أيضا بنمذجة الانظمة سواء فى الزمن المستمر او فى الزمن الغير مستمر. تستفيد الشركات والمؤسسات المصنعة مثل للطائرات او السيارت والمحركات من صناديق سيميولينك وذلك في نمذجة طائراتهم لعوامل جوية معينة مثل الضغط الجوي ودرجات الحرارة وتأثيرات على هيكل الطائرة بشكل افتراضي (غير حقيقي) ورؤية نتائج المحاكاة لطائراتهم باستخدام برنامج المحاكاة سميولينك. ايضًا يستخدم سيميلوينك في رسم الأحماض النووية وأمور اكثر تعقيدًا. وباستخدام ال Simulink يمكنك دراسة خصائص نظام التحكم اوالمنظومة قبل البدء في التنفيذ حتى نحدد مدى استجابة النظام لما نقوم بعمله وهو الحاكم وهل نظام التحكم الموجود سيعطى احسن نتيجة وأقل اخطاء ام لا؟ والسيميولنيك ليس قاصرا على التحكم وتطبيقاته وانما يحتوي على مجموعة من البلوكات/الصناديق والتى تغطي أغلب تطبيقات الهندسة الميكانيكية والكهربائية وهندسة الطيران.

وبعد بناء النموذج نقوم بتشغيل النموذج لعمل ال Simulation ويمكنك اختيار خصائص ال Simulation وطريقة التكامل وهذا يكون فى non-real time كما يمكننا ايضا عمل محاكاة للنماذج فى ال real time وهذا باستخدام مجموعة البلوكات الموجودة فى البرنامج باسم Xpc Target و Real Time Workshop وسوف نتعرض لهذا لاحقا. ويمكننا التحكم فى ال Simulation من خلال سطر أوامر الماتلاب وهذا يكون مفيد جدا فى حالة الرغبة لعمل Simulation لأكثر من نموذج و ويمكن تخزين النتائج و استخدامها مع الصناديق الاخرى (Tool Box’s) الموجودة فى الماتلاب.

برمجة المنطق الضبابي (Fuzzy Logic)

يقدم برمجة المنطق الضابي (Fuzzy Logic) الحل والطريقة الأمثل لحل مشكلة تمثيل البيانات التقريبية التي يعجز الحاسوب عن حلها او الغير محددة تماما والتي من الممكن ان تسبب مشاكل في الحلول او عدم ايجادها والمنطق الضبابي يوفر الآلية الازمة لاستخدام هذه المعلومات وتوظيفها في حل المشكلة ويركز المنطق على الاسنتاج من خلال بيانات غير محددة مثل ( فلان شاب طويل) لقد تم تعريف فلان انه طويل لكن بدون تحديد كم طوله وهي قيمة غير محددة في المنطق الكلاسيكي.

من المعروف ان في المنطق الكلاسيكي ( General logic )  ان المتغير ياخذ قيمتين ام ان تكون صحيحة او خاطئة ( True / False ) اي (0 / 1). فعلى سبيل المثال اذا اراد مدير منتخب كرة السلة ان يختار لاعبين اطوالهم 1.75 متر وكان احدى المتقدمين طوله 1.749 متر في المنطلق الكلاسيكي سيتم استبعاده فقط بسبب 1 ملم! وهي في الحقيقة ليست ذات تأثير, اما في المنطق الضبابي فسيتم اختياره ومثال آخر لو اردت تقسيم مجموعة X الى مجموعتين الاطفال والكبار وكانت النسبة هي ان الاطفال تحت عمر 10 عام والكبار فوق 10 عام , فاذا تقدم شخص عمره 9 عام و 364 يوم فسيتم تصنيفه على انه كبير وبذلك فجأة يفقد طفولته, ومن هنا نجد اهمية المنطق الضبابي.

يقدم المنطق الضبابي حلا مناسبا لهذه الحالات حيث يتم اسناد نسبة جزئية للمتغير اي نسبة انتمائه للفئة المعينة ضمن المجال (0,1) ومن مثال الاعمار السابق , ان المنطق الضبابي سوف يسند للشخص الذي عمره 3 سنوات درجة انتماء لمجموعة الاطفال (80%)  والشخص في سن 10 سنوات درجة انتماء (40%) واما في سن ال13 سنة درجة انتماء (10%).

حقق المنطق الضبابي تطورات كبيرة في شتى التطبيقات البرمجية والهندسية وقد استخدم في بناء اول فرن لصناعة الاسمنت في الدينمارك عام 1975 وتبعها منتجات عدة بين الات الغسيل والات التصوير والمكيفات الهوائية والمضخات وكان لها اهتمام واسع في مجال صناعة الانظمة الخبيرة الطبية وخاصة العسكرية.

لماذا نلجئ للمنطق الضبابي (الصفات الرئيسية) ؟

  • في المنطق الضابي كل شيئ يحظى في درجة انتماء معينة.
  • كل نظام منطقي يمكن ان ينمذج في المنطق الضبابي.
  • تترجمم المعرفة (البيانات) كمجوعة من المتغيرات.
  • يتم عرض النتائج بناءا على شروط معينة يدخلها المستخدم اي بطريقة منهجية احصائية ضمن شروط مرنة.
  • سهولة الفهم والبرمجة والمرونة.
  • نمذجة النظم الخطية والاخطية.
  • التصميم الاعتماد على الخبرة البشرية.
  • تعدد البرمجيات واللغات التي تدعم المنطق الضبابي.
  • يرتكز المنطق الضبابي بشكل اساسي على علم الاحصاء فيمكننا القول ان النتائج دائما صحيحة يمكن تطبيقها في الميدان.

معالجة الصور الرقمية (Digital Image Processing)

معالجة الصور الرقمية هي من العلوم الذكية في عالم الذكاء الاصطناعي التي تتيج لجهاز الحاسوب او الآلة فهم الألوان والصور والتعرف على الوجوه واجراء التعليمات وفقا لدلائل فوتوغرافية على يتم استخدام تقنية معالجة الصور الرقمية كثيرا في ايامنا هذه فمثلا تستخدم في برامج الهواتف الكية للتعرف على الوجوه واضافة تاثيرات مختلفة للوجه وايضا تستخدم في عمليات التصوير في المدينة بحيث تقوم بترصيد المخالفات وغيرها من الاستخدامات الصناعية والترفيهية.

في الدروس القادمة سوف نبدأ في تصميم انظمة خاصة بنا باستخدام الماتلاب وتطبيقات الذكاء الاصطناعي للمهندسين والهواة والباحثين والناطقين في اللغة العربية. الآن يمكنك تحميل برناج الماتلاب من موقع www.mathworks.com اوتحميل نسخة الطالب ذات ثمن رمزي.


كل شخص لديه مهارة ويمكن ان يعلمها للآخرين ، والجميع بحاجه إلى تعلم مهارات جديده. تطبيق TutorBay يمكنك ان تجد دروس مجانية ويمكنك من اعطاء الدروس الخصوصية للآخرين ويجلب لك دخل إضافي بإعطاء المعرفة للآخرين. لتحميل تطبيق TutorBay انقر على الصورة ادناه

الآن يمكنك الانتقال الى الدرس الثاني بعنوان التعامل مع برنامج الماتلاب.


مقالات ذات صلة

‫2 تعليقات

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

إغلاق
إغلاق