Εγκατάσταση, λειτουργία και εφαρµογές κεντρικής άδειας MATLAB Πανεπιστήµιο Κρήτης Ηράκλειο, ευτέρα 8 εκεµβρίου 2008 2006 The MathWorks, Inc. Πετσούνης Κώστας Γκέτσης Ζαχαρίας
10:00 10:10 Εισαγωγή Πρόγραµµα Ηµερίδας 10:10 11:00 Ενότητα 1η: Ανάλυση κεντρικής εγκατάστασης MATLAB του Πανεπιστηµίου 11:00 12:10 Ενότητα 2η: Περιβάλλον και τρόποι εργασίας µε το MATLAB ιάλειµµα 10 12:20 13:20 Ενότητα 3η: Παραδείγµατα σε γνωστικά αντικείµενα που ενδιαφέρουν 13:20 14:00 Ενότητα 4η: Μοντελοποίηση συστηµάτων µε το SIMULINK 14:00 14:30 Ενότητα 5η: Παράλληλη και κατανεµηµένη επεξεργασία 14:30... Σύνοψη. Ερωτήσεις & Συζήτηση 2
Ενότητα 1 η : Ανάλυσηκεντρικής εγκατάστασης MATLAB του Πανεπιστηµίου -Τεχνικάχαρακτηριστικά -Τρόποςλειτουργίας / αδειοδότησης - Ανάλυση υπαρχόντων εργαλείων & Εφαρµογές - Συντήρηση της εγκατάστασης, ενηµέρωση και εκπαίδευση - υνατότητες επέκτασης εµπλουτισµού της εγκατάστασης -Ερωτήσεις -Συζήτηση 2006 The MathWorks, Inc.
Site license ΤεχνικάΧαρακτηριστικά Εγκατάσταση του λογισµικού αδειοδότησης (Flexlm) στο δίκτυο σε συγκεκριµένο server. Απαιτείται το hostid του server Εγκατάσταση του λογισµικού σε κάθε τοπικό υπολογιστή στο Πανεπιστήµιο Υποστηρίζονται όλες οι πλατφόρµες συγχρόνως υνατότητα δέσµευσης αδειών σε συγκεκριµένα IP υνατότητα χρήσης της άδειας µε αποµακρυσµένησύνδεση (remote desktop) Redundant servers Ethernet Address Number: 3 Server System Administrator 4
Site license Τρόποςλειτουργίας / αδειοδότησης Ταυτόχρονη χρήση του λογισµικού και των εργαλείων από το µέγιστο αριθµό χρηστών που προβλέπονται στην άδεια εν απαιτείται ίδιος αριθµός και ίδια σύνθεση από εργαλεία / toolboxes σε όλες τις διαθέσιµες άδειες. Αυτό επιτρέπει την χρήση µεγάλης ποικιλίας αδειών σε κατάλληλο αριθµό. υνατότηταχρήσηςαπόόλαταµέλη της Ακαδηµαϊκής κοινότητας για εκπαιδευτικούς και ερευνητικούς σκοπούς. ικαίωµα χρήσης της άδειας επ αόριστον Server System Administrator 5
Site license Ανάλυση Υπαρχόντων Εργαλείων ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ MATLAB Οptimization Toolbox Symbolic Math Toolbox Partial Differential Equation Toolbox Statistics Toolbox Neural Networks Toolbox Curve Fitting Toolbox Spline Toolbox Signal Processing Toolbox Communications Toolbox Image Processing Toolbox Bioinformatics Toolbox Financial Toolbox MATLAB Compiler Α ΕΙΕΣ 100 50 25 50 50 5 5 25 50 25 5 5 5 1 6
MATLAB: Εργαλεία ανά Περιοχή Εφαρµογής Τεχνικοί Υπολογισµοί Επεξεργασία Σήµατος και Τηλεπικοινωνιακά Συστήµατα Υπολογιστική Βιολογία Επεξεργασία Εικόνας Έλεγχος πειραµατικών διατάξεων και συλλογή µετρήσεων Σχεδιασµός και Ανάλυση Συστηµάτων Ελέγχου Μοντελοποίηση & Ανάλυση Οικονοµικών εδοµένων 7
Site license ΣυντήρησηΕγκατάστασης Η διατήρηση της εγκατάστασης σε συντήρηση (µετά τον πρώτο χρόνο) προσφέρει: Νέες εκδόσεις Τεχνική υποστήριξη Ενηµερωτικά Σεµινάρια Εκπαίδευση για νέους χρήστες Εκπαίδευση για προχωρηµένους χρήστες Server Ο διαχειριστής του συστήµατος ανανεώνει την άδεια υνατότητα δηµιουργίας TMW account από τους Εξουσιοδοτηµένους χρήστες για την λήψη των ανανεώσεωντουλογισµικού, τεχνικήυποστήριξη, υποβολή ερωτηµάτων. System Administrator 8
υνατότητες Εµπλουτισµού Εγκατάστασης Simulink Product Family View full product list Application-Specific Products MATLAB Product Family 9
Site license Πλεονεκτήµατα Πραγµατική υπηρεσία προς όλους οι οποίοι θα αποκτήσουν άµεση πρόσβαση στην τελευταία έκδοση του Λογισµικού χωρίς προβλήµατα Χρήση νόµιµης, πλήρους, τεχνικά υποστηριζόµενης άδειας χωρίς περιορισµούς. υνατότητα δοµικής νέων αδειών (trial) εργαλείων που δεν έχουνε εγκατασταθεί. Υπάρχουν περισσότερα από 90 εργαλεία. ιευκόλυνσηστοκαθαράδιδακτικόέργο (πλήθοςσηµειώσεων, ασκήσεων, m-filesκαιάλλουυλικού). 10
Ενότητα 2η: Περιβάλλον και τρόποι εργασίας µε το MATLAB Εισαγωγή στο MATLAB Περιβάλλον: Πρόσβαση, ανάλυση και απεικόνιση δεδοµένων Αυτοµατοποίηση διαδικασιών και δηµιουργία τεχνικών αναφορών Ανάπτυξη αλγορίθµων και εφαρµογών 2006 The MathWorks, Inc.
The leading environment for technical computing Αναπτυξιακό Σύστηµα Λογισµικού Γλώσσα προγραµµατισµού τεχνικών / επιστηµονικών υπολογισµών Περιβάλλονγιατηνεισαγωγή, ανάλυση και επεξεργασία δεδοµένων. Ανάπτυξη αλγορίθµων και εφαρµογών > 1,000,000 Installations Third Party Software Companies > 300 More than 1000 books 12
Γιατί να χρησιµοποιήσουµε MATLAB? Ταχύτερηεπίλυσητεχνικών / επιστηµονικών προβληµάτων σε σχέση µε τις παραδοσιακές γλώσσες προγραµµατισµού Αναπτυξιακό περιβάλλον που συνδυάζει τεχνικούς υπολογισµούς, απεικόνιση και προγραµµατισµό Μπορεί να χρησιµοποιηθεί στους οργανισµούς για ποικιλία εφαρµογών MATLAB enabled us to cut down development time by several orders of magnitude. We met our goals and astounded even those who had believed we would succeed. Dr. Arkady Glukhovsky Given Imaging 13
MATLAB ΒασικάΧαρακτηριστικά (Key Features) ιαδραστικό Περιβάλλον Περισσότερες από 1,000 functions Vector-based mathematics 2D, 3D graphics, and GUI design File I/O Calling C/C++, Fortran, Java, COM Γραφικά εργαλεία ανάλυσης Ανοιχτή Αρχιτεκτονική Επέκταση µέσω εξειδικευµένων εργαλείων (toolboxes). 14
Technical Computing Workflow Access Explore & Discover Share Outputs for Design Automate 15
Στατιστική ανάλυση των τάσεων στα φτερά αεροσκάφους. Παράδειγµα Περιγραφή: Έλεγχος υπέρβασης των σχεδιαστικών προδιαγραφών για τα επίπεδα των τάσεων Επίδραση του ανέµου στο επίπεδο των τάσεων Έλεγχος των τάσεων στα δύο φτερά L1 L2 L3 Πρόσβαση δεδοµένων από Excel, Access ή έντυπα (scanned) έγγραφα Γραφική ανάλυση µε point & click διαδικασίες Χρήση του Help Αυτοµατοποίηση διαδικασιών Τεχνική τεκµηρίωση Y Vy X Vx 16
Πρόσβαση στα εδοµένα (Data Access) Αρχεία Excel, text or binary Multimedia, scientific, Web, XML Map and Geospatial Data Εφαρµογές & Γλώσσες προγραµµατισµού C, C++, Fortran, Java, COM, DLLs Βάσεις δεδοµένων Μετρητικές διατάξεις Κάρτες συλλογής δεδοµένων (DAQ hardware) Πειραµατικά όργανα & συσκευές Web Data Providers Financial Data: Bloomberg, Factset, Reuters, Federal Reserve Economic Data Biological Data: GenBank, EMBL, NCBI BLAST, and PDB 17
Ανάλυση και Απεικόνιση εδοµένων Ανάλυση εδοµένων Προσαρµογή καµπύλης και παρεµβολή δεδοµένων, εξοµάλυνση και αφαίρεση καθοριστικών τάσεων Στατιστικοί αλγόριθµοι, αλγόριθµοι επεξεργασίας σήµατος Επίλυση διαφορικών εξισώσεων και προβληµάτων γραµµικής άλγεβρας Ταχύτητα & ακρίβεια υπολογισµών µε χρήση builtin συναρτήσεων µαθηµατικής ανάλυσης και τεχνικών υπολογισµών Απεικόνιση Συναρτήσεις απεικόνισης και εξειδικευµένα γραφήµατα (2D, 3D, VolViz) Γραφικά εργαλεία για τη κατασκευή / τροποποίηση γραφηµάτων ηµιουργία custom συναρτήσεων και αυτοµατοποίηση των διαδικασιών 18
Αποτελέσµατα & Τεχνική Τεκµηρίωση ηµιουργία τεχνικών αναφορών σε Word, PowerPoint, Excel, HTML, Εξαγωγή των αποτελεσµάτων σε αρχεία δεδοµένων (data files) ηµιουργία και διάθεση M-files Επικοινωνία µε εφαρµογές και γλώσσες προγραµµατισµού C, C++, Java, Fortran,.NET, and ActiveX 19
Ανάπτυξη αλγορίθµου εντοπισµού εγκαταλειµµένωναντικειµένων. Σκοπός: Ανάπτυξη & Βελτίωση αλγορίθµου επεξεργασίας εικόνας Παράδειγµα Συναρτήσεις επεξεργασίας εικόνας Τρόπος λειτουργία του αλγορίθµου Χρήσιµα report και διαδικασίες απαλοιφής των σφαλµάτων ηµιουργία γραφικών εργαλείων επικοινωνίας µε τον χρήστη Συλλογή δεδοµένων σε πραγµατικό χρόνοαπότηνκάρταήχουτου υπολογιστή / από κάµερα Μετατροπή της εφαρµογής σε stand-alone 20
Ανάπτυξη Αλγορίθµων & Εφαρµογών Προγραµµατισµός reusable functions Εργαλεία ανάπτυξης Editor Debugger Profiler Γραφικά εργαλεία σχεδίασης φορµών GUI Έτοιµα πλαίσια διαλόγου και buttons Ανάπτυξη custom GUIs Εξαγωγή / ενσωµάτωση σε desktop και Web εφαρµογές 21
Εξαγωγήεφαρµογώνσεεκτελέσιµααρχεία.exe & ενσωµάτωση αλγόριθµων σε desktop και εφαρµογές INTERNET. Share MATLAB code with other users Share applications with end users who do not have MATLAB Use the MATLAB Compiler to create stand-alone executables and shared libraries Use Compiler Add-Ons to create software components MATLAB Compiler MATLAB Builder for Excel MATLAB Builder for.net & Java Java 22
Εξαγωγή / ενσωµάτωση σε desktopκαι Web εφαρµογές. MATLAB Desktop End-User Desktop or Web Server 23
Ενότητα 3η: Παραδείγµατα σε γνωστικά αντικείµενα που ενδιαφέρουν Μαθηµατικά & Βελτιστοποίηση ΒιοΙατρική Επεξεργασία Σήµατος & Εικόνας Τηλεπικοινωνιακά συστήµατα 2006 The MathWorks, Inc.
Μαθηµατικά &Βελτιστοποίηση Προσαρµογή καµπύλης και παρεµβολή δεδοµένων, εξοµάλυνση και αφαίρεση καθοριστικών τάσεων Επίλυση διαφορικών εξισώσεων και προβληµάτων γραµµικής άλγεβρας Πολυµεταβλητήανάλυση / κατηγοριοποίηση Εκτίµηση πιθανοτικών κατανοµών Νευρωνικά δίκτυα Συµβολικά µαθηµατικά Προβλήµαταγραµµικού / τετραγωνικού / µη γραµµικού προγραµµατισµού Προβλήµατα ασυνεχών ή / και στοχαστικών αντικειµενικών συναρτήσεων 25
Σχεδιασµός Ανεµιστήρα Ψύξης Μηχανής Παράδειγµα Περιγραφή Η µηχανή δεν ψύχεται ικανοποιητικά Ο ανεµιστήρας πρέπει να τροποποιηθεί ώστε να παρέχεται αυξηµένη παροχή αέρα Προσέγγιση Σχεδιασµός πειραµάτων για την συλλογή πειραµατικών δεδοµένων Μοντελοποίηση της απόδοσης του ανεµιστήρα Βελτιστοποίηση των σχεδιαστικών παραµέτρων ως προς την µέγιστη παροχή αέρα 26
Σχεδιασµός Ανεµιστήρα Ψύξης Μηχανής Data Analysis for Design distance Απόδοση υφιστάµενου σχεδιασµού Airflow ~23.85 κυβικά µέτρα ανά λεπτό clearance Νέες σχεδιαστικές προδιαγραφές Airflow > 24.8 κυβικά µέτρα ανά λεπτό pitch Σχεδιαστικές παράµετροι Range Factors Min Max Units Distance from radiator (d) 2.50 4.00 cm Blade pitch angle (p) 0.25 0.75 rad Blade tip clearance (c) 2.50 5.00 cm 27
Βιοιατρική 28
Bioinformatics 29
Medical Image Processing 30
Signal Processing 31
Microscopy Automation Example Εισαγωγή βιο ιατρικών εικόνων. Thresholding Μείωση θορύβου. Επικοινωνία µε κάµερα Παράδειγµα 32
Ανάλυση και Απεικόνιση εδοµένων Μικροσυστοιχιών (Microarrays) Κανονικοποίηση και φιλτράρισµα δεδοµένων. Εξειδικευµένα γραφήµατα. Αλγόριθµοι κατηγοριοποίησης και στατιστικά γραφήµατα. Παράδειγµα 33
Ανάλυση εδοµένων Φασµατογραφίας Μάζας (Mass spectrometry) Παράδειγµα Ανάλυση SELDI και MALDI δεδοµένων. Support vector machine (SVM) και K-nearest neighbor. Εργαλεία επιλογής «διαχωριστικών» χαρακτηριστικών. 34
Επεξεργασία Σήµατος και Ανάλυση Τηλεπικοινωνιακών Συστηµάτων Ανάλυσηκαιεπεξεργασίασηµάτων, ανάπτυξη αλγορίθµων Σχεδιασµόςκαιπροσοµοίωσηφίλτρων, συστηµάτων επεξεργασίας σήµατος και συσκευών Σχεδιασµός, προσοµοίωσηκαιανάλυση των αλγορίθµων του φυσικού στρώµατος τηλεπικοινωνιακών συστηµάτων 35
Βασικά Χαρακτηριστικά (1/2) Σχεδιασµός, ανάλυση και υλοποίηση φίλτρων Μετασχηµατισµοί Στατιστική επεξεργασία σήµατος Φασµατική ανάλυση Παραµετρική µοντελοποίηση χρονο-σειρών ηµιουργία κυµατοµορφών Πληροφορίες παραθύρωσης Γραµµική πρόβλεψη 36
Βασικά Χαρακτηριστικά (2/2) Κωδικοποίηση πηγών και καναλιών, διεµπλοκή, διαµόρφωση, µοντέλα καναλιών, εξισορρόπηση ιαγράµµαταοφθαλµού, αστερισµού, σκέδαση καναλιών Πηγές, όπως γεννήτριες ακέραιων και δυαδικών δεδοµένων, PN και Gold ακολουθιών Μοντέλα καναλιών, όπως AWGN, Multipath Rayleigh & Rician Fading, και RF impairments 37
Ανάλυση ηχητικών σηµάτων σε πραγµατικό χρόνο Παράδειγµα Σκοπός: Ανάπτυξη stand-alone εφαρµογής λήψης και επεξεργασίας ακουστικών σηµάτων Συλλογή δεδοµένων σε πραγµατικό χρόνο από την κάρτα ήχου του υπολογιστή Φασµατική ανάλυση / Ιστόγραµµα Ανάπτυξη GUI Μετατροπή της εφαρµογής σε stand-alone 38
Προσοµοίωση QPSK τηλεπικοινωνιακού καναλιού Σκοπός: ηµιουργία καµπυλών εµπειρικής απόδοσης και σύγκριση µε τις θεωρητικές Παράδειγµα - ηµιουργία τυχαίων δεδοµένων - ιαµόρφωση φάσης των δεδοµένων -Πρόσθεσηθορύβου - Ανάκτηση πληροφορίας από το µεταδιδόµενο σήµα - Σύγκριση αρχικού και αποδιαµορφωµένου σήµατος 39
Εφαρµογές επεξεργασίας εικόνας µε MATLAB. Automotive Defense Biometrics Medical diagnosis Electronics Microscopy Semiconductors Drug discovery 40
Image Processing with MATLAB: Workflow Data Access Data Sources.jpg Modelling Image Visualization Sharing Analysis Image Analysis Outputs for Design Algorithms Acquisition Image Processing Applications 41
Noise reduction and filtering Παράδειγµα Μείωση θορύβου σε εικόνες µε χρήση γραµµικών και µηγραµµικών φίλτρων. 42
Image Acquisition and Processing Demo Παράδειγµα Ζωντανή λήψη video και ήχου για τον εντοπισµό εισβολέα: 1. Λήψη video και ήχου από web camera και την κάρτα ήχου 2. Σύγκριση εισόδου µε συγκεκριµένα thresholds 3. Ενεργοποίηση συναγερµού και καταγραφή στον δίσκο 43
Identify broken objects Παράδειγµα Εισαγωγή εικόναςread image Αφαίρεση φωτισµών του background Τµηµατοποίηση αντικειµένων Εξαγωγή χαρακτηριστικών Ανάλυση χαρακτηριστικών για τον εντοπισµό ελαττωµατικών αντικειµένων GUI 44