MATLAB. Программирование на С++, С#, Java и VBA

Н. К. Смоленцев
MATLAB. 
Программирование  
на С++, С#, Java и VBA
3-е издание, электронное
Рекомендовано УМС по математике и механике УМО 
по классическому университетскому образованию РФ 
в качестве учебного пособия для студентов высших учебных 
заведений, обучающихся по направлениям и специальностям 
«Математика», «Прикладная математика и информатика», «Механика»
Москва, 2023

УДК 004.432
ББК 32.973.22
С51
С51
Смоленцев, Николай Константинович.
MATLAB. Программирование на С++, С#, Java и VBA / Смоленцев Н.К.. — 3-е изд., 
эл. — 1 файл pdf : 499 с. — Москва : ДМК Пресс, 2023. — Систем. требования: Adobe Reader 
XI либо Adobe Digital Editions 4.5 ; экран 10". — Текст : электронный.
ISBN 978-5-89818-594-7
Всех, кто работал с системой MATLAB, поражает удивительная легкость написания программ 
на языке MATLAB для решения самых разнообразных задач. MATLAB предлагает классы, которые представляют основные типы данных MATLAB в других языках программирования: С/С++, 
Java, VBA, .NET. В системе имеется также возможность создания компонентов для этих языков, 
которые включают функции, написанные в MATLAB.
Изложению этой тематики посвящена данная книга. В ней подробно рассматривается работа 
Компилятора MATLAB, примеры создания независимых от MATLAB приложений на C++, Java, 
C#, VBA. Кроме того рассмотрена работа с MATLAB Production Server, что позволяет исполнять 
трудоемкие процедуры MATLAB на сервере MATLAB.
Освоение технологии использования колоссальных математических возможностей MATLAB 
в других языках программирования позволит создавать полноценные приложения с развитой 
графической средой для реализации сложных математических алгоритмов.
Издание предназначено студентам и преподавателям вузов по математическим специальностям, 
а также программистам, которые сталкиваются с проблемами реализации математических алгоритмов на MATLAB.
УДК 004.432 
ББК 32.973.22
Электронное издание на основе печатного издания: MATLAB. Программирование на С++, С#, Java и VBA / 
Н. К. Смоленцев. — 2-е изд., перераб. и доп. — Москва : ДМК Пресс, 2015. — 498 с. — ISBN 978-5-97060-2829. — Текст : непосредственный.
Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме и какими бы 
то ни было средствами без  письменного разрешения владельцев авторских прав.
Материал, изложенный в данной книге, многократно проверен. Но поскольку вероятность технических ошибок все равно существует, издательство не может гарантировать абсолютную точность и правильность приводимых сведений. В связи с 
этим издательство не несет ответственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги.
В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных техническими средствами защиты авторских 
прав, правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации.
ISBN 978-5-89818-594-7
© Смоленцев Н. К., 2015
© Оформление, издание, ДМК Пресс, 2015

оглавление
Предисловие.......................................................................... 12
Глава 1.  
Система компьютерной математики MATLAB............................... 15
Введение................................................................................................................ 15
1.1. Общее описание системы MATLAB................................................................... 16
1.1.1. Инструментальные средства рабочего стола MATLAB............................... 17
Меню ленты инструментов......................................................................................18
Окна, используемые в работе MATLAB....................................................................20
Редактор массивов .
................................................................................................21
Редактор m-файлов (MATLAB Editor).......................................................................22
Анализатор кода (Code Analyzer).............................................................................23
Профилировщик (Profiler).
.......................................................................................24
Окно для просмотра графиков................................................................................24
1.1.2. Справочная система MATLAB.................................................................... 25
1.1.3. Константы и системные переменные MATLAB........................................... 28
1.1.4. Типы данных MATLAB................................................................................ 28
1.2. Основы работы с MATLAB................................................................................. 32
1.2.1. Запуск MATLAB и начало работы............................................................... 32
1.2.2. Задание массивов.................................................................................... 34
Задание одномерных массивов..............................................................................35
Задание двумерных массивов.
................................................................................36
1.2.3. Операции над массивами......................................................................... 38
1.2.4. Решение систем линейных уравнений...................................................... 42
1.2.5. Решение дифференциальных уравнений.................................................. 43
1.2.6. Символьная математика пакета расширения Symbolic Math..................... 48
1.2.7. М-файлы.
.................................................................................................. 51
1.2.8. Чтение и запись текстовых файлов........................................................... 53
1.2.9. Операции с рабочей областью и текстом сессии...................................... 57
1.2.10. Графика в MATLAB.................................................................................. 59
1.3. Программирование в среде Matlab.
................................................................ 64
1.3.1. Операторы системы MATLAB.................................................................... 64
Арифметические операторы...................................................................................65
Операторы отношения............................................................................................65
Логические операторы............................................................................................66
Логические функции .
..............................................................................................67
1.3.2. Управление последовательностью исполнения операторов..................... 68
1.3.3. М-функции.
............................................................................................... 72
Подфункции............................................................................................................74
Частные функции....................................................................................................74
Вызов функции.
.......................................................................................................75

Оглавление
Рабочая область функции.
.......................................................................................75
Проверка количества аргументов.
...........................................................................76
Формирование входного массива varargin..............................................................77
Формирование выходного массива varargout..........................................................77
Локальные и глобальные переменные.....................................................................78
1.3.4. Вычисление символьных выражений........................................................ 79
1.3.5. Ошибки и предупреждения....................................................................... 80
1.3.6. Повышение эффективности обработки М-файлов.................................... 81
1.3.7. Пример. Огибающая семейства нормалей.
............................................... 83
1.4. Создание графического интерфейса пользователя в MATLAB.
.......................... 86
1.4.1. Среда разработки GUIDE графического интерфейса пользователя.
.......... 86
Свойства инспектора свойств.................................................................................91
Управления событиями GUI.....................................................................................92
Виды обратных вызовов..........................................................................................94
Структура m-файла приложения.............................................................................95
Создание меню.......................................................................................................97
1.4.2. Пример создания GUI «Предельные циклы. Границы хаоса».
..................... 99
Постановка задачи................................................................................................100
Создание GUI........................................................................................................104
Упражнение. Создания GUI «Предельные циклы. Границы хаоса».
.........................107
Постановка задачи................................................................................................107
1.5. Взаимодействие MATLAB и Microsoft Excel.
..................................................... 108
1.5.1. Установка продукта и конфигурирование.
............................................... 109
Конфигурирование Microsoft Excel 2003................................................................109
Конфигурирование Microsoft Excel 2007 и 2010.....................................................110
Установка предпочтений надстройки Spreadsheet Link EX .....................................111
1.5.2. Функции Spreadsheet Link EX.
.................................................................. 112
Запуск и закрытие.................................................................................................112
Настройка.............................................................................................................112
Экспорт данных в MATLAB.....................................................................................113
Импорт данных из MATLAB....................................................................................113
Команды MATLAB в Microsoft Excel........................................................................113
1.5.3. Использование Spreadsheet Link EX........................................................ 113
1.5.4. Использование Мастера функций (MATLAB Function Wizard)................... 114
1.6. Массивы символов, ячеек и структур ............................................................. 117
1.6.1. Массивы символов ................................................................................ 117
Общие функции.
....................................................................................................118
Преобразование чисел в символы и обратно .
.......................................................119
Функции преобразования систем счисления ........................................................120
Вычисление строковых выражений .
......................................................................121
1.6.2. Массивы ячеек.
....................................................................................... 122
Создание массивов ячеек ....................................................................................122
Доступ к данным в ячейках ...................................................................................124
Вложенные массивы ячеек ...................................................................................126
1.6.3. Массивы структур .................................................................................. 127
Построение структур ............................................................................................128
Доступ к полям и данным структуры .....................................................................129
Глава 2.  
Компилятор MATLAB.............................................................. 133
2.1. Общие сведения о Компиляторе MATLAB ....................................................... 133

Оглавление
2.1.1. Назначение Компилятора MATLAB.......................................................... 134
2.1.2. Инсталляция и конфигурирование.......................................................... 134
2.1.3. Среда выполнения компоненты MATLAB, библиотека MCR..................... 135
2.1.4. Среда разработки Deployment Tool......................................................... 136
2.2. Создание автономных приложений и библиотек............................................. 139
2.2.1. Создание автономного приложения.
....................................................... 140
Подготовка к созданию приложения.
.....................................................................140
Создание приложения.
..........................................................................................140
Установка приложения на другую машину.............................................................142
2.2.2. Библиотеки совместного использования С и обращение к ним .
из программы.................................................................................................. 143
Подготовка к созданию библиотеки......................................................................143
Создание библиотеки .
..........................................................................................143
Установка библиотеки на другую машину..............................................................146
Создание С-приложения, использующего библиотеку..........................................146
Тестирование приложения ...................................................................................149
2.2.3. Библиотека совместного использования C++......................................... 150
2.2.4. Функции библиотеки, создаваемые из m-файлов................................... 151
Использование varargin и varargout в интерфейсе m-функции .
..............................152
2.3. Программный интерфейс С/C++ API Компилятора MATLAB.
............................ 153
Примеры ..............................................................................................................154
2.3.1. Классы C++ Компилятора 5.1 MATLAB.
.................................................... 155
2.3.2. Класс mwArray........................................................................................ 156
Основные типы данных .
........................................................................................157
Конструкторы.
.......................................................................................................157
Методы копирования............................................................................................159
Методы получения информации о массиве...........................................................159
Методы доступа к элементам массива mwArray.
....................................................160
Статические методы.............................................................................................162
Операторы............................................................................................................162
2.3.3. Класс mwString....................................................................................... 163
Конструкторы.
.......................................................................................................164
Методы.................................................................................................................164
Операторы............................................................................................................164
2.3.4. Класс mwException.
................................................................................. 165
2.3.5. Внешние интерфейсы............................................................................. 165
Процедуры доступа к MAT-файлам.
.......................................................................166
Операции с массивами mxArray............................................................................167
2.4. Передача значений между C/C++ double, mxArray и mwArray.
.......................... 173
2.4.1. Преобразование значений между C/C++ double и mxArray...................... 173
Преобразование скаляров....................................................................................174
Преобразование векторов....................................................................................174
Преобразование матриц.......................................................................................174
2.4.2. Преобразование значений из C/C++ double в mwArray............................ 174
Преобразование скаляров....................................................................................175
Преобразование векторов....................................................................................175
Преобразование матриц.......................................................................................175
2.4.3. Преобразование значений из mwArray в C/C++ double............................ 176
Преобразование скаляров....................................................................................176
Преобразование векторов....................................................................................176
Преобразование матриц.......................................................................................177

Оглавление
2.4.4. Вспомогательные функции преобразования данных............................... 177
Преобразование значений из C/C++ double в mxArray...........................................177
Преобразование значений из mxArray в C/C++ double...........................................179
Преобразование из C/C++ double в mwArray.........................................................180
Преобразование mwArray в C/C++ double..............................................................181
Пример создания заголовочного файла................................................................181
Глава 3.  
Создание компонентов для Java при помощи MATLAB Builder JA.... 183
3.1. Введение в Java Builder.
.................................................................................. 183
3.1.1. Необходимое программное обеспечение Java.
....................................... 184
3.1.2. Установка и конфигурирование MATLAB Builder JA.
................................. 185
Установка и настройки совместимости MATLAB Builder JA с Java.
..........................185
3.2. Создание и использование пакетов MATLAB Builder JA................................... 188
3.2.1. Создание пакета Java средствами MATLAB Builder JA............................. 189
Подготовка к созданию проекта............................................................................189
Создание компонента...........................................................................................190
3.2.2. Разработка приложения, использующего компонент.............................. 193
Создание кода приложения Java...........................................................................193
Компиляция приложения.
......................................................................................195
Запуск приложения...............................................................................................196
Упаковка и распространение приложения Java.....................................................196
3.2.3. Обсуждение примера Java-программы................................................... 197
3.2.4. Объем n-мерного шара и площадь (n – 1)-мерной сферы....................... 198
Создание компонента Java Builder........................................................................198
Создание кода приложения Java...........................................................................199
Компиляция приложения.
......................................................................................200
Запуск приложения...............................................................................................201
3.3. Создание оконных приложений в среде NetBeans.
.......................................... 201
3.3.1. Среда проектирования IDE NetBeans...................................................... 201
3.3.2. Объем n-мерного шара и площадь (n – 1)-мерной сферы....................... 206
Подключение библиотек MATLAB и созданного пакета Volume..............................207
Создание окна приложения.
..................................................................................209
Задание элементов окна приложения...................................................................209
Создание программы приложения........................................................................210
Распространение приложения..............................................................................212
3.3.3. Магический квадрат.
............................................................................... 213
Подключение библиотек MATLAB и пакета magicsquare.
........................................213
Создание окна приложения.
..................................................................................214
Задание элементов окна приложения...................................................................214
Создание программы приложения........................................................................214
3.4. Некоторые вопросы программирования с Java Builder.................................... 216
3.4.1. Импорт классов и создание экземпляра класса...................................... 217
3.4.2. Правила обращения к методам Java Builder............................................ 217
Стандартный интерфейс.......................................................................................218
Интерфейс mlx......................................................................................................219
3.4.3. Правила преобразования данных MATLAB и Java.................................... 220
Автоматическое преобразование в тип MATLAB....................................................220
Преобразование типов данных вручную................................................................221
3.4.4. Аргументы методов Java Builder.
............................................................. 224
Передача неопределенного числа параметров.....................................................224

Оглавление
Получение информации о результатах методов....................................................226
Передача объектов Java по ссылке.
.......................................................................228
3.4.5. Обработка ошибок.................................................................................. 228
Обработка исключений MWException.
....................................................................228
Обработка общих исключений.
..............................................................................229
3.4.6. Управление собственными ресурсами.
................................................... 230
Использование «сборки мусора» JVM.
...................................................................231
Использование метода dispose.............................................................................231
3.5. Массивы MATLAB в Java.................................................................................. 232
3.5.1. Использование методов класса MWArray................................................ 233
Построение и удаление MWArray...........................................................................234
Методы получения информации о MWArray...........................................................234
Методы получения и задания данных в MWArray....................................................236
Методы копирования, преобразования и сравнения массивов MWArray.
...............238
Методы для использования на разреженных массивах MWArray.
...........................240
3.5.2. Использование MWNumericArray.
............................................................ 241
Построение различных типов числовых массивов.................................................242
Методы уничтожения MWNumericArray..................................................................246
Методы для получения информации о MWNumericArray........................................246
Методы доступа к элементам и задания элементов MWNumericArray....................247
Методы копирования, преобразования и сравнения массивов MWNumericArray.... 252
Методы возвращения значений специальных констант.........................................254
Методы toTypeArray и getTypeArray преобразования массивов данных..................254
Методы работы с разреженными массивами MWNumericArray..............................255
3.5.3. Работа с логическими, символьными и массивами ячеек.
....................... 257
Логические массивы.............................................................................................257
Символьные массивы...........................................................................................258
Массивы ячеек......................................................................................................259
3.5.4. Использование MWClassID.
..................................................................... 260
Поля MWClassID....................................................................................................260
Методы класса MWClassID....................................................................................261
3.5.5. Использование класса MWComplexity..................................................... 261
3.6. Язык программирования Java......................................................................... 262
Общие сведения...................................................................................................262
3.6.1. Основные элементы языка Java.............................................................. 263
Комментарии и имена...........................................................................................264
Константы.............................................................................................................265
Типы данных.
.........................................................................................................266
Преобразования типов.
.........................................................................................270
Преобразование строки в число (STRING to NUMBER).
..........................................270
Преобразование числа в строку (NUMBER to STRING)...........................................271
Преобразования чисел.
.........................................................................................272
Преобразования символа char..............................................................................272
Преобразования простых типов............................................................................273
Операции..............................................................................................................273
Операторы............................................................................................................276
Массивы...............................................................................................................279
3.6.2. Классы в Java.
......................................................................................... 281
Понятие класса.....................................................................................................281
Как описать класс и подкласс................................................................................283
Окончательные члены и классы.............................................................................284
Класс Object..........................................................................................................285
Опертор new.........................................................................................................285

Оглавление
Конструкторы класса.
............................................................................................286
Статические члены класса.
....................................................................................286
Метод main().........................................................................................................287
Г
де видны переменные..........................................................................................288
Вложенные классы................................................................................................288
Пакеты и интерфейсы...........................................................................................289
Структура Java-файла...........................................................................................291
Глава 4.  
MATLAB Builder NE для создания компонентов .NET......................292
4.1. Среда разработки Microsoft Visual Studio .NET................................................ 293
4.1.1. Основные элементы платформы Microsoft .NET...................................... 293
Основные понятия платформы .NET......................................................................293
Среда выполнения .NET Framework.......................................................................297
Стандартная система типов..................................................................................298
Общая спецификация языков программирования.................................................300
4.1.2. Среда разработки Visual Studio 2013....................................................... 300
Запуск и вход в Visual Studio..................................................................................300
4.1.3. Создание простого приложения............................................................. 304
Создание проекта.................................................................................................304
Настройка проекта................................................................................................306
Конструирование пользовательского интерфейса................................................307
Обработка событий...............................................................................................308
Отладка и тестирование приложения....................................................................309
Сборка окончательной версии..............................................................................309
4.2. Начало работы с .NET Builder: создание консольных приложений................... 310
4.2.1. Назначение Компилятора MATLAB Builder NE.......................................... 310
4.2.2. Инсталляция и конфигурирование.......................................................... 311
4.2.3. Создание .NET сборки в среде разработки Deployment Tool.
................... 312
4.2.4. Разработка приложения для библиотеки матричной математики.
........... 316
Открытие и настройка проекта..............................................................................316
Файл приложения.................................................................................................317
Обсуждение кода..................................................................................................319
Запуск приложения...............................................................................................320
Распространение сборки и приложения................................................................321
4.2.5. Использование командной строки для создания .NET сборки................. 321
4.2.6. Создание COM-компонентов.................................................................. 323
Пример COM-компонента и приложения...............................................................325
4.3. Примеры Windows-приложений, использующих математические .
процедуры MATLAB............................................................................................... 327
4.3.1. Вычисление интегралов.
......................................................................... 328
Разработка m-функций.........................................................................................328
Создание .NET-компонента.
..................................................................................330
Создание приложения.
..........................................................................................330
4.3.2. Решение обыкновенных дифференциальных уравнений......................... 337
Разработка m-функций.........................................................................................339
Создание .NET-компонента ODE...........................................................................342
Создание Windows-приложения ...........................................................................343
4.3.3. Вейвлет-анализ сигналов. Открытие, обработка и сохранение файлов.....352
Вейвлет-анализ сигнала.......................................................................................352
Разработка m-функций.........................................................................................353
Создание .NET-компонента ..................................................................................356

Оглавление
Создание приложения.
..........................................................................................356
4.4. Введение в программирование с .NET Builder.
................................................ 368
4.4.1. Библиотека классов .NET MWArray.......................................................... 369
4.4.2. Правила преобразования данных.
........................................................... 371
4.4.3. Интерфейсы, создаваемые .NET Builder.
................................................. 375
4.4.4. Задание сборки компонента и пространства имен.
................................. 378
4.4.5. Обязательные элементы программы...................................................... 378
4.4.6. Передача входных параметров............................................................... 380
Примеры передачи входных параметров.
..............................................................382
Передача массива вводов.....................................................................................382
Обработка глобальных переменных MATLAB.........................................................383
Обработка возвращаемых значений.
.....................................................................383
Использование запросов MWArray........................................................................385
4.4.7. Обработка ошибок.................................................................................. 386
4.4.8. Управление родными ресурсами............................................................ 386
4.4.9. Преобразования между типами C# и MWNumericArray............................ 389
Преобразование скаляров....................................................................................389
Преобразование векторов....................................................................................390
Преобразование матриц.......................................................................................390
4.5. Основы языка C#............................................................................................ 391
4.5.1. Элементы синтаксиса языка C#.............................................................. 392
Алфавит и слова C#..............................................................................................392
Структура программы C#......................................................................................393
Переменные и константы С#.................................................................................395
Объявление переменных. Область видимости и время жизни...............................396
4.5.2. Система типов........................................................................................ 397
Тип object..............................................................................................................397
Типы значений и ссылочные типы.
.........................................................................397
Системные встроенные типы .
...............................................................................399
Приведение типов.
................................................................................................400
Логический тип .
....................................................................................................401
Строковые и символьные типы.
.............................................................................401
Организация системы типов .
................................................................................403
4.5.3. Массивы................................................................................................. 404
4.5.4. Операции и выражения........................................................................... 407
4.5.5. Класс и структура................................................................................... 409
Классы..................................................................................................................409
Интерфейсы.
.........................................................................................................414
Глава 5.  
MATLAB Builder для Excel.........................................................415
5.1. Установка MATLAB Builder EX.......................................................................... 416
5.2. Создание компонента Excel для Мастера функций.
......................................... 418
5.2.1. Построение компонента матричной математики.
.................................... 418
Использование командной строки для построения компонент..............................421
5.2.2. Установка созданного компонента.
......................................................... 422
5.2.3. Общие вопросы создания компонента Excel Builder................................ 423
Процедура создания компонента..........................................................................423
Регистрация компонента.
......................................................................................424
Разработка новых версий.
.....................................................................................425
Получение информации о компоненте..................................................................426

Оглавление
5.3. Использование созданного приложения в Excel.
............................................. 427
5.4. Создание дополнения с пользовательским интерфейсом.
.............................. 433
5.4.1. Построение компонента......................................................................... 433
Подготовка файлов...............................................................................................433
Создание компонента ..........................................................................................435
5.4.2. Разработка пользовательского интерфейса дополнения........................ 435
Регистрация библиотеки Fourier _1_0.dll компонента .
...........................................435
Выбор библиотек, необходимых для разработки дополнения...............................436
Создание кода VBA главного модуля приложения.................................................436
Создание формы Visual Basic................................................................................439
Добавление пункта меню Spectral Analysis в Excel.
.................................................442
Сохранение дополнения.......................................................................................443
5.4.3. Тестирование дополнения...................................................................... 443
5.4.4. Упаковка и распространение дополнения............................................... 445
5.4.5. Инсталляция приложения и его интегрирование в Excel.
......................... 446
5.4.6. Обсуждение программы VBA.................................................................. 447
5.4.7. Использование флагов........................................................................... 450
5.5. Библиотека утилит Excel Builder...................................................................... 452
5.5.1. Функции MATLAB Builder для Excel.......................................................... 453
5.5.2. Библиотека утилит Excel Builder.............................................................. 454
Класс MWUtil.........................................................................................................455
Класс MWFlags......................................................................................................456
Class MWStruct......................................................................................................458
Класс MWField.......................................................................................................458
Класс MWComplex.................................................................................................459
Class MWSparse.
....................................................................................................460
Класс MWArg.........................................................................................................460
Перечисления.......................................................................................................460
5.6. Справка по VBA.
.............................................................................................. 461
Глава 6.  
MATLAB Production Server.
........................................................469
6.1. Общие сведения о MATLAB Production Server.................................................. 469
6.1.1. Назначение MATLAB Production Server.................................................... 470
6.1.2. Инсталляция и конфигурирование сервера.
............................................ 471
Установка MATLAB Production Server.....................................................................471
Конфигурирование...............................................................................................472
Создание локального экземпляра MATLAB Production Server.
................................473
Запуск сервера.....................................................................................................474
Проверка состояния сервера................................................................................475
Остановка сервера.
...............................................................................................475
Заключительные замечания .................................................................................476
6.1.3. Подготовка программ MATLAB для MATLAB Production Server................. 477
Содержание readme-файла.
................................................................... 479
6.2. Работа с MATLAB Production Server................................................................. 480
6.2.1. Клиентское программирование на Java.................................................. 481
Общие требования к Java-коду.
.............................................................................481
Листинг Java-кода ................................................................................................483
Компиляция и запуск приложения.........................................................................485
Распространение клиентского приложения.
..........................................................485