فرق متلب با فرترن: مزایا، کاربرد، ویژگی و نصب

چکیده مقاله:
فرق متلب با فرترن هنگامی مطرح می شود که شما با حل عددی مدل های اقتصادی روبرو می شوید. چندین زبان برنامه نویسی برای این کار وجود دارد. در میان اقتصاددانان، احتمالاً متلب و فرترن رایج ترین زبان ها هستند، اگرچه گزینه های دیگری نیز مانند GAMS ، پایتون یا R در دسترس می باشند. متلب برای تولید سریع نتایج و نمایش آن ها بسیار مناسب است، اما فرترن به طور قابل توجهی سریع تر از متلب اجرا می شود. اگر می دانید که به توان پردازشی بالایی نیاز دارید و سرعت محاسبات برای شما اهمیت دارد، ممکن است بخواهید به جای متلب از فرترن استفاده کنید. اگرچه برنامه نویسی در فرترن تا حدودی مشابه متلب است، اما تفاوت هایی نیز وجود دارد.

متلب در کار با ماتریس ها بسیار سریع و کارآمد است، در حالی که فرترن در این زمینه چندان قوی نیست، اما در اجرای حلقه ها نسبت به متلب سریع تر عمل می کند. متلب دارای یک رابط کاربری بسیار ساده و کاربرپسند است، در حالی که فرترن چنین نیست. برای مثال، پس از اجرای یک برنامه در متلب، نتایج تمام متغیرها و مقادیر پارامترها را به راحتی مشاهده کرده و می توانید نمودارهای مربوطه را ترسیم کنید، اما در فرترن باید روال های اضافی برای خروجی گرفتن از نتایج بنویسید. در غیر این صورت، چیزی برای نمایش نخواهید داشت. در ادامه قصد داریم به بررسی فرق متلب با فرترن بپردازیم.

فرترن چیست؟

فرترن یک زبان برنامه نویسی بالغ و همچنان در حال توسعه است .در حال حاضر، بیش از دوازده کامپایلر فرترن به صورت متن باز (Open Source) و اختصاصی (Proprietary) در دسترس هستند. علاوه بر این، پروژه های متن باز مانند کتابخانه استاندارد (Standard Library) و (Fortran Package Manager) همچنان در حال توسعه فعال می باشند.

فرترن بیشتر در حوزه هایی که زودتر از سایر زمینه ها محاسبات عددی را پذیرفته اند، مانند علوم و مهندسی، مورد استفاده قرار می گیرد. این حوزه ها شامل موارد زیر هستند:

• پیش بینی عددی وضعیت آب و هوا و اقیانوس ها
• دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)
• ریاضیات کاربردی
• آمار و تحلیل داده ها
• امور مالی و مدل سازی اقتصادی

فرترن زبان غالب در محاسبات با عملکرد بالا (HPC) است و از آن برای ارزیابی و بنچمارک سریع ترین ابررایانه های جهان استفاده می شود.

متلب چیست؟

متلب مخفف عبارت “Matrix Laboratory” به معنای آزمایشگاه ماتریس است. این نرم افزار یک زبان برنامه نویسی سطح بالا و یک بستر محاسباتی است که به جای کار با اعداد منفرد، با ماتریس ها و آرایه ها کار می کند.

• نرم افزار متلب چیست؟

متلب که برای دانشمندان و مهندسان طراحی شده است، اغلب در کتاب های درسی به عنوان یک ابزار آموزشی برای ریاضیات، علوم و مهندسی در سطح دانشگاهی مورد استفاده قرار می گیرد. این نرم افزار امکان بیان مستقیم و طبیعی محاسبات مربوط به ماتریس ها و آرایه ها را فراهم می سازد.

پلتفرم برنامه نویسی MATLAB برای طراحی، توسعه و تحلیل سیستم ها و محصولات مورد استفاده قرار می گیرد. این نرم افزار در ابتدا برای دسترسی به برنامه های توسعه یافته توسط پروژه های LINPACK و EISPACK ایجاد شد.

امروزه، متلب با کمک مشارکت های گسترده کاربران در طول سال ها، دارای کاربردهای متعددی شده است. از جمله:

• تحلیل داده ها
• محاسبات در مقیاس بزرگ
• توسعه الگوریتم ها
• توسعه برنامه های کاربردی
• توسعه سیستم های نهفته (Embedded Systems)
• مهندسی سیستم های کنترل
• پیاده سازی برنامه های مرتبط با اینترنت اشیا (IoT)
• ایجاد مدل های یادگیری عمیق (Deep Learning)

MathWorks، شرکت توسعه دهنده متلب، به طور مداوم قابلیت های این نرم افزار را گسترش داده و آن را به ابزاری قدرتمند برای محققان و مهندسان تبدیل کرده است.

• پردازش تصویر با متلب

فرق متلب با فرترن

هر دو زبان متلب و فرترن مزایای خاص خود را دارند. عملکرد و کارایی فرترن آن را برای وظایف محاسباتی فشرده ایده آل می سازد، در حالی که محیط کاربرپسند و کتابخانه های گسترده متلب نیاز های توسعه سریع و تحلیل داده ها را برآورده می کند. انتخاب بین این دو بستگی به نیازهای خاص پروژه، ملاحظات عملکردی و زمانبندی توسعه دارد. انتخاب زبان برنامه نویسی شما باید عمدتاً به دو عامل بستگی داشته باشد:

1. افرادی که می شناسید.
2. کاری که می خواهید انجام دهید.

آشنایان شما اهمیت زیادی دارند، زیرا دیر یا زود به کمک نیاز خواهید داشت. چه در ابتدای کار و چه زمانی که با مشکلات دشوار مواجه می شوید، همیشه خوب است که افرادی را در اطراف خود داشته باشید که بتوانند به شما کمک کنند. اگر تمام افرادی که می شناسید از متلب استفاده می کنند، احتمالاً دلیل چندانی برای انتخاب گزینه ای غیر از متلب ندارید، حداقل برای شروع. همین امر در مورد فرترن نیز صادق است. با این حال، مهم است که به نوع مسائلی که قصد حل آن ها را دارید نیز فکر کنید.
متلب و فرترن هر دو ابزار برجسته ای در محاسبات علمی و مهندسی هستند که هر کدام ویژگی ها و قوت های منحصر به فرد خود را دارند. درک تفاوت های آن ها برای انتخاب ابزار مناسب برای برنامه های خاص ضروری است.

• روش نابجایی در متلب

1. فرق متلب با فرترن در مبدا و تکامل

فرترن، مخفف عبارت “Formula Translation” (ترجمه فرمول)، در دهه ۱۹۵۰ توسعه یافت و یکی از قدیمی ترین زبان های برنامه نویسی سطح بالا است. این زبان به طور خاص برای محاسبات عددی و علمی طراحی شد و در طول دهه ها تکامل یافته است تا شامل پارادایم های برنامه نویسی مدرن شود. از سال ۲۰۲۴، فرترن همچنان در حال توسعه فعال است و جوامع مختلف به دنبال مدرن سازی اکوسیستم و ویژگی های آن هستند.

• مقایسه متلب با پایتون

متلب در اواخر دهه ۱۹۷۰ معرفی شد و ابتدا به عنوان یک محیط تعاملی برای محاسبات ماتریسی ایجاد شد. از آن زمان به یک پلتفرم جامع تبدیل شده است که از مجموعه وسیعی از برنامه ها، از جمله پردازش سیگنال، سیستم های کنترل و یادگیری ماشین پشتیبانی می کند. رابط کاربری آسان و جعبه ابزارهای گسترده متلب، آن را به یک انتخاب محبوب در هر دو حوزه آکادمیک و صنعتی تبدیل کرده است.

2. فرق متلب با فرترن در عملکرد و کارایی

فرترن به خاطر سرعت اجرای بالا، به ویژه در محاسبات عددی، شهرت دارد. طراحی آن امکان مدیریت بهینه حافظه و بهینه سازی را فراهم می کند و آن را برای وظایف محاسباتی با عملکرد بالا مناسب می سازد. در مقابل، در حالی که متلب در بهینه سازی عملکرد پیشرفت های قابل توجهی داشته است، ممکن است همیشه نتواند به سرعت فرترن در سناریو های محاسباتی فشرده برسد. با این حال، کامپایل Just-in-Time و قابلیت های پردازش موازی متلب در سال های اخیر این شکاف عملکردی را کاهش داده است.

• شبیه سازی بازوی ربات با متلب

3. تفاوت متلب با فرترن در قابلیت های پردازش موازی

هر دو زبان متلب و فرترن ویژگی های پردازش موازی را ارائه می دهند، اما در نحوه پیاده سازی و سهولت استفاده تفاوت دارند. متلب از ساختار های سطح بالایی مانند حلقه های parfor برای موازی سازی کد با حداقل تغییرات پشتیبانی می کند. در مقابل، فرترن از استاندارد هایی مانند OpenMP و MPI برای پشتیبانی از موازی سازی استفاده می کند که نیازمند کد نویسی پیچیده تری هستند، اما کنترل دقیق تری بر اجرای موازی ارائه می دهند.

• مزایا و معایب زبان برنامه نویسی متلب

4. تفاوت متلب با فرترن در محیط توسعه و کتابخانه ها

متلب یک محیط توسعه یکپارچه (IDE) با کتابخانه ها و جعبه ابزارهای گسترده دارد که توسعه سریع پروتوتایپ ها و برنامه ها را تسهیل می کند. طبیعت تعاملی آن به کاربران این امکان را می دهد که داده ها و نتایج را به راحتی تجسم کنند. فرترن، که به طور سنتی در محیط های خط فرمان استفاده می شد، در سال های اخیر پیشرفت هایی در IDE ها و کتابخانه ها داشته است. توسعه مستمر یک کتابخانه استاندارد فرترن به هدف بهبود قابلیت استفاده و پذیرش آن در حال انجام است.

• شبیه سازی با متلب

5. تفاوت در حوزه های کاربرد

قوت های فرترن در محاسبات با عملکرد بالا مانند مدل سازی اقلیمی، دینامیک سیالات محاسباتی و شبیه سازی های مقیاس بزرگ نهفته است. کارایی و کد های قدیمی فرترن آن را به یک انتخاب ترجیحی در این حوزه ها تبدیل کرده است. متلب در برنامه هایی که به توسعه سریع و تحلیل داده های گسترده نیاز دارند، از جمله پردازش سیگنال، یادگیری ماشین و مقاصد آموزشی، برتری دارد. جعبه ابزار های جامع و قابلیت های تجسم داده آن را برای انواع مختلفی از وظایف علمی و مهندسی مناسب می سازد.

• روش تنصیف در متلب

6. تفاوت در جامعه و تلاش های مدرنیزاسیون

جامعه فرترن به طور فعال در حال تلاش برای مدرن سازی زبان و اکوسیستم آن است. تلاش هایی شامل توسعه یک کتابخانه استاندارد، گسترش یک جامعه آنلاین فعال و بهبود پشتیبانی از کامپایلرها می باشد. این ابتکارات به منظور کاهش منحنی یادگیری و افزایش پذیرش فرترن در محیط های برنامه نویسی معاصر است. متلب نیز به تکامل خود ادامه می دهد و MathWorks به طور منظم به روز رسانی ها و جعبه ابزارهای جدیدی را برای پاسخگویی به نیازهای محاسباتی نوظهور منتشر می کند.

• روش ژاکوبی در متلب همراه با کد، مزایا و کاربرد

7. تفاوت در یکپارچگی و تعامل پذیری

متلب رابط هایی برای یکپارچگی با زبان هایی مانند C++، C و فرترن فراهم می کند که به کاربران این امکان را می دهد تا از کد های با عملکرد بالا موجود در محیط متلب استفاده کنند. این تعامل پذیری امکان ترکیب راحتی استفاده از متلب با کارایی محاسباتی زبان هایی مانند فرترن را فراهم می کند. فرترن همچنین از تعامل پذیری با C پشتیبانی می کند و به گونه ای سازگار شده است که بتواند در کنار زبان های برنامه نویسی مدرن کار کند و انعطاف پذیری آن را در پروژه های متنوع افزایش دهد.

مقایسه مزایا و معایب متلب با فرترن

در جدول زیر مقایسه ‌ای بین متلب (MATLAB) و فرترن (Fortran) از نظر مزایا و معایب ارائه شده است:

بنابراین:

• اگر هدف شما سرعت بالا و پردازش ‌های عددی سنگین است، فرترن گزینه بهتری می ‌باشد.
• اگر نیاز به توسعه سریع، تعامل با داده ‌ها، شبیه ‌سازی و مصور سازی دارید، متلب انتخاب مناسب‌ تری است.
• برای پروژه ‌های مهندسی پیشرفته، ترکیب این دو (نوشتن بخش ‌های پرمصرف در فرترن و استفاده از متلب برای تحلیل و نمایش داده ‌ها) می‌تواند بهترین راهکار باشد.

فرق متلب با فرترن در نصب نرم افزار

توجه داشته باشید که بیشتر الگوریتم هایی که اقتصاددانان احتمالاً به آن ها نیاز خواهند داشت (مانند حل دستگاه معادلات، بهینه سازی با و بدون محدودیت و غیره) در برنامه های پایه متلب یا فرترن گنجانده نشده اند. این روال ها معمولاً به صورت کتابخانه هایی ارائه می شوند که باید به صورت جداگانه خریداری شوند.

1. خرید و نصب متلب

می توانید نسخه متلب را از MathWorks خریداری کنید. یکی از کتابخانه های بسیار مفیدی که توصیه می شود در آن سرمایه گذاری کنید، جعبه ابزار بهینه سازی (Optimization Toolbox) است. این جعبه ابزار شامل مجموعه ای از الگوریتم های مفید برای حل مسائل اقتصادی است.

نصب متلب و جعبه ابزار بهینه سازی فرآیندی ساده است و کافی است دستورالعمل های ارائه شده را دنبال کنید.

اگر در حال انجام کالیبراسیون، پردازش موازی یا حل مسائل در مقیاس بزرگ هستید، می توانید از BwUniCluster استفاده کنید.

• فرق متلب ورژن a و b چیست؟

2. خرید و نصب فرترن

کامپایلرهای زیادی برای فرترن در دسترس هستند که برخی رایگان و برخی غیررایگان می باشند .یکی از گزینه های خوب، کامپایلر Intel Visual Fortran است که در دو نسخه استاندارد و حرفه ای عرضه می شود. تنها تفاوت این دو نسخه در این است که نسخه حرفه ای شامل کتابخانه IMSL Fortran می باشد.

برای نصب و اجرای کامپایلر Intel Visual Fortran، به MS Visual Studio 2015 Standard Edition نیز نیاز خواهید داشت.

برای اینکه سیستم فرترن شما کارآمد باشد، باید یک کتابخانه عددی نیز تهیه کنید، مانند کتابخانه IMSL Fortran یا کتابخانه NAG Fortran. طبق گفته Ken Judd، کتابخانه NAG بهتر از IMSL است و شامل برخی از بهترین روال های بهینه سازی موجود، مانند NPSOL از Stanford System Optimization Laboratory می باشد.