第１章 クイックスタート

MATLAB 製品の説明

MATLABは、数値解析やデータ分析、シミュレーション、アルゴリズム開発などに幅広く活用されているソフトウェア環境です。MathWorks社によって開発・提供されており、エンジニアや研究者、学生までさまざまな立場の人々が利用しています。本記事では、MATLABの特徴や主要製品（ツールボックスやアドオンを含む）をわかりやすく解説していきます。

デスクトップの基礎

MATLABは、多くのエンジニアや研究者、学生にとって必須の数値解析・プログラミング環境です。その使いやすさを支えているのが、統合的なMATLABデスクトップ。このデスクトップにはコード開発に必要なツールが揃っており、初心者でもスムーズにMATLABを使い始めることができます。

本記事では、MATLABデスクトップの基本構成や、よく使われるパネルの役割についてわかりやすく解説していきます。

行列および配列

MATLABは、その名の通り行列演算に特化したプログラミング環境です。行列や配列を使いこなすことは、数値解析やデータ分析を効率的に進めるうえで不可欠です。本記事では、MATLABでの行列・配列の基本的な取り扱い方法と、配列インデックス付けの基礎をわかりやすく解説します。

ワークスペース変数

MATLABを使っていると、ワークスペース変数という言葉を目にすることが多いと思います。ワークスペースは、今まさにMATLAB上で扱っている変数やデータを一覧で確認できる機能です。本記事では、ワークスペース変数の基本的な使い方や管理方法をわかりやすく解説していきます。

テキストと文字

MATLABでは、数値データだけでなくテキストデータを扱う機会も多くあります。バージョンが進むにつれて、string型と呼ばれるデータ型が導入され、文字列処理がより簡単かつ柔軟になりました。本記事では、MATLABでのテキストデータの取り扱い方や、string配列内のテキストと文字配列 (char) 内のデータの違い・活用方法をご紹介します。

関数の呼び出し

MATLABを使ったプログラミングでは、関数の呼び出しが至るところで登場します。組み込み関数を呼び出すのはもちろん、自作の関数を呼び出して大規模なプログラムを開発することもできます。効率的にMATLABプログラムを構築するために、関数を上手に利用することは不可欠です。

本記事では、MATLABにおける関数の呼び出し方法や注意点について、図や表を交えながらわかりやすく解説していきます。

2 次元および 3 次元プロット

MATLABは、数値解析だけでなく、データを可視化するための豊富なグラフィックス機能も備えています。その中でも代表的なのが、2次元プロットと3次元プロットです。グラフを使うことで、データの特徴や変化の傾向を直感的に把握できます。本記事では、MATLABを使用した2次元および3次元プロットの基本をわかりやすく解説していきます。

プログラミングとスクリプト

MATLABは数値解析やアルゴリズム開発だけでなく、プログラミング環境としても優れています。特に、スクリプトやライブスクリプトを活用すると、コードを整理しながら効率よく実装できるのが魅力です。本記事では、MATLABでのプログラミングスタイルや、ループや条件付きステートメントなどの基礎構文、さらにスクリプトの保存場所に関するポイントを解説していきます。

ヘルプとドキュメンテション

MATLABは、数値解析やシミュレーション、可視化などで多方面から利用されているソフトウェアです。機能が豊富である反面、使いこなすにはヘルプとドキュメンテーションが欠かせません。本記事では、MATLAB初心者から中級者までが知っておきたい、ヘルプの活用方法や公式ドキュメントの見方を解説します。

第２章 言語の基礎

行列と魔方陣

MATLABは数値解析やシミュレーション、可視化など多岐にわたって利用されていますが、その根幹となるのが「行列」の扱いです。本記事では、行列についての基本的な知識や、実際に行列の入力を行う方法、さらには行列の和・転置・対角要素の取得まで、初心者が押さえておきたい内容を網羅的に紹介します。また、MATLABで有名な魔法陣 (magic square) を生成する関数「magic」を取り上げ、行列の作成方法の一例として解説します。

行列演算

MATLABは「MATrix LABoratory」という名前の通り、行列を中心とした数値計算を得意とするプログラミング環境です。本記事では「行列演算」というテーマで、以下のポイントを取り上げます。

データ型

MATLABでは、多種多様なデータ型を扱えます。数値、文字列、論理値などの基本的な型に加え、表形式や複合的なデータ構造を取り扱うためのテーブルやセル配列、構造体配列などが用意されています。本記事では、以下のポイントを中心に、MATLABにおける主要なデータ型の特徴や利用方法を解説します。

第３章 数学

線形代数

MATLABは数値解析やシミュレーションを中心に、行列演算を得意とする統合開発環境です。線形代数学の各種操作や定理を計算機上で簡単に再現でき、学術研究や産業応用の現場で幅広く活用されています。本記事では、以下のポイントを中心に、MATLABで実践する線形代数の基本を解説します。

乱数配列の作成

MATLABは、科学技術計算やシミュレーションなど、多岐にわたる場面で使用されています。その中でも重要な機能のひとつが乱数配列の作成です。データサンプリングやモンテカルロ法など、乱数を用いるシーンは非常に多く存在します。本記事では、以下の3つを中心に、MATLABでの乱数生成について解説します。

非線形関数の演算

MATLABは「行列演算が得意」というイメージが強いかもしれませんが、実は非線形関数についても多様な演算・最適化・可視化をサポートしています。本記事では、「非線形関数の演算」に関するキーポイントとして以下のトピックを解説します。

第４章 グラフィクス

2 次元ライン プロットの作成

MATLABは数値解析やデータ可視化を行う上で、とても便利なツールです。その中でも基本かつ頻繁に利用されるのが「2 次元ライン プロット」です。たとえば、観測データの推移を時系列で確認したり、ある数式のグラフを描画したりと、さまざまな場面で活躍します。本記事では、MATLABを使った2次元ラインプロットの作り方と基本的なカスタマイズ方法について解説します。

複数のプロットの結合

MATLABでデータを可視化する際、複数のプロットを1つの図にまとめることはよくある作業のひとつです。例えば、同じ座標軸上に複数の関数やデータ系列を重ねたり、複数のサブプロットを並べたりすることで、比較や相関関係を一目で把握できるようになります。本記事では、複数のプロットの結合方法として、主に以下の3つのアプローチを紹介します。

2 つの y 軸があるチャートの作成

MATLABでデータを可視化する際、2 つの y 軸を同時に表示したいケースがあります。たとえば、左側の y 軸は温度（摂氏）を、右側の y 軸は湿度（％）を表したいときなど、異なるスケールや単位を同じプロット上で比較するときに非常に便利です。本記事では、MATLABで簡単に2つの y 軸を持つチャートを作成する方法をご紹介します。

表面プロットとメッシュ プロット

MATLABを利用すると、3次元データの可視化を簡単に行うことができます。その中でも代表的な手法が表面プロット (surface plot) と メッシュ プロット (mesh plot) です。曲面や地形、さらには関数の3D形状を可視化したいときに大変便利です。本記事では、MATLABでの表面プロットとメッシュプロットの作成方法を解説していきます。

第５章 スクリプトと関数

フロー制御

MATLABでプログラムを開発する上で、フロー制御の理解は欠かせません。処理の分岐や繰り返し、プログラムの終了方法を的確に使い分けることで、効率の良いコードを書くことができます。本記事では、以下のポイントを中心に、MATLABでのフロー制御について解説します。

スクリプトと関数

MATLABは強力な数値計算・可視化環境であり、スクリプトと関数を使い分けることで、柔軟なプログラミングが行えます。本記事では、以下の内容に焦点を当てて解説します。