Introduction à MATLAB - Bases de la programmation scientifique

Ce cours d'introduction sur le logiciel de calcul scientifique MATLAB, proposé par le Pr. Messai Abderraouf, couvre les compétences fondamentales pour maîtriser les bases de MATLAB et son utilisation dans des applications scientifiques et techniques. Le PDF aborde cinq axes principaux : la prise en main de l’environnement MATLAB, les notions de base pour manipuler des variables et des opérations, la gestion des données (vecteurs, matrices, fichiers), la programmation avec des scripts et fonctions, ainsi que la représentation graphique pour visualiser des résultats. Destiné aux débutants, ce support permet d’acquérir les outils nécessaires pour résoudre des problèmes numériques, automatiser des calculs et créer des visualisations claires. Les exemples pratiques et la structure progressive facilitent l’apprentissage des fonctionnalités essentielles, comme la syntaxe MATLAB, les boucles, les conditions et les tracés 2D/3D. Idéal pour les étudiants et professionnels, ce cours offre une base solide pour exploiter MATLAB dans des domaines variés (ingénierie, physique, analyse de données).

Contenus explorés en détail

Ce cours d'introduction à MATLAB couvre les fondamentaux pour maîtriser cet outil puissant de calcul scientifique. Vous apprendrez à naviguer dans l'interface, manipuler des données, créer des algorithmes et visualiser des résultats. Les concepts clés incluent les matrices, les boucles, les fonctions et les graphiques.

• Maîtriser l'interface MATLAB et ses fonctionnalités de base
• Apprendre à manipuler des données et créer des visualisations
• Développer des scripts et fonctions pour automatiser des tâches

Public concerné par ce PDF

Ce cours s'adresse aux étudiants en ingénierie, sciences ou mathématiques, ainsi qu'aux professionnels souhaitant acquérir des compétences en calcul numérique. Il est particulièrement utile pour les débutants en programmation scientifique. Les chercheurs et ingénieurs y trouveront aussi des rappels utiles sur les bonnes pratiques MATLAB.

Exemples pratiques et applications réelles

MATLAB est utilisé pour résoudre des problèmes concrets comme l'analyse de données expérimentales, la modélisation de systèmes physiques ou le traitement du signal. Par exemple, un ingénieur peut l'utiliser pour simuler la réponse d'un pont à différentes charges, ou un chercheur pour analyser des données météorologiques. Les visualisations permettent de présenter clairement des résultats complexes.

Secteurs d'application professionnelle

• Ingénierie : Simulation de systèmes mécaniques et électriques. Exemple: modélisation du comportement d'un moteur.
• Finance : Analyse de risques et développement d'algorithmes de trading. Exemple: prédiction des cours boursiers.
• Recherche scientifique : Traitement de données expérimentales. Exemple: analyse d'images médicales.

Nouveauté 2025 : Intégration croissante de MATLAB avec l'IA pour l'analyse prédictive dans l'industrie 4.0.

Guide des termes importants

• Matrice : Structure de données fondamentale dans MATLAB pour représenter des tableaux de nombres.
• Script : Fichier contenant une série de commandes MATLAB exécutées séquentiellement.
• Fonction : Bloc de code réutilisable qui accepte des entrées et retourne des sorties.
• Workspace : Environnement où sont stockées les variables pendant une session MATLAB.
• Plot : Commande pour créer des visualisations graphiques de données.
• Simulink : Environnement complémentaire pour la modélisation et simulation de systèmes.
• Toolbox : Collection de fonctions spécialisées pour un domaine particulier.
• Array : Structure de données similaire à une matrice mais pouvant avoir plus de dimensions.
• M-file : Fichier contenant du code MATLAB, avec extension .m.
• Debugging : Processus d'identification et correction d'erreurs dans le code.

Réponses aux questions fréquentes

MATLAB est-il difficile à apprendre pour les débutants?
MATLAB est considéré comme l'un des langages les plus accessibles pour les débutants grâce à sa syntaxe intuitive et son interface conviviale. Les bases peuvent être maîtrisées en quelques semaines avec une pratique régulière.

Quelle est la différence entre MATLAB et Python?
MATLAB excelle dans le calcul matriciel et dispose de nombreuses toolboxes spécialisées, tandis que Python est plus polyvalent et open-source. MATLAB est souvent préféré en ingénierie, Python en science des données.

MATLAB est-il gratuit?
Non, MATLAB nécessite une licence payante, mais des versions étudiantes et des essais gratuits sont disponibles. Certaines universités fournissent des licences à leurs étudiants.

Quels types de projets peut-on réaliser avec MATLAB?
Des projets variés: analyse de données, traitement d'images, contrôle de systèmes, modélisation mathématique, développement d'algorithmes, et bien plus selon les toolboxes installées.

Comment exporter des graphiques MATLAB vers Word?
Utilisez la commande "saveas" pour exporter en PNG ou JPEG, ou copiez directement la figure via le menu Edit > Copy Figure. Pour une meilleure qualité, exportez en format vectoriel (EPS ou PDF).

Exercices appliqués et études de cas

Projet 1: Analyse de données météorologiques
1. Importer des données de température depuis un fichier CSV
2. Nettoyer les données (gérer les valeurs manquantes)
3. Calculer les statistiques descriptives (moyenne, écart-type)
4. Créer des graphiques d'évolution temporelle
5. Identifier les tendances saisonnières

Projet 2: Modélisation d'un système mécanique
1. Définir les équations différentielles du système
2. Implémenter la solution numérique avec ODE45
3. Simuler la réponse à différentes conditions initiales
4. Visualiser les résultats sous forme animée
5. Exporter les résultats pour un rapport technique

Étude de cas: Traitement d'images médicales
1. Charger une image IRM
2. Appliquer des filtres pour améliorer le contraste
3. Segmenter les régions d'intérêt
4. Calculer des paramètres morphologiques
5. Générer un rapport automatique des analyses