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Scilab

Scilab ist ein umfangreiches, leistungsfähiges Software-Paket für Anwendungen aus der numerischen Mathematik, das am Institut national de recherche en informatique et en automatique (INRIA) in Frankreich seit 1990 als Alternative zu MATLAB entwickelt wird, seit 2003 vom Scilab Konsortium unter Federführung des INRIA. Die Funktionalität und Syntax von Scilab ist zu weiten Teilen mit der von MATLAB identisch und es gibt Konverter von MATLAB nach Scilab. Scilab wird u. a. für technische und wissenschaftliche Anwendungen in Lehre, Forschung und Industrie eingesetzt. Obwohl das Programmpaket kostenlos und der vollständige Quellcode zugänglich und veränderbar ist, gilt Scilab weder als Open Source noch als Freie Software, weil u. a. veränderte Versionen nicht weiterverkauft werden dürfen.

Es stellt von sich aus u. a. Funktionen für folgende Bereiche bereit: 2D- und 3D-Plots aller gängigen Formen auf der Grundlage von GNU Plot (oder/und LabPlot), numerische lineare Algebra, Polynom-Berechnungen, Statistik, Regelungstechnik, digitale Signalverarbeitung, sowie I/O-Funktionen zum Lesen und Schreiben von Daten unter anderem auch als Sound-Files im *.wav-Format. Darüber hinaus existiert eine Vielzahl fertiger Scilab / Scicos Lösungsscripte und Funktionsbibliotheken von Anwendern aus aller Welt.

Implementiert ist Scilab / Scicos in C, erweiterbar ist es aber auch durch Module, die in Scilab / Scicos selbst oder in anderen Sprachen verfasst wurden, z. B. FORTRAN oder C, für die definierte Schnittstellen existieren. Es liefert definierte Schnittstellen zu bereits verfügbaren oder selbst frei programmierbaren Toolkits (Toolboxen) wie Scicos, SPI, LabVIEW, aber auch MuPAD.

Abgrenzung

Aufgrund der nicht eigentlich algebraischen Funktionalitäten gehört SciLab nicht zu den reinen Computer-Algebra-Systemen (CAS) wie zum Beispiel Maxima, Maple oder Mathematica, die, im Unterschied zur rein numerischen Mathematik, auch symbolische Verfahren unterstützen.

In Scilab enthaltene Zusatzpakete

Im Lieferumfang von Scilab sind mächtige zusätzliche Werkzeuge verfügbar, so unter anderem:

• Scicos, ein Programmpaket ähnlich Simulink, zur graphischen Modellierung und Simulation dynamischer Systeme.
• SIP (Scilab Image Processing toolbox), ein Programmpaket zur Bilddatenverarbeitung, das Bilddateiformate wie BMP, JPEG, GIF, PNG, TIFF, XPM, PCX und einige mehr in Schwarzweiß oder Farbe verarbeiten kann. Die Anwendungsbandbreite reicht von der einfachen Kantenerkennung bis hin zur automatischen Diagnose medizinischer Bilder.

Syntax

Die Scilab-Syntax basiert weitestgehend auf der MATLAB Programmiersprache. Die einfachste Möglichkeit, Scilab-Anweisungen auszuführen, ist, diese direkt an der Eingabeaufforderung >> im graphischen Eingabefenster einzutippen. Auf diese Weise kann Scilab als interaktive mathematische Shell benutzt werden.

Anwendungsbeispiele

• Arithmetische Berechnungen: Zahlenwerte können in Variablen gespeichert werden. Spezielle Konstanten sind %i und %pi für die imaginäre Einheit und die Kreiszahl π. Daneben stehen noch alle bekannten Elementarfunktionen zur Verfügung.

Im Beispiel werden komplexe Wechselstromrechnungen ausgeführt.

-->f=100;R=1000; C=1e-6;

-->ZR=R;ZC=1/(2*%pi*f*C*%i); // Komplexer    Wechselstromwiderstand

-->Z=ZR+ZC                         // Reihenschaltung R und C

Z  =

   1000. - 1591.5494i

-->Scheinwiderstand=abs(Z)         // Scheinwiderstand

Scheinwiderstand  =

   1879.6355

-->Phase=atan(imag(Z)/real(Z))*360/(2*%pi)  // Phase in Grad

Phase  =

 - 57.858092

-->        

• Matrizen: Scilab stellt für alle Matrixoperationen entsprechende Funktionen bereit. Im Beispiel wird die Matrix A deklariert, deren Inverse mit der Funktion inv(A) berechnet und der Variablen B zugewiesen. Die Multiplikation beider Matrizen ergibt die Einheitsmatrix.

-->A=[0 1;2 4]
A  =

!   0.    1. !
!   2.    4. !

-->B=inv(A)   // Inverse
B  =

! - 2.     .5 !
!   1.    0.  !

-->A*B
ans  =

!   1.    0. !
!   0.    1. !

-->

Weblinks

• Scilab Homepage
• Scicos Homepage Scilab's Zusatzpaket "Scicos" zur graphischen Modellation und Simulation dynamischer Systeme
• Image processing toolkit für Scilab (Scilab's Zusatzpaket "SIP" für die Bilddatenverarbeitung)

Literatur

• Stephen Campbell, Jean-Philippe Chancelier und Ramine Nikoukhahm: Modeling and Simulation in Scilab/Scicos, Springer Verlag Berlin, 1. Auflage, November 2005, englisch, ISBN 0387278028, ISBN 9780387278025
• Claude Gomez, Casey Bunks, Jean-Philipe Chancelior und Francois Delebecque: Engineering and Scientific Computing with SciLab, mit Software Paket Scilab/Scicos und allen Beispielen auf CD-ROM, Birkhauser Verlag AG, 1. Auflage, 1999, englisch, ISBN 3764340096, ISBN 9783764340094
• Wolfgang Polifke, Jan Kopitz: Wärmeübertragung. Grundlagen, analytische und numerische Methoden, mit Software Paket Scilab/Scicos und allen Beispielen auf CD-ROM. Pearson Studium Verlag, 1. Auflage, Januar 2005, deutsch, ISBN 382737104X, ISBN 9783827371041