1.1 MATLAB的介紹

以下內(nèi)容引用自百度百科：

MATLAB是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于數(shù)據(jù)分析、無線通信、深度學(xué)習(xí)、圖像處理與計算機(jī)視覺、信號處理、量化金融與風(fēng)險管理、機(jī)器人，控制系統(tǒng)等領(lǐng)域。

MATLAB是matrix和laboratory兩個詞的組合，意為矩陣實驗室，軟件主要面對科學(xué)計算、可視化以及交互式程序設(shè)計的高科技計算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計語言（如C、Fortran）的編輯模式。

1.2 MATLAB和Python的比較

從上面的介紹可以知道，MATLAB是一款專業(yè)的數(shù)學(xué)軟件，能很方便的進(jìn)行科學(xué)計算，其提供的強(qiáng)大功能在科學(xué)研究和工業(yè)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。而Python作為最近幾年非常流行的編程語言，也能很好的完成科學(xué)計算的工作。那么，作為初學(xué)者我們應(yīng)該如何選擇呢？

在知乎上，關(guān)于這兩款軟件的對比有很多討論，這里我列舉一些普遍的觀點給大家參考：

對于數(shù)學(xué)建模競賽而言，MATLAB和Python相比，在數(shù)值計算、微分方程求解、仿真等方面更加方便；而Python在爬蟲、數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)等方面要比MATLAB更具有優(yōu)勢，許多前沿文獻(xiàn)提出的算法都提供了Python的實現(xiàn)方法。

下面是我個人關(guān)于MATLAB和Python的學(xué)習(xí)心得，有興趣的同學(xué)可以看看：

我是統(tǒng)計學(xué)出身，也修了一些經(jīng)濟(jì)學(xué)方面的課程。因為課程學(xué)習(xí)的需求，老師和助教大多推薦我們學(xué)習(xí)MATLAB、R語言和Stata軟件(那時候Python沒有現(xiàn)在這么大的熱度，在我們專業(yè)并沒有很多老師了解)，因此我接觸MATLAB的時間較早。后來我參加了數(shù)學(xué)建模的各種比賽，這些經(jīng)歷讓我的MATLAB水平有了很大的提高。當(dāng)然，在參加比賽的階段，我也學(xué)習(xí)了一些其他的軟件，例如SPSS和容易被大家忽略的Office套件。

到了2016年底左右，有朋友邀請我一起參加Kaggle數(shù)據(jù)分析的比賽，于是我學(xué)習(xí)了Python。因為有MATLAB的基礎(chǔ)，所以學(xué)習(xí)Python的速度很快。當(dāng)時我是先看的小甲魚老師的視頻入門（注意，現(xiàn)在這個視頻稍微有點老了，想學(xué)習(xí)Python的同學(xué)可以在B站搜一些新出的教程，選擇一門播放量較高的基礎(chǔ)課程看完就能入門啦），然后再自己學(xué)習(xí)一些更加專業(yè)的包，例如做數(shù)據(jù)科學(xué)最基本的Numpy, Pandas和Matplotlib。對于想學(xué)習(xí)Python機(jī)器學(xué)習(xí)的同學(xué)，可以學(xué)習(xí)Sklearn這個包，學(xué)習(xí)深度學(xué)習(xí)的話可以使用PyTorch或者TensorFlow等框架。

說實話，我個人覺得Python在做數(shù)據(jù)分析方面的工作要比MATLAB更加方便。2018年時，爬蟲技術(shù)很火，我還特意學(xué)習(xí)了爬蟲的技術(shù)在網(wǎng)上抓取網(wǎng)頁數(shù)據(jù)，然后再對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，感覺還是挺有成就感的（現(xiàn)在我的爬蟲用的很少了，大部分情況都是分析整理別人提供好的數(shù)據(jù)）。另外，如果你打算參加數(shù)據(jù)分析類的比賽，例如Kaggle和天池，絕大部分隊伍都是使用的Python，有些獲獎隊伍會在比賽結(jié)束后，在Github上發(fā)布自己隊伍的分析思路和代碼，這些都是很好的學(xué)習(xí)資源，網(wǎng)上大部分機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)的課程都是基于Python實現(xiàn)的。

在本節(jié)開始，我們對比了MATLAB和Python這兩款軟件，事實上對于初學(xué)者而言，我個人認(rèn)為MATLAB的入門難度更低，很多問題我們都只需要調(diào)用MATLAB中的內(nèi)置函數(shù)和工具箱就能解決了，而且MATLAB官網(wǎng)提供的幫助文檔特別詳細(xì)，很適合自學(xué)。而Python的語法非常靈活，同一個問題可能有很多種不同的代碼實現(xiàn)思路，例如列表推導(dǎo)式和循環(huán)都能計算得到新的列表，因此初學(xué)者需要對Python的一些用法非常熟練。另外，學(xué)習(xí)Python需要學(xué)習(xí)很多第三方的功能包，這樣才能實現(xiàn)需要的功能。很多同學(xué)學(xué)到最后都是會“調(diào)包”，只要能解決需要的問題，讓代碼跑起來就可以了。當(dāng)然，未來計算從事這方面工作的話，只會“調(diào)包”是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，最好是專心于某一個領(lǐng)域深耕，例如計算機(jī)視覺CV、自然語言處理NLP等。如果只是感興趣學(xué)習(xí)Python或者想在數(shù)據(jù)分析類競賽中取得一個還行的排名，會“調(diào)包”還是夠用的。

如果單純從做數(shù)學(xué)建模競賽的角度，我還是更推薦大家使用MATLAB，盡管前面我提到了Python更擅長進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。因為數(shù)學(xué)建模的題目很廣泛，里面可能涉及到很多方面的知識，例如：對于微分方程的求解，MATLAB要比Python更加專業(yè)方便，MATLAB還提供了偏微分方程工具箱，專門用來求解在物理和工程技術(shù)中應(yīng)用廣泛的偏微分方程；另外，MATLAB中提供了許多圖形界面化（即GUI）功能，例如“導(dǎo)入數(shù)據(jù)”、“繪圖功能”，這些功能可以將原本代碼實現(xiàn)的任務(wù)變成傻瓜式操作，并支持導(dǎo)出對應(yīng)的代碼，這將大大提高我們的工作效率；此外，MATLAB中提供了強(qiáng)大的工具箱，例如在數(shù)學(xué)建模中常用的“擬合工具箱”、 “統(tǒng)計和機(jī)器學(xué)習(xí)工具箱”、“深度學(xué)習(xí)工具箱”等。盡管MATLAB中提供的機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)算法沒有Python那么靈活豐富，但如果大家用過就會發(fā)現(xiàn)，MATLAB中操作實現(xiàn)起來非常容易，我個人感覺比Python還要方便。最后，許多數(shù)學(xué)建模的書籍和論文中的代碼都是基于MATLAB編寫的，因此使用MATLAB進(jìn)行數(shù)學(xué)建模有更豐富的課外資源，能大大降低數(shù)學(xué)建模入手難度。

最后還有一個問題，MATLAB是商業(yè)軟件，美國限定了國內(nèi)部分高校使用MATLAB，所以這部分學(xué)校的同學(xué)盡量選擇Python。但就我目前的觀察來看，盡管被限制使用MATLAB的部分高校老師不再推薦他們的學(xué)生使用MATLAB進(jìn)行建模，但有一些同學(xué)在比賽論文中使用了MATLAB，最后也沒有對比賽成績造成影響（被限制的同學(xué)不要在論文中強(qiáng)調(diào)是使用MATLAB求解的）。事實上，大部分學(xué)生使用的都是盜版的MATLAB，MATLAB官方對市面上的盜版也是睜一只眼閉一只眼，個人使用盜版的MATLAB進(jìn)行學(xué)習(xí)一般不會出現(xiàn)問題，企業(yè)使用盜版或者被限制使用MATLAB的高校老師利用MATLAB發(fā)表學(xué)術(shù)論文可能會導(dǎo)致版權(quán)糾紛。

1.3 MATLAB的安裝

正版的MATLAB對于學(xué)生來說非常昂貴，一般都是學(xué)校或者企業(yè)才會購買，因此很多同學(xué)都會選擇在網(wǎng)上下載MATLAB各個版本的破解版。在上一小節(jié)的文章最后，我也談到：使用破解版的MATLAB要注意版權(quán)問題，如果是個人學(xué)習(xí)使用的話一般不會出現(xiàn)問題，而使用破解版的MATLAB去發(fā)表學(xué)術(shù)論文可能會被追責(zé)。

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1.3.1 MATLAB版本的選擇

從MATLAB誕生的上世紀(jì)80年代起，MATLAB發(fā)布了多個版本。MATLAB的版本越新，提供的功能越強(qiáng)大，同時對電腦的配置要求也越高。本課程最低要求MATLAB2017a[1]版本，在后面涉及到數(shù)據(jù)分析部分也會用到更高的版本（例如MATLAB2021的版本），與2017版本相比，新版本的函數(shù)和工具箱更加方便。

[1]?注：大家安裝MATLAB時會發(fā)現(xiàn)版本后帶有a和b的區(qū)別。以2017版本為例：2017a和2017b版本的區(qū)別在于，a是上半年出的版本，b是下半年出的版本，b版本和a版本的功能差異不大，可以視為a版本的穩(wěn)定版。

大家在下載MATLAB時，需要綜合考慮電腦的配置，電腦配置高的同學(xué)請盡量下載較新的MATLAB版本。本課程前期主要基于2017a的版本講解，這是為了照顧電腦性能較差的同學(xué)。一般新版本的MATLAB可以兼容低版本的MATLAB，即低版本MATLAB能運(yùn)行的代碼在高版本也能運(yùn)行，但新版本提供的某些新的函數(shù)在低版本運(yùn)行時會報錯。

這里根據(jù)電腦價格給大家一個建議：價格小于等于4000元安裝MATLAB2017版本、價格在4000到8000之間安裝MATLAB2021版本，價格高于8000安裝你能獲得的最新版本。

1.3.2 MATLAB的獲取

除了直接購買正版MATLAB外，正版MATLAB有多種免費(fèi)獲取的途徑。

（1）??? 免費(fèi)試用1個月

訪問MATLAB官網(wǎng)：https://ww2.mathworks.cn，在右上角注冊并登陸MATLAB官網(wǎng)，即可免費(fèi)使用20個小時的在線MATLAB版本，也能夠獲取30天的無限制試用版本。

（2）??? 大學(xué)購買的正版MATLAB資源

許多大學(xué)出于科研的目的都建立了自己的正版軟件平臺，大家可以在百度搜索自己的學(xué)校是否購買了正版的MATLAB軟件，也可以打電話向?qū)W校的圖書館或者信息辦咨詢。

例如，搜索“復(fù)旦大學(xué)正版軟件”的關(guān)鍵詞，就能檢索到相應(yīng)的頁面，一般在頁面內(nèi)會有詳細(xì)的安裝教程，大家根據(jù)教程安裝即可。

（3）??? 參加MATLAB贊助或支持的競賽

官網(wǎng)中給出了MATLAB贊助或支持的大學(xué)生競賽列表：

https://ww2.mathworks.cn/academia/student-competitions.html

參加列表中這些競賽的同學(xué)可以免費(fèi)使用一定期限的MATLAB。（MATLAB公司多年來都是數(shù)學(xué)建模國賽的贊助商，然而從去年開始，國賽取消了MATLAB公司的贊助）

有很多同學(xué)也會選擇使用盜版的MATLAB，也就是破解版的MATLAB。在功能上盜版的MATLAB和正版的MATLAB幾乎沒有區(qū)別，但是享受不到正版的售后服務(wù)，也可能因為下載不慎導(dǎo)致電腦中病毒。使用破解版的MATLAB不需要經(jīng)過復(fù)雜的申請環(huán)節(jié)，一般都是下載完成后就能安裝使用。在b站上有很多Up主分享了安裝過程，淘寶上也可以購買遠(yuǎn)程安裝的服務(wù)，大家可以自己找網(wǎng)上的盜版資源。當(dāng)然，未來如果你有精力和財力的話，請使用正版的MATLAB，只有保護(hù)正版才能給開發(fā)者源源不斷更新的動力，也能讓自己的使用體驗更加舒心。

再次強(qiáng)調(diào)，如果你使用了盜版的MATLAB發(fā)表學(xué)術(shù)論文可能會導(dǎo)致版權(quán)問題。目前來看，如果僅僅出于個人學(xué)習(xí)，或者參加數(shù)學(xué)建模競賽的目的，我們使用盜版的MATLAB不會造成很嚴(yán)重的問題，但未來是否會造成嚴(yán)重的后果這一點誰也無法保證。

最后，MATLAB軟件安裝包占硬盤的空間較大[1]，網(wǎng)上提供的資源絕大部分都是百度網(wǎng)盤的下載方式，如果沒有網(wǎng)盤會員的話下載速度會很慢，大家可以在拼多多上面搜索網(wǎng)盤會員等關(guān)鍵詞，可以買到非常便宜的會員加速下載服務(wù)（這個方法未來可能會失效，請大家自行測試）。

[1] 安裝MATLAB的過程中，有一個環(huán)節(jié)是選擇需要安裝的產(chǎn)品。有些同學(xué)的硬盤空間有限，因此我這里提供了一個大家不需要安裝的產(chǎn)品列表，大家可以在公眾號《數(shù)學(xué)建模學(xué)習(xí)交流》中查看歷史文章（發(fā)布時間是2021年7月15日）。

1.4 本章小節(jié)

• ??介紹了MATLAB軟件和Python的區(qū)別，Python在數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)等方面更有優(yōu)勢；對于數(shù)學(xué)建模比賽而言，使用MATLAB會更方便一點。

• ??學(xué)習(xí)如何安裝MATLAB軟件。在本課程中，大家需要安裝MATLAB2017a或以上的版本，在電腦配置允許的前提下，安裝更新的版本更好。

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1.5?課后習(xí)題

• Q1.? 根據(jù)本章介紹的方法安裝MATLAB軟件。（版本建議：價格小于等于4000元的電腦安裝MATLAB2017版本、價格在4000到8000之間的電腦安裝MATLAB2021版本，價格高于8000的電腦安裝你能獲得的最新版本）

• Q2.? 在知乎搜索關(guān)于MATLAB的問題，增加對于MATLAB的了解。