MATLAB EXPO 2023: 工程師和科學家們如何征服不可能

6月30日消息，近日MATLAB EXPO 2023中國用戶大會正式開幕，本次大會分別在上海和北京兩個城市舉行，兩場囊括了40多場技術演講以及來自全球用戶的精彩案例分享。當天除了精彩的主題演講，在午后議程中，上海站和北京站各設有三個精選分會場和一個閉門會議，內容圍繞著人工智能與工程應用、電氣化與工業(yè)自動化、軟件定義汽車（上海）、無線通信與芯片（上海）、建模仿真和實現(xiàn)（北京）、基于模型的電子系統(tǒng)設計（北京）等領域。

按照慣例，MathWorks公司每年都會發(fā)布兩版新的軟件、推出新的工具箱、新的功能，以及對原有功能的升級和整合。今年MATLAB和Simulink R2023a版本的亮點如下：

MATLAB：

? 實時編輯器任務：在實時腳本中導入數(shù)據(jù)；以交互方式從數(shù)據(jù)中查找并去除周期性趨勢和多項式趨勢；

? pivot 函數(shù)：使用透視表總結表格數(shù)據(jù)；

? 代碼分析器和 fix 函數(shù)：以交互方式和編程方式查找并修復代碼問題；

? Python 接口：支持 Python 和 NumPy 數(shù)據(jù)類型的轉換；使用 Python 對象作為 MATLAB 字典中的鍵；

? table 和 timetable 數(shù)據(jù)類型：直接在表和時間表中執(zhí)行計算而無需提取數(shù)據(jù)；

? 時間表事件：通過附帶的事件表查找并標記時間表中的事件；

? 單元測試框架：使用測試瀏覽器運行測試；

Simulink：

? 仿真調試：逐模塊步進仿真；

? Python 導入器：將 Python 函數(shù)與 Simulink 集成在一起進行仿真；

? 信號記錄：記錄非虛擬總線或總線數(shù)組中的可變大小信號；

MATLAB征服更多不可能

在本次大會的主會場上，由MathWorks全球行業(yè)市場總監(jiān)——Sameer Prabhu帶來了關于“登月計劃：工程師和科學家們如何征服不可能”的主題演講。Sameer Prabhu在該演講中詳細介紹了MATLAB?和Simulink?在幫助工程師和科學家實現(xiàn)目標方面所扮演的角色，以及如何將這些工具和技術應用于的“登月計劃”。

Sameer Prabhu在隨后的采訪中表示，MathWorks擁有標準的培訓服務，可以讓我們的客戶比較系統(tǒng)地掌握我們工具的使用，這樣幫助我們的客戶能夠以一個比較高效的使用方法將我們所有的工具串聯(lián)起來，形成一個比較好的高效工作流。另外由于MathWorks為很多行業(yè)都提供工具和服務，MathWorks可以將不同行業(yè)的最佳實踐都通過這種技術服務提供給客戶。

助力未來腦科學

隨后在主會場上，清華大學副教授——張丹帶來了關于“腦機接口”的演講。腦機接口研究涉及腦神經(jīng)數(shù)據(jù)機器學習算法、交互界面設計、實時數(shù)據(jù)處理等多方面的技術方法。張丹以想象運動腦機接口、視覺腦機接口、情緒腦機接口為例，介紹了MATLAB?如何支持相關的研究工作及應用，如何支持高校腦機接口課程的教學與學生競賽的工作。

想象運動腦機接口可以將我們腦中的想象轉化為對設備的控制指令，比如可以讓殘疾人通過這種方式去控制輪椅。

而視覺腦機接口主要可以幫助漸凍癥患者建立對外交流的通道。

情緒腦機接口可以解碼實時情緒狀態(tài)。

腦機接口包含主動和被動（面向信息交流與控制的主動腦機接口和面向狀態(tài)識別與監(jiān)測的被動腦機接口）兩種形態(tài)。被動腦機接口的發(fā)展大概是在2010年往后。而主動腦機接口并不是說沒有在發(fā)展，只是說現(xiàn)在主動腦機接口進入了一個成熟穩(wěn)定期，更多的精力是在做系統(tǒng)的優(yōu)化和完善。

張丹表示，在腦機接口技術開發(fā)當中，實際上用到了大量MATLAB的工具，從最基礎的統(tǒng)計分析工具到機器學習工具，到我們的信號處理工具。還有包括很多第三方的支持，第三方工具箱的支持。這一系列的工具都讓我們腦機接口的研究變得更加容易，也有力地推動了腦機接口的前沿進展。我們也希望通過腦機接口技術，對人類情緒進行個體量化，實現(xiàn)對情緒障礙相關心理健康問題的客觀評價。今年，張丹團隊還與MathWorks在2023世界機器人大賽—BCI腦控機器人大賽上共同合作了情緒腦機（青年組）賽項，鼓勵選手使用MATLAB進行編程與實現(xiàn)，一起加速探索情緒腦機接口的潛力！

張丹在隨后的采訪中表示，人工智能現(xiàn)在在情緒上還沒有發(fā)揮很大威力的原因是由于情緒本身的標簽過于復雜。不像我們說這是一個杯子，這是一支筆那么明確，它是非常復雜的構成。所以這里面也需要心理學從研究者更多的介入，怎么更好的定義一個好用，并且是一個穩(wěn)健情緒的標簽體系。

另外情緒的采集的確是件很需要去探索的事情。現(xiàn)在的研究是在實驗室的控制環(huán)境下做信息采集，這個的確很有效也控制得非常好。但是有很多情緒類別在這種情況下沒有辦法很好地模擬出來。比如說我看一個球賽這種興奮，或者我自己支持的球隊獲勝的那種喜悅，在實驗室環(huán)境中是很難去誘發(fā)的。所以在這樣的場景下怎么把人的情緒狀態(tài)，在最真實的環(huán)境下采集下來，把它拿到，這是一件很有挑戰(zhàn)的事情。

閉門會議深度剖析

在“基于模型的電子系統(tǒng)設計”的閉門會議中，MathWorks中國應用工程師——陳宜欣介紹了如何使用MATLAB加速信號處理和圖像處理算法開發(fā)。在電子系統(tǒng)中的信號和圖像數(shù)據(jù)無處不在，各類傳感器采集的信號、攝像頭采集的圖像和視頻被廣泛地應用在故障檢測、健康監(jiān)測、視覺檢查、目標識別等各種場景。對于這些場景，陳宜欣詳細介紹了MATLAB?和Simulink?如何支持信號和圖像處理和分析算法開發(fā)，從而使您能夠輕松開發(fā)適用于各類應用的高精度算法。

而在隨后關于“MATLAB 和 Simulink在電路仿真中的應用”的演講中，MathWorks中國的周前程與趙晨星介紹了如何使用MathWorks系列產品進行電路的建模和仿真。Simscape? 及Simscape Electrical?提供了大量電路建模的基本元件和模塊，可幫助電路設計者快速建立電路模型并且仿真電壓/電流的特性。對于高頻及射頻電路，RF Toolbox?和RF Blockset?提供了射頻電路的基本模塊以及S參數(shù)導入，結合RF Budget Analyzer一鍵生成功能，可快速建立射頻系統(tǒng)鏈路并導出給Simulink?，在Simulink中可進行精細化設計。在數(shù)模混合電路中常用的ADC和PLL模塊，Mixed-Signal Blockset?提供了豐富的參考電路和測試模版。對于高速電路的設計，Signal Integrity Toolbox?則允許信號完整性工程師對高速串行/并行鏈路進行前仿真階段的設計以及布版后仿真的驗證。

在最后關于“將算法模型快速部署到DSP和FPGA”的演講中， MathWorks中國高級項目工程師——趙恒介紹了如何用Simulink建模多核處理器任務，并通過仿真進行分析和早期算法驗證，展示了從模型生成多核DSP代碼的過程，演示了從訓練好的深度網(wǎng)絡生成HDL代碼并部署到FPGA開發(fā)板上的完整流程。隨著智能算法的成熟和嵌入式設備的性能提升，越來越多的場景需要將AI算法部署到嵌入式設備上。為了應對這些新的挑戰(zhàn)，MATLAB? 和 Simulink?提供了從算法和模型自動生成C代碼和HDL代碼，并將其部署到DSP和FPGA上的完整流程。

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