初心者向け！MATLABの特徴とおすすめの勉強方法を紹介

本記事では、「MATLABとは何か」について解説します。具体的には、MATLABの概要や特徴、MATLABでできること、Pythonやその他のプログラミング言語との関係、おすすめの勉強方法などについて説明しています。

本記事では、MATLABについて解説します。ディープラーニングやAIについて興味がある方は、MATLABという言葉を目にしたことがあるかもしれません。そこで、

• 「MATLABって何？」
• 「MATLABを使ってできることを知りたい」
• 「おすすめの勉強方法は？」

このように思っている方に向けて、

• MATLABの概要
• MATLABの特徴
• MATLABを使ってできること
• PythonやSimulinkとの関係
• おすすめのMATLABの勉強方法
• 活用事例

などについて解説します。

本記事を参考にして、MATLABの全体像を理解するとともにプログラミング言語選びの基準にしてください。

MATLABとは？

ここでは「MATLAB」の概要について、解説します。

まずは「MATLAB」の全体像を押さえて、「MATLAB」とは何かを理解してください。

MATLABの概要

「MATLAB」は「Matrix Laboratory」の略で、アメリカの「Mathworks社」が開発した統合開発環境です。「Matrix」は行列という意味で、「MATLAB」は行列の演算を高速におこなえるように開発されました。

国内では「MathWorks」の日本法人が取り扱っており、日本企業の中でのシェア率は年々増加しています。

対話的な開発環境でコンパイルを必要とせず、入力したコマンドの回答がその場で返ってくる仕様です。他にも基本的なプログラミング機能や、他プログラミング言語との連携機能などを有しています。

MATLABの特徴

「MATLAB」の特徴は難解で長いプログラムを書かなくても、数値解析や演算処理、データ解析を実現できることです。

またグラフやプロットを簡単に作成できるので、データの可視化にも便利です。

さらに豊富な拡張ライブラリを持っているので、自分のカスタム次第でより便利に利用できます。また、「Python」や「C++」などの他プログラミング言語と連携することもでき、ライブラリの呼び出しが可能です。他のプログラミング言語から、「MATLAB」の機能を利用することもできます。

MATLABの成り立ち

「MATLAB」は、1970年代後期にアメリカの数学者クリーブ・モラー氏によって開発されました。クリーブ氏がコンピュータサイエンス学科の学長を務めるニューメキシコ大学の学生たちが、当時フリーソフトとして「MATLAB」を利用していたのです。それが他の大学にも伝わり数学コミュニティなどで話題になったことで、「MATLAB」の名前が広がっていきます。

1983年になると、エンジニアのジョン・リトル氏は「MATLAB」の商用利用ができると考え、翌年に「MathWorks社」を設立して商用パッケージを開発しました。

当初「MATLAB」はアメリカ国内でしか利用されていませんでしたが、「サイバネットシステム社」が1988年に日本国内で販売を開始しています。

MATLABの難易度

「MATLAB」でプログラムを書くのは、それほど難しくありません。対話型の言語であるため、コマンドを一行ずつ実行してそのたびに結果が返ってきます。そのためエラーにすぐ気がつけたり、実行結果を確認しながらプログラムを書けたりできる点がメリットです。

ただ関数の種類が多いので、覚えるのに時間がかかるかもしれません。しかし関数の使い方を完全に覚える必要はなく、忘れたらそのたびに調べればいいので大きな問題ではありません。

MATLABを使ってできることは？

ここからは、「MATLAB」を使ってできることを解説します。「MATLAB」は数式処理の能力が高く、人工知能に情報の処理方法を教えるディープラーニングも得意です。ここでは「MATLAB」を使ってできる以下の10項目について解説します。

• ディープラーニング
• データの解析
• データの可視化
• アルゴリズムの開発
• アプリの制作
• 他プログラミング言語との連携
• IoT開発
• 並列計算で膨大な処理を実行
• Webアプリ、デスクトップアプリの配布
• クラウド環境で実行できる

「MATLAB」を使ってできることを理解して、プログラミング言語選びの基準にしてください。

ディープラーニング

ディープラーニングとはコンピュータに人間のような学習能力を持たせる技術であり、機械学習手法のひとつです。自動運転や顔認証システムなどで活用されています。

「MATLAB」を使えば、ディープラーニングの利用や開発が可能です。ディープラーニングを簡単に実現させるパッケージや関数を利用して、手軽にプログラムを組むことができます。

データの解析

「MATLAB」を利用することで、気象・医学・金融・経済などのデータを使って、さまざまなデータ解析を行えます。複雑なデータセットの整理やクリーニング、欠損値処理やノイズ除去などの前処理から、モデル探索などが可能です。

統計分析や機械学習のための関数は数千以上も用意されており、長いプログラムを書かなくても手軽にデータ解析を始められます。

「MATLAB」は、統計や機械学習の知識があって、何かデータ解析をしたい方などにおすすめです。

データの可視化

「MATLAB」に組み込まれているライブラリを使用して、ヒストグラムや散布図・棒グラフなどのデータのプロットを簡単に出力できます。

データを可視化することで、データから直感的に傾向や特徴を捉えることができるので非常に便利です。使用するデータをもとにさまざまなプロットを表示できるため、表示させたいグラフを選択して可視化してみてください。可視化作業も数行でできるので、多くのプログラムを書く必要はありません。

アルゴリズムの開発

「MATLAB」では他のプログラミング言語よりも、高速にアルゴリズムの開発をおこなうことが可能です。数学や工学・金融・理学など、あらゆる分野で以下のようなことができます。

• アルゴリズムのコンセプトの比較検討
• アルゴリズムの設計
• アルゴリズムの開発
• 既存のアルゴリズムの改良
• 最適なアルゴリズムの配布

また、自分が持っているアイデアをアルゴリズムに変換するための関数も用意されているため、簡単にアルゴリズム開発が行えます。

アプリの制作

「MATLAB」の「App Designer」を利用することで、ソフトウェアの専門外の方であっても手軽にアプリの開発ができます。

「APP Designer」にある以下のような機能を利用することで、誰でも完成度の高いアプリを作成可能です。

• 統合エディタ
• GUIによるレイアウト設計

また「MATLAB Drive」を使用することで、作成したアプリを他の人に共有もできます。

他プログラミング言語との連携

「MATLAB」を使うことで、「C++」や「Java」「Python」などの他のプログラミング言語と連携することが可能です。具体的には、他のプログラミング言語に組み込まれているライブラリを「MATLAB」で呼び出せます。

さらに「MATLAB」の「API」を使用することで、他のプログラミング言語の開発環境から「MATLAB」にアクセスでき、「MATLAB」のコマンドを実行することが可能です。

IoT開発

「IoT」とは「Internet of Things」の略で、「モノのインターネット」という意味です。テレビやデジタルカメラ・スマートスピーカーなど、インターネットに接続された機器が「IoT」に該当します。

これらの開発にも、「MATLAB」を使用することが可能です。「IoT」化はさまざまな分野で使われており、今後も需要が高まっていくことが予想されます。そのため、「MATLAB」を利用できれば、ITエンジニアとして重宝されるメリットがあるでしょう。

並列計算で膨大な処理を実行

「MATLAB」を使うことで、「マルチコア」や「GPU」などを使った大規模な並列分散処理を実行できます。並列処理をおこなうメリットは、計算時間を短縮できる点です。たとえば「一人でやると時間がかかる作業も、4人でやれば早く終えられる」のと同じ原理で、複数のスレッドを利用して計算スピードを上げることが可能です。

コア数2程度の一般的なパソコンで機械学習をおこなったとき、機械学習モデルによっては丸一日動かしていないといけない場合もあります。しかし並列処理をおこなうことで、機械学習を数時間や数分でおこなえるので時間的コストを抑えることが可能です。

Webアプリ、デスクトップアプリの配布

「MATLAB」を使えば、Webアプリの開発や配布も容易にできます。たとえば、「App Designer」で作った「GUIアプリ」を、「MATLAB Compiler」を使って「.ctf」形式のファイルに変換します。そのファイルを「MATLAB Web App Server」に登録することで、Webアプリを一般公開することが可能です。

また、「LDAP」や「OpenID」と連携したユーザー認証やアクセス制御の導入もできます。

クラウド環境で実行できる

「MATLAB」は「MATLAB Online」を利用することで、ダウンロードやインストールすることなくWebブラウザ上で「MATLAB」を利用することが可能です。クラウド環境で利用できるため、バージョンアップを個別におこなう必要がなく、自分のパソコンに開発環境を構築する必要もありません。

MATLABとPythonやSimulinkの関係

ここでは「MATLAB」と「Python」「Simulink」との関係について解説します。ディープラーニングやAIの分野では、「Python」や「Simulink」などもよく使われており「MATLAB」との共通点もあります。

MATLABとPythonの違い

「MATLAB」と「Python」でできることは、全体的に大きな違いはありません。ただし、両言語は得意分野や細かい部分で異なる点があります。

まずは、無料か有料かの違いです。「Python」はオープンソース言語であるため、基本的には無料で使用できます。一方「MATLAB」は、基本的に有料です。ただし機能が制限された無料版もあるため、まず無料版で試してみて「MATLAB」が必要かどうかを確認できます。

「線形代数をうまく扱える」「行列やベクトルの扱いが簡単」は「MATLAB」の得意分野です。一方「Python」はディープラーニング開発においてよく使われる言語なので、ディープラーニング関連では「Python」に強みがあります。

MATLABとSimulinkの違い

ここでは、「MATLAB」と「Simulink」の違いについて解説します。

「Simulink」は、「MATLAB」を開発した「MathWorks社」によって開発および販売されているソフトウェアです。「Simulink」は基本的に「MATLAB」と連携して活用されるため、同一のソフトウェアと勘違いされることもありますが、完全に別のソフトウェアになります。

「Simulink」は、ブロック線図に特化した環境構築ができるため、機器のモデリングや動作のシミュレーションなどを得意としています。「MATLAB」と組み合わせて利用できるように設計されているため、モデリングを活用する開発を「MATLAB」で行いたい方は、併せてインストールしたいソフトウェアです。

MATLABのライセンスは2種類ある

「MATLAB」のライセンスには、「永久ライセンス」と「年間ライセンス」があります。それぞれのライセンスについて、以下の表でまとめています。

プランの名前	永久ライセンスの料金	年間ライセンスの料金
標準	300,000円	120,000円
教育	75,000円	37,500円
個人利用	15,500円（購入）	–

永久ライセンスの料金の方が高いですが、継続的に何年も利用する場合は年間ライセンスよりも永久ライセンスを取得した方がお得です。

また学生であれば、学生専用のプランが利用できます。

プランの名前	学生証	学生スイートライセンス
学生	4,990円	9,990円

さらに職場または大学のメールでアカウントを作成して、30日間の無料評価版を使用することも可能です。実際に使ってみたいけど料金面が気になる方は、まずは無料版のダウンロードをおすすめします。

MATLABを学習する方法

ここでは「MATLAB」の勉強方法について以下の内容を解説します。ここで紹介する学習方法は以下の2つです。

• オンラインツールで学ぶ
• 書籍で学ぶ

ぜひ自分で学習する際の参考にしてください。

オンラインツールで学ぶ

「MATLAB」が学べる日本国内のプログラミングスクールの数はまだ少ないです。インターネット上の情報量も、他のプログラミング言語と比べると少なめです。

しかし「MATLAB」の公式サイト資料やチュートリアルが充実しているので、公式サイトを活用して「MATLAB」を勉強できます。おすすめのチュートリアルは、以下の2つです。

• MathWorks「MATLAB入門」
• MATLAB Japan「MATLAB＆Simulinkの使い方」

それでは順番に確認します。

MathWorks「MATLAB入門」

「MATLAB入門」は、公式サイトで確認できる初心者向けのチュートリアル動画です。

Getting Started with MATLAB Video – MATLAB

MATLAB入門の動画を見るためには、「MATLAB」のユーザー登録が必要になるので注意してください。

MATLAB入門の動画では、「MATLAB」の始め方から「MATLAB」を使った解析など、「MATLAB」の基本的な使い方を網羅的に学習できます。動画の音声は英語ですが日本語字幕もあるので、英語のリスニングが苦手な方でも学習に取り組みやすいのが特徴です。

MATLAB Japan「MATLAB & Simulinkの使い方」

「MATLAB＆Simulinkの使い方」は、「MATLAB Japan」の公式YouTubeアカウントが配信している動画ライブラリです。「MATLAB」の使い方についての解説動画が公開されています。

「MATLAB＆Simulinkの使い方」　MATLAB Japan

5分程度の動画で要点だけを解説しているため、スキマ時間を活用して学習することが可能です。

またYouTubeなので、誰でも気軽に無料で視聴できます。

インストールから基本的な使い方まで基礎的な学習がしたい方は、ぜひ活用してください。

書籍で学ぶ

書籍で勉強したい方には、「MATLAB」の入門書がおすすめです。とくにおすすめの「MATLAB」入門書籍は以下の2冊です。

• MATLABプログラミング入門
• MATLABクイックスタート

それぞれ詳しく紹介します。

MATLABプログラミング入門

MATLABプログラミング入門

「MATLABプログラミング入門」では、「MATLAB」のインストールからプログラミング・実行まで丁寧に解説された書籍です。初心者にもわかりやすく書かれているので、これから「MATLAB」を始めたい方におすすめの一冊です。

サンプルコードもついているので、プログラムを動かしながら学習できます。

MATLABクイックスタート

MATLABクイックスタート: 数式処理から機械学習まで

「MATLABクイックスタート」は、初心者の方でも独学で学ぶのにおすすめの入門書です。「MATLAB」のコードを書きながら、簡単な演算やシミュレーション・データ解析など、さまざまな分野が学習できます。

書籍にはサンプルコードが付いているので、プログラミングする際の参考になります。「MathWorks」のビデオチュートリアルとの併用で、より効果的な学習が可能です。

MATLABの活用事例3選

ここでは実際の社会で「MATLAB」が活用されている事例を3つ紹介します。「MATLAB」は、ディープラーニングやAIなどの分野で活用されています。今後の発展が期待される分野のため、活用事例も把握しておきましょう。

京セラ株式会社

電子部品やファインセラミック部品・半導体部品などを手掛ける京セラ株式会社は、「MATLAB」を総合的な設計ツールとして利用しています。

今まではロボットアームに取り付けるロボットハンドを開発する際、製品ごとに機械を動かし、プログラミングをおこなって、設計や試作をおこなう必要がありました。

しかし「MATLAB」を導入することで、実際にロボットを試作することなく仮想環境で試作から動作の検証までをおこなうことができるようになったのです。このような動作をともなったモデルを活用する開発を「モデルベース開発」と呼び、京セラ株式会社では積極的に導入しています。

「MATLAB」を導入することで大量生産に適しない製品であっても、実機の操作や現場の経験が障壁とならずに開発を行っていくことが可能になりました。

ローム株式会社

LSIや半導体素子・モジュールなどの開発で有名なローム社は、モデルベース開発を促進するために「MATLAB」や「Simulink」を利用しています。とくにモーターやセンサーなどの分野でのモデルベース開発において、「MATLAB」が活用されているのです。

「MATLAB」を使うことで、プロトタイプボード（電子機器用の部品）の制作を試作することなく仮想環境上で設計、検証できます。

「MATLAB」を使ったモデルベース開発によって、実機検証などをせずとも検証を行えるのは大きな魅力です。

日産自動車株式会社

自動車メーカーの日産自動車株式会社は、1999年から「MATLAB」と「Simulink」を活用したモデルベース開発を行っていました。また2006年には自動コード生成やシミュレーションにも取り組んでいます。

現在は電気自動車やハイブリッド車などの需要が高まっており、それと並行してソフトウェア開発への期待感も上がってきています。時代の流れに乗るためにも、モデルベース開発に対応させる必要があるのです。

MATLAB製品、特にMATLABとSimulinkは、線図の作成が簡単に行えるため、モデルベース開発で大切な動きのあるモデリング作成が可能です。

モデル作成が容易なため、動作のシミュレートをとおして、設計上の問題を早期に特定できます。シミュレーションを繰り返すことで、システムの性能や安全性を確認し、最適化を行うことができます。

日産自動車株式会社ではMATLABのアドオンを用いて次世代の空燃費制御アルゴリズムの開発を行っています。

MATLABはこれから需要が伸びていくと考えられる

今回は「MATLAB」の概要について解説しました。現代では「IoT」や「DX」、「AI」などの最先端の技術開発分野で、エンジニア不足が深刻な問題です。そのため、「MATLAB」を使えるエンジニアの需要は今後も高まっていくと考えられます。そこで「Python」などと一緒に「MATLAB」を学習することで、AIやディープラーニングなどの知識やスキルを磨いておくことをおすすめします。

「MATLAB」も合わせて学習しスキルを身につけることで、就職や転職においても有利になり、会社に入ってからも重宝される人材になるはずです。本記事を参考に、ぜひ「MATLAB」の学習を始めてください。