J (язык программирования)

Дж
Парадигма	Массив , функциональный , объектно-ориентированный ( на основе классов , на основе прототипов ), уровень функций , неявный
Разработано	Кеннет Э. Айверсон , Роджер Хуэй
Разработчик	JПрограммное обеспечение
Впервые появился	1990 год ; 34 года назад
Стабильная версия	J9.5 / 20 декабря 2023 г .; 7 месяцев назад
Дисциплина набора текста	динамичный
ТЫ	Кроссплатформенность : Windows , Linux , macOS , Android , iOS , Raspberry Pi.
Лицензия	лицензия GPLv3
Веб-сайт	www .jsoftware .с
Основные реализации
	Дж
Под влиянием
	АПЛ
Под влиянием
	НумПи , СуперКоллайдер

Язык J программирования , разработанный в начале 1990-х годов Кеннетом Э. Айверсоном и Роджером Хуэем , ^[5]^[6] — это язык программирования массивов, основанный в первую очередь на APL (также разработанный Айверсоном).

Чтобы избежать повторения проблемы со специальными символами APL, J использует только базовый набор символов ASCII , прибегая к использованию точки и двоеточия в качестве флексий. ^[7] образовывать короткие слова, похожие на орграфы . Большинство таких первичных (или примитивных ) слов J служат математическими символами, при этом точка или двоеточие расширяют значение доступных основных символов. Кроме того, многие символы, которые в других языках часто должны быть парными (например, [] {} "" `` или <>) рассматриваются J как отдельные слова или, при изменении, как односимвольные корни многосимвольных слов.

J — очень краткий язык программирования массивов , наиболее подходящий для математического и статистического программирования, особенно при выполнении операций над матрицами . Он также использовался в экстремальном программировании. ^[8] и анализ производительности сети . ^[9]

Подобно Джона Бэкуса языкам FP и FL , J поддерживает программирование на уровне функций посредством своих функций неявного программирования .

В отличие от большинства языков, поддерживающих объектно-ориентированное программирование J , гибкая иерархическая схема пространства имен (где каждое имя существует в определенной локали ) может эффективно использоваться в качестве основы для объектно-ориентированного программирования как на основе классов , так и на основе прототипов .

С марта 2011 года J является бесплатным программным обеспечением с открытым исходным кодом под лицензией GNU General Public License версии 3 (GPLv3). ^[10]^[11]^[12] Можно также приобрести исходный код по договорной лицензии. ^[13]

Примеры

J допускает бесточечный стиль и композицию функций . Таким образом, его программы могут быть очень краткими, и некоторые программисты считают их трудными для чтения.

Программа «Привет, мир!» программа на языке J:

'Hello, World!'

Эта реализация hello world отражает традиционное использование J — программы вводятся в сеанс J-интерпретатора, и отображаются результаты выражений. Также возможно организовать выполнение J-скриптов как отдельных программ. Вот как это может выглядеть в системе Unix :

#!/bin/jc
echo 'Hello, world!'
exit ''

(Обратите внимание, что текущие реализации j устанавливают либо jconsole или (потому что jconsole используется Java), ijconsole и, вероятно, установите его в /usr/bin или какой-либо другой каталог (возможно, каталог приложений в OSX). Итак, здесь есть системная зависимость, которую пользователю придется решать.)

Исторически сложилось так, что APL использовалась / чтобы указать складку , поэтому +/1 2 3 был эквивалентен 1+2+3. При этом деление обозначалось математическим символом деления ( ÷).

Поскольку ASCII не включает символ деления как таковой , J использует % для обозначения деления в качестве визуального приближения или напоминания. (Это иллюстрирует мнемонический характер токенов J и некоторые затруднения, возникающие при использовании ASCII.)

Определение функции J с именем avg для расчета среднего значения списка чисел дает:

  avg=: +/ % #

+/ суммирует элементы массива.
# подсчитывает количество элементов в массиве.
% делит сумму на количество предметов.

Это тестовое выполнение функции:

  avg 1 2 3 4
2.5

Выше avg определяется с помощью группы из трех глаголов ( +/, %, и #) называется вилкой . Конкретно, (V0 V1 V2) Ny то же самое, что (V0(Ny)) V1 (V2(Ny)) что демонстрирует некоторую силу J. (Здесь V0, V1 и V2 обозначают глаголы, а Ny обозначает существительное.)

Некоторые примеры использования avg:

  v=: ?. 20 $100     NB. a random vector
  v
46 55 79 52 54 39 60 57 60 94 46 78 13 18 51 92 78 60 90 62
  avg v
59.2

  4 avg\ v            NB. moving average on periods of size 4
58 60 56 51.25 52.5 54 67.75 64.25 69.5 57.75 38.75 40 43.5 59.75 70.25 80 72.5

  m=: ?. 4 5 $50     NB. a random matrix
  m
46  5 29  2  4
39 10  7 10 44
46 28 13 18  1
42 28 10 40 12

  avg"1 m             NB. apply avg to each rank 1 subarray (each row) of m
17.2 22 21.2 26.4

Ранг — ключевое понятие в J. Его значение в J аналогично значению select в SQL и while в С.

Реализация быстрой сортировки из словаря J дает:

   sel=: adverb def 'u # ['
   
   quicksort=: verb define
    if. 1 >: #y do. y
    else.
     (quicksort y <sel e),(y =sel e),quicksort y >sel e=.y{~?#y
    end.
   )

Ниже приведена реализация быстрой сортировки, демонстрирующая неявное программирование . Последнее предполагает объединение функций без явного обращения к каким-либо переменным. Поддержка J разветвлений и перехватчиков диктует правила того, как аргументы, примененные к этой функции, будут применяться к функциям ее компонентов.

   quicksort=: (($:@(<#[), (=#[), $:@(>#[)) ({~ ?@#)) ^: (1<#)

Сортировка в J обычно осуществляется с помощью встроенных (примитивных) глаголов. /: (сортировать) и \: (сортировать). Пользовательские сортировки, такие как быстрая сортировка, описанная выше, обычно предназначены только для иллюстрации.

В следующем примере показано использование глагола самореференции. $: для рекурсивного вычисления чисел Фибоначчи:

1:`($:@-&2+$:@<:)@.(>&2)

Эту рекурсию также можно осуществить, обратившись к глаголу по имени, хотя это, конечно, возможно только в том случае, если глагол назван:

fibonacci=:1:`(fibonacci@-&2+fibonacci@<:)@.(>&2)

Следующее выражение представляет число Пи с n цифрами и демонстрирует возможности расширенной точности J:

  n=: 50                      NB. set n as the number of digits required
  <.@o. 10x^n                 NB. extended precision 10 to the nth * pi
314159265358979323846264338327950288419716939937510

Глаголы и модификаторы

Программа или подпрограмма — то, что принимает данные в качестве входных данных и выдает данные в качестве выходных данных — называется глаголом . J имеет богатый набор предопределенных глаголов, каждый из которых автоматически работает с несколькими типами данных: например, глагол я. ищет совпадения в массивах любого размера:

   3 1 4 1 5 9 i. 3 1  NB. find the index of the first occurrence of 3, and of 1
0 1
   3 1 4 1 5 9 i: 3 1  NB. find the index of the last occurrence of 3, and of 1
0 3

Пользовательским программам можно давать имена и использовать везде, где разрешены примитивы.

Сила J во многом обусловлена его модификаторами : символами, которые принимают существительные и глаголы в качестве операндов и применяют операнды определенным образом. Например, модификатор / принимает один операнд, глагол слева от него, и создает глагол, который применяет этот глагол между каждым элементом своего аргумента. То есть, +/ — это глагол, определяемый как «применить + между пунктами вашего аргумента». Таким образом, предложение

   +/ 1 2 3 4 5

производит эффект

   1 + 2 + 3 + 4 + 5

   +/ 1 2 3 4 5
15

У J примерно два десятка таких модификаторов. Все они могут применяться к любому глаголу, даже к глаголу, написанному пользователем, и пользователи могут писать свои собственные модификаторы. Хотя модификаторы эффективны индивидуально, позволяя

повторное выполнение, т.е. do- while
условное выполнение, т.е. если
выполнение регулярных или нерегулярных подмножеств аргументов

некоторые модификаторы контролируют порядок выполнения компонентов, позволяя комбинировать модификаторы в любом порядке для создания неограниченного разнообразия операций, необходимых для практического программирования.

Типы и структуры данных

J поддерживает три простых типа:

Числовой
Буквальный (Символ)
В штучной упаковке

Из них числовое имеет больше всего вариантов.

Одним из числовых типов J является бит . Есть два битовых значения: 0 и 1 . Кроме того, биты можно формировать в списки. Например, 1 0 1 0 1 1 0 0 представляет собой список из восьми бит. Синтаксически J-парсер рассматривает это как одно слово. (Символ пробела распознается как словообразовательный символ между словами, которые в противном случае были бы числовыми.) Поддерживаются списки произвольной длины.

Кроме того, J поддерживает все обычные бинарные операции над этими списками, такие как и , или , исключающее или , вращать , сдвиг , не и т. д. Например,

  1 0 0 1 0 0 1 0 +. 0 1 0 1 1 0 1 0     NB. or
1 1 0 1 1 0 1 0

  3 |. 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1             NB. rotate
1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1

J также поддерживает массивы битов более высокого порядка. Их можно формировать в двумерные, трехмерные и т. д. массивы. Вышеупомянутые операции одинаково хорошо выполняются на этих массивах.

Другие числовые типы включают целое число (например, 3, 42), с плавающей запятой (3,14, 8,8e22), комплексное (0j1, 2,5j3e88), целое число повышенной точности (12345678901234567890x) и (расширенную точность) рациональную дробь (1r2, 3r4). Как и биты, их можно формировать в списки или массивы произвольного размера. Как и в случае с битами, операции выполняются над всеми числами массива.

Списки битов можно преобразовать в целые числа с помощью #. глагол. Целые числа можно преобразовать в списки битов с помощью #: глагол. (При разборе J, . (период) и : (двоеточие) — словообразовательные символы. Они никогда не являются токенами, если им не предшествуют пробельные символы .)

J также поддерживает буквальный (символьный) тип. Литералы заключаются в кавычки, например, 'a' или 'b'. Списки литералов также поддерживаются с использованием обычного соглашения о заключении нескольких символов в кавычки, например: 'abcdefg'. Обычно отдельные литералы имеют ширину 8 бит (ASCII), но J также поддерживает другие литералы ( Unicode ). Числовые и логические операции с литералами не поддерживаются, но поддерживаются операции, ориентированные на коллекции (например, поворот).

Наконец, есть коробочный тип данных. Обычно данные помещаются в поле с помощью < операция (без левого аргумента; если есть левый аргумент, это будет операция «меньше» ). Это C аналогично & операция (без левого аргумента). Однако там, где результат C & имеет ссылочную семантику, результат J < имеет семантику значений. Другими словами, < это функция, и она дает результат. Результат имеет 0 измерений независимо от структуры содержащихся данных. С точки зрения J-программиста, < помещает данные в ящик и позволяет работать с массивом ящиков (его можно скомпоновать с другими ящиками или сделать из ящика больше копий).

  <1 0 0 1 0
+---------+
|1 0 0 1 0|
+---------+

Единственный тип коллекции, предлагаемый J, — это массив произвольного размера. Большинство алгоритмов можно очень кратко выразить с помощью операций над этими массивами.

Массивы J имеют однородную типизацию, например список 1 2 3 представляет собой список целых чисел, несмотря на 1 быть немного. По большей части подобные проблемы с типами прозрачны для программистов. Лишь некоторые специализированные операции выявляют различия в типе. Например, список 1.0 0.0 1.0 0.0 большинством операций будут обрабатываться точно так же, как и список 1 0 1 0 .

J также поддерживает разреженные числовые массивы, в которых ненулевые значения хранятся вместе с их индексами. Это эффективный механизм, в котором относительно мало значений не равны нулю.

J также поддерживает объекты и классы, ^[14] но это артефакт способа именования вещей, а не типы данных. Вместо этого для ссылки на объекты (и классы) используются литералы в штучной упаковке. Данные J имеют семантику значений, но объекты и классы нуждаются в ссылочной семантике. ^{[ нужна ссылка ]}

Другой псевдотип, связанный с именем, а не со значением, — это файл, отображаемый в памяти.

Отладка

J имеет обычные возможности для остановки в случае ошибки или в определенных местах внутри глаголов. Он также имеет уникальный визуальный отладчик Dissect , который обеспечивает двумерное интерактивное отображение выполнения одного предложения J. Поскольку одно предложение J выполняет столько же вычислений, сколько целая подпрограмма в языках нижнего уровня, визуальное отображение весьма полезно.

Документация

Документация J включает словарь , в котором слова на J обозначаются как существительные , глаголы , модификаторы и т. д. Основные слова перечислены в словаре , в котором соответствующие им части речи с помощью разметки обозначены . Обратите внимание, что глаголы имеют две формы: одноместную (аргументы только справа) и диадическую (аргументы слева и справа). Например, в ' -1' дефис - это одноместный глагол, и в ' 3-2' дефис - это двоичный глагол. Монадическое определение в основном не зависит от диадического определения, независимо от того, является ли глагол примитивным или производным глаголом.

Структуры управления

J предоставляет структуры управления (подробнее здесь), аналогичные другим процедурным языкам. Выдающиеся контрольные слова в каждой категории включают:

assert.
break.
continue.
for.
goto_label.
if. else. elseif.
return.
select. case.
throw.
try. catch.
while. whilst.

См. также

K (язык программирования) - еще один язык, созданный под влиянием APL.
Вопрос – Язык KDB+ и новая объединенная версия K и KSQL.

Ссылки

^ «Примечания к выпуску J9.5» .
^ «Jsoftware» .
^ Уэс МакКинни на встрече Python для анализа данных в 2012 году
^ Документация SuperCollider, Наречия для бинарных операторов
^ Личный взгляд на APL , эссе К. Э. Айверсона, 1991 г. (архивная ссылка)
↑ Обзор истории J Роджера Хуэя (19 марта 2002 г.)
^ J NuVoc Слова
^ Бассел, Брайан; Тейлор, Стивен (2006), «Разработка программного обеспечения как совместный письменный проект», Экстремальное программирование и гибкие процессы в разработке программного обеспечения, Оулу, Финляндия: Springer , стр. 21–31, ISBN. 978-3-540-35094-1 {{citation}}: Отсутствует или пусто |title= ( помощь )
^ Холт, Алан (2007), Анализ производительности сети: использование языка программирования J , Springer , ISBN 978-1-84628-822-7
^ Страница загрузки исходного кода Jsoftware.
^ Эрик Айверсон (1 марта 2011 г.). «J Source GPL» . Список рассылки по J-программированию . Архивировано из оригинала 23 сентября 2016 года . Проверено 24 июня 2015 г.
^ openj на GitHub
^ Политика снабжения Jsoftware
^ Глава 25: Объектно-ориентированное программирование.

Внешние ссылки

Официальный сайт – JSoftware, создатели J
jsource на GitHub — репозиторий исходного кода
Джей Вики
Изучение J – Введение в язык программирования J, Роджер Стоукс

[1] «Примечания к выпуску J9.5» .

[2] «Jsoftware» .

[Python_for_Data_Analysis-3] Уэс МакКинни на встрече Python для анализа данных в 2012 году

[SuperCollider_documentation-4] Документация SuperCollider, Наречия для бинарных операторов

[5] Личный взгляд на APL , эссе К. Э. Айверсона, 1991 г. (архивная ссылка)

[6] Обзор истории J Роджера Хуэя (19 марта 2002 г.)

[7] J NuVoc Слова

[8] Бассел, Брайан; Тейлор, Стивен (2006), «Разработка программного обеспечения как совместный письменный проект», Экстремальное программирование и гибкие процессы в разработке программного обеспечения, Оулу, Финляндия: Springer , стр. 21–31, ISBN. 978-3-540-35094-1 {{citation}}: Отсутствует или пусто |title= ( помощь )

[9] Холт, Алан (2007), Анализ производительности сети: использование языка программирования J , Springer , ISBN 978-1-84628-822-7

[j_source_download-10] Страница загрузки исходного кода Jsoftware.

[j_gpl-11] Эрик Айверсон (1 марта 2011 г.). «J Source GPL» . Список рассылки по J-программированию . Архивировано из оригинала 23 сентября 2016 года . Проверено 24 июня 2015 г.

[12] на GitHub

[j_source-13] Политика снабжения Jsoftware

[14] Глава 25: Объектно-ориентированное программирование.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]