GNU Октава

Чтобы узнать о других значениях, см. Октава (значения) .

GNU Октава

GNU Octave 4.3.0+, работающий в Linux
Разработчик(и)	Джон В. Итон и многие другие
Первоначальный выпуск	4 января 1993 г ( 4 января 1993 ) (первая альфа-версия) 17 февраля 1994 г ( 17 февраля 1994 г. ) (версия 1.0)
Стабильная версия	9.2.0   / 7 июня 2024 г ( 7 июня 2024 г. )
Репозиторий	рт.ст. .саванна .gnu .org /hgweb /октава
Написано в	C++ (основной), сама Octave (скрипты), C (код-оболочка), Fortran (код-оболочка линейной алгебры)
Операционная система	Windows , MacOS , Linux , BSD
Доступно в	18 языков
Тип	Научные вычисления
Лицензия	2007: GPL-3.0 или новее 1992: GPL-2.0 или новее
Веб-сайт	октава .org

GNU Octave — научный язык программирования для научных вычислений и числовых вычислений . Octave помогает решать линейные и нелинейные задачи численно, а также выполнять другие численные эксперименты с использованием языка, который в основном совместим с MATLAB . Его также можно использовать как пакетно-ориентированный язык. Являясь частью проекта GNU , это бесплатное программное обеспечение согласно условиям Стандартной общественной лицензии GNU .

История

Проект был задуман примерно в 1988 году. Первоначально предполагалось, что он станет дополнением к курсу проектирования химических реакторов. Полная разработка была начата Джоном В. Итоном в 1992 году. Первый альфа-релиз датируется 4 января 1993 года, а 17 февраля 1994 года была выпущена версия 1.0. Версия 8.4.0 была выпущена 5 ноября 2023 года.

Программа названа в честь Октава Левеншпиля , бывшего профессора основного автора. Левеншпиль был известен своей способностью выполнять быстрые приблизительные вычисления .

История развития

Время	Действие
1988/1989	Первые обсуждения (книга и программное обеспечение)
февраль 1992 г.	Начало разработки
Январь 1993 г.	Новости в Интернете (Версия 0.60)
февраль 1994 г.	1-я публикация (версии с 1.0.0 по 1.1.1)
декабрь 1996 г.	Вторая публикация (версия 2.0.x) с портом Windows ( Cygwin )
декабрь 2007 г.	Публикация версии 3.0 (Milestone)
29 мая 2015 г.	Версия 4.0.0 (стабильный графический интерфейс и новый синтаксис для ООП )
1 марта 2019 г.	Публикация Octave 5.1.0 (предпочтительно QT5, минимум Qt 4.8), поддержка hiDpi
26 ноября 2020 г.	Публикация Octave 6.1.0 (предпочтителен QT5, Qt 4.x устарел для удаления в версии 7)
6 апреля 2022 г.	Публикация Octave 7.1.0 (предпочтительно QT5), улучшенная графическая часть и совместимость с Matlab.
7 марта 2023 г.	Публикация Octave 8.1.0, улучшенной графической части и совместимости с Matlab.
14 марта 2024 г.	Публикация Octave 9.1.0, общие сведения, совместимость с Matlab и улучшения графики.

События

Помимо использования на настольных компьютерах для персональных научных вычислений, Octave используется в научных кругах и промышленности. Например, Octave использовался на огромном параллельном компьютере в Питтсбургском суперкомпьютерном центре для обнаружения уязвимостей, связанных с угадыванием номеров социального страхования.

Ускорение с помощью OpenCL или CUDA также возможно с использованием графических процессоров.

Технические детали

• Octave написан на C++ с использованием стандартной библиотеки C++ .
• Octave использует интерпретатор для выполнения языка сценариев Octave.
• Octave расширяется с помощью динамически загружаемых модулей.
• Интерпретатор Octave имеет графический движок на основе OpenGL для создания графиков, графиков и диаграмм, а также их сохранения или печати. В качестве альтернативы gnuplot . для той же цели можно использовать
• Octave включает графический интерфейс пользователя (GUI) в дополнение к традиционному интерфейсу командной строки (CLI); см. в разделе #Пользовательские интерфейсы . подробности

Октава, язык

Язык Octave — это интерпретируемый язык программирования. Это структурированный язык программирования (похожий на C ), который поддерживает множество общих функций стандартной библиотеки C , а также некоторые UNIX . системные вызовы и функции Однако он не поддерживает передачу аргументов по ссылке. хотя аргументы функции копируются при записи, чтобы избежать ненужного дублирования.

Программы Octave состоят из списка вызовов функций или сценария . Синтаксис основан на матрицах и предоставляет различные функции для матричных операций. Он поддерживает различные структуры данных и позволяет объектно-ориентированное программирование .

Его синтаксис очень похож на MATLAB, а тщательное программирование сценария позволит ему работать как в Octave, так и в MATLAB.

Поскольку Octave доступен под лицензией GNU General Public License , его можно свободно изменять, копировать и использовать. Программа работает в Microsoft Windows и большинстве Unix и Unix-подобных операционных системах , включая Linux , Android и macOS .

Примечательные особенности

Дополнение имени команды и переменной

Ввод символа TAB в командной строке заставляет Octave попытаться завершить имена переменных, функций и файлов (аналогично Bash в завершению табуляции ). Octave использует текст перед курсором в качестве начальной части имени для завершения.

История команд

При интерактивной работе Octave сохраняет введенные команды во внутреннем буфере, чтобы их можно было вызывать и редактировать.

Структуры данных

Octave включает ограниченную поддержку организации данных в структурах. В этом примере мы видим структуру х с элементами а , группа ​ c (целое число, массив и строка соответственно):

octave:1> x.a = 1; x.b = [1, 2; 3, 4]; x.c = "string";
octave:2> x.a
ans =  1
octave:3> x.b
ans =

   1   2
   3   4

octave:4> x.c
ans = string
octave:5> x
x =

  scalar structure containing the fields:

    a = 1
    b =

       1   2
       3   4

    c = string

Короткое замыкание логических операторов

Октава && и || логические операторы вычисляются по принципу короткого замыкания (как и соответствующие операторы в языке C ), в отличие от поэлементных операторов. & и |.

Операторы увеличения и уменьшения

Основная статья: Операторы увеличения и уменьшения

Octave включает в себя C-подобные операторы увеличения и уменьшения. ++ и -- как в префиксной, так и в постфиксной формах. Octave также выполняет расширенное присваивание , например x += 5.

Расслабьтесь-защитите

Octave поддерживает ограниченную форму обработки исключений , смоделированную по образцу unwind_protect из Лиспа . Общая форма блока unwind_protect выглядит следующим образом:

unwind_protect
   body
unwind_protect_cleanup
   cleanup
end_unwind_protect

Как правило, GNU Octave распознает завершение данного block либо ключевое слово end (который совместим с языком MATLAB) или более конкретное ключевое слово endblock или, в некоторых случаях, end_block. Как следствие, unwind_protect блок можно завершить либо с помощью ключевого слова end_unwind_protect как в примере, или с помощью более переносимого ключевого слова end.

Очистительная часть блока выполняется всегда. вызывает исключение В случае, если часть тела , очистка выполняется непосредственно перед распространением исключения за пределы блока. unwind_protect.

GNU Octave также поддерживает другую форму обработки исключений (совместимую с языком MATLAB):

try
   body
catch
   exception_handling
end

Эта последняя форма отличается от unwind_protect блокировать двумя способами. Во-первых, Exception_handling вызывает исключение выполняется только тогда, когда тело . Во-вторых, после выполненияException_handling исключение не распространяется за пределы блока (если только rethrow( lasterror ) оператор явно вставлен в код исключения_обработки ).

Списки аргументов переменной длины

Octave имеет механизм обработки функций, которые принимают неопределенное количество аргументов без явного верхнего предела. Чтобы указать список из нуля или более аргументов, используйте специальный аргумент varargin в качестве последнего (или единственного) аргумента в списке. varargin представляет собой массив ячеек, содержащий все входные аргументы.

function s = plus (varargin)
   if (nargin==0)
      s = 0;
   else
      s = varargin{1} + plus (varargin{2:nargin});
   end
end

Списки возврата переменной длины

Функцию можно настроить на возврат любого количества значений, используя специальное возвращаемое значение. varargout. Например:

function varargout = multiassign (data)
   for k=1:nargout
      varargout{k} = data(:,k);
   end
end

Интеграция С++

Также возможно выполнить код Octave непосредственно в программе C++. Например, вот фрагмент кода для вызова rand([10,1]):

#include <octave/oct.h>
...
ColumnVector NumRands(2);
NumRands(0) = 10;
NumRands(1) = 1;
octave_value_list f_arg, f_ret;
f_arg(0) = octave_value(NumRands);
f_ret = feval("rand", f_arg, 1);
Matrix unis(f_ret(0).matrix_value());

Код C и C++ можно интегрировать в GNU Octave путем создания файлов Oct или использования MEX-файлов, совместимых с MATLAB .

Совместимость с MATLAB

Octave был создан с учетом совместимости с MATLAB и имеет много общих с MATLAB функций:

1. Матрицы как фундаментальный тип данных.
2. Встроенная поддержка комплексных чисел.
3. Мощные встроенные математические функции и обширные библиотеки функций.
4. Расширяемость в виде определяемых пользователем функций.

Octave рассматривает несовместимость с MATLAB как ошибку ; следовательно, его можно считать клоном программного обеспечения , который не нарушает авторские права на программное обеспечение согласно Lotus против Borland судебному делу .

Скрипты MATLAB из репозитория MathWorks FileExchange в принципе совместимы с Octave. Однако, хотя они часто предоставляются и загружаются пользователями под совместимой с Octave и надлежащей с открытым исходным кодом лицензией BSD FileExchange , Условия использования MATLAB MathWorks запрещают любое использование, кроме проприетарного .

Совместимость синтаксиса

Есть несколько целенаправленных, хотя и незначительных, синтаксических дополнений. Архивировано 26 апреля 2012 г. на Wayback Machine :

1. Строки комментариев могут начинаться с символа # или символа %;
2. различные C операторы ++ , -- , += , *=, /=; Поддерживаются
3. На элементы можно ссылаться без создания новой переменной посредством каскадной индексации, например, [1:10](3);
4. Строки могут определяться с помощью символа двойной кавычки ", а также символа одинарной кавычки;
5. Когда тип переменной одинарный (число с плавающей запятой одинарной точности), Octave вычисляет « среднее значение » в однодоменном (MATLAB в двухдоменном ), что быстрее, но дает менее точные результаты;
6. Блоки также могут завершаться более конкретными ключевыми словами структуры управления , например, endif, endfor, end while и т. д.;
7. Функции могут быть определены в сценариях и в командной строке Octave;
8. Наличие цикла do-until (аналог do- while в C).

Совместимость функций

Многие, но не все, из многочисленных функций MATLAB доступны в GNU Octave, некоторые из них доступны через пакеты Octave Forge . Функции, доступные как часть основных пакетов Octave или Forge, перечислены в Интернете. Архивировано 14 марта 2024 г. на Wayback Machine .

Список недоступных функций включен в функцию Octave. __unimplemented.m__. Нереализованные функции также перечислены во многих пакетах Octave Forge в Octave Wiki .

При вызове нереализованной функции отображается следующее сообщение об ошибке:

  octave:1> guide
  warning: the 'guide' function is not yet implemented in Octave

  Please read <http://www.octave.org/missing.html> to learn how you can contribute missing functionality.
  error: 'guide' undefined near line 1 column 1

Пользовательские интерфейсы

Octave поставляется с официальным графическим интерфейсом пользователя (GUI) и интегрированной средой разработки (IDE) на основе Qt . Он доступен начиная с Octave 3.8. и стал интерфейсом по умолчанию (через интерфейс командной строки ) с выпуском Octave 4.0. Он был хорошо принят участником EDN, который написал: «[Octave] теперь имеет очень работоспособный графический интерфейс» при обзоре тогда еще нового графического интерфейса в 2014 году.

Также было разработано несколько сторонних графических интерфейсов, например ToolboX, для обучения программированию.

Приложения с графическим интерфейсом

С помощью кода Octave пользователь может создавать приложения с графическим интерфейсом. См. Разработка графического пользовательского интерфейса (GNU Octave (версия 7.1.0)) . Ниже приведены несколько примеров:

Кнопка, элемент управления редактированием, флажок

# create figure and panel on it
f = figure;
# create a button (default style)
b1 = uicontrol (f, "string", "A Button", "position",[10 10 150 40]);
# create an edit control
e1 = uicontrol (f, "style", "edit", "string", "editable text", "position",[10 60 300 40]);
# create a checkbox
c1 = uicontrol (f, "style", "checkbox", "string", "a checkbox", "position",[10 120 150 40]);

Текстовое поле

prompt = {"Width", "Height", "Depth"};
defaults = {"1.10", "2.20", "3.30"};
rowscols = [1,10; 2,20; 3,30];
dims = inputdlg (prompt, "Enter Box Dimensions", rowscols, defaults);

Список с ящиками сообщений.

my_options = {"An item", "another", "yet another"};
[sel, ok] = listdlg ("ListString", my_options, "SelectionMode", "Multiple");
if (ok == 1)
  msgbox ("You selected:");
  for i = 1:numel (sel)
    msgbox (sprintf ("\t%s", my_options{sel(i)}));
  endfor
else
  msgbox ("You cancelled.");
endif

Радиокнопки

# create figure and panel on it
f = figure;
# create a button group
gp = uibuttongroup (f, "Position", [ 0 0.5 1 1])
# create a buttons in the group
b1 = uicontrol (gp, "style", "radiobutton", "string", "Choice 1", "Position", [ 10 150 100 50 ]);
b2 = uicontrol (gp, "style", "radiobutton", "string", "Choice 2", "Position", [ 10 50 100 30 ]);
# create a button not in the group
b3 = uicontrol (f, "style", "radiobutton","string", "Not in the group","Position", [ 10 50 100 50 ]);

Пакеты

Octave также имеет множество доступных пакетов. Эти пакеты расположены по адресу Octave-Forge Octave Forge — Packages или Github Octave Packages . Любой желающий также может создавать и поддерживать пакеты.

Сравнение с другим подобным программным обеспечением

Другие бесплатные альтернативы MATLAB включают Scilab и FreeMat . Octave более совместим с MATLAB, чем Scilab. и FreeMat не обновлялся с июня 2013 года.

См. также

• Список программного обеспечения для численного анализа
• Сравнение программного обеспечения для численного анализа
• Список статистических пакетов
• Список числовых библиотек

Дальнейшее чтение

• Хансен, Йеспер Шмидт (июнь 2011 г.). ГНУ Октава. Руководство для начинающих . Пакт Паблишинг . ISBN  978-1-849-51332-6 .

Внешние ссылки

• Официальный сайт