為計算做準備

閑談

計算機姑娘是擅長進行科學計算的，本來她就是做這個的，只不過后來人們讓她處理了很多文字內(nèi)容罷了，乃至于現(xiàn)在有一些人認為她是用來打字寫文章的（變成打字機了），忘記了她最擅長的計算。

每種編程語言都能用來做計算，區(qū)別在于編程過程中，是否有足夠的工具包供給。比如用匯編，就得自己多勞動，如果用Fortran，就方便得多了。不知道讀者是否聽說過Fortran，貌似古老，現(xiàn)在仍被使用。（以下引文均來自維基百科）

Fortran語言是為了滿足數(shù)值計算的需求而發(fā)展出來的。1953年12月，IBM公司工程師約翰·巴科斯（J. Backus）因深深體會編寫程序很困難，而寫了一份備忘錄給董事長斯伯特·赫德（Cuthbert Hurd），建議為IBM704系統(tǒng)設計全新的電腦語言以提升開發(fā)效率。當時IBM公司的顧問馮·諾伊曼強烈反對，因為他認為不切實際而且根本不必要。但赫德批準了這項計劃。1957年，IBM公司開發(fā)出第一套FORTRAN語言，在IBM704電腦上運作。歷史上第一支FORTRAN程式在馬里蘭州的西屋貝地斯核電廠試驗。1957年4月20日星期五的下午，一位IBM軟體工程師決定在電廠內(nèi)編譯第一支FORTRAN程式，當程式碼輸入後，經(jīng)過編譯，印表機列出一行訊息：“原始程式錯誤……右側(cè)括號後面沒有逗號”，這讓現(xiàn)場人員都感到訝異，修正這個錯誤後，印表機輸出了正確結(jié)果。而西屋電氣公司因此意外地成為FORTRAN的第一個商業(yè)用戶。1958年推出FORTRAN Ⅱ，幾年後又推出FORTRAN Ⅲ，1962年推出FORTRAN Ⅳ後，開始廣泛被使用。目前最新版是Fortran 2008。

還有一個廣為應用的不得不說，那就是matlab，一直以來被人稱贊。

MATLAB（矩陣實驗室）是MATrix LABoratory的縮寫，是一款由美國The MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學軟件。MATLAB是一種用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術(shù)計算語言和交互式環(huán)境。除了矩陣運算、繪制函數(shù)/數(shù)據(jù)圖像等常用功能外，MATLAB還可以用來創(chuàng)建用戶界面及與調(diào)用其它語言（包括C,C++,Java,Python和FORTRAN）編寫的程序。

但是，它是收費的商業(yè)軟件，雖然在某國這個無所謂。

還有R語言，也是在計算領域被多多使用的。

R語言，一種自由軟體程式語言與操作環(huán)境，主要用于統(tǒng)計分析、繪圖、數(shù)據(jù)挖掘。R本來是由來自新西蘭奧克蘭大學的Ross Ihaka和Robert Gentleman開發(fā)（也因此稱為R），現(xiàn)在由“R開發(fā)核心團隊”負責開發(fā)。R是基于S語言的一個GNU計劃項目，所以也可以當作S語言的一種實現(xiàn)，通常用S語言編寫的代碼都可以不作修改的在R環(huán)境下運行。R的語法是來自Scheme。

最后要說的就是python，近幾年使用python的領域不斷擴張，包括在科學計算領域，它已經(jīng)成為了一種趨勢。在這個過程中，雖然有不少人詬病python的這個慢那個解釋動態(tài)語言之類（這種說法是值得討論的），但是，依然無法阻擋python在科學計算領域大行其道。之所以這樣，就是因為它是python。

• 開源，就這一條就已經(jīng)足夠了，一定要用開源的東西。至于為什么，本教程前面都闡述過了。
• 因為開源，所以有非常棒的社區(qū)，里面有相當多支持科學計算的庫，不用還等待何時？
• 簡單易學，這點對那些不是專業(yè)程序員來講非常重要。我就接觸到一些搞天文學和生物學的研究者，他們正在使用python進行計算。
• 在科學計算上如果用了python，能夠讓數(shù)據(jù)跟其它的比如web無縫對接，這不是很好的嗎？

當然，最重要一點，就是本教程是講python的，所以，在科學計算這塊肯定不會講Fortran或者R，一定得是python。

安裝

如果讀者使用Ubuntu或者Debian，可以這樣來安裝：

sudo apt-get install python-numpy python-scipy python-matplotlib ipython ipython-notebook python-pandas python-sympy python-nose

一股腦把可能用上的都先裝上。在安裝的時候，如果需要其它的依賴，你會明顯看到的。

如果是別的系統(tǒng)，比如windows類，請自己網(wǎng)上查找安裝方法吧，這里內(nèi)容不少，最權(quán)威的是看官方網(wǎng)站列出的安裝：http://www.scipy.org/install.html

基本操作

在科學計算中，業(yè)界比較喜歡使用ipython notebook，前面已經(jīng)安裝。在shell中執(zhí)行

ipython notebook --pylab=inline

得到下圖的界面，這是在瀏覽器中打開的：

在In后面的編輯去，可以寫python語句。然后按下SHIFT+ENTER或者CTRL+ENTER?就能執(zhí)行了，如果按下ENTER，不是執(zhí)行，是在當前編輯區(qū)換行。

Ipython Notebook是一個非常不錯的編輯器，執(zhí)行之后，直接顯示出來輸入內(nèi)容和輸出的結(jié)果。當然，錯誤是難免的，它會：

注意觀察圖中的箭頭所示，直接標出有問題的行。返回編輯區(qū)，修改之后可繼續(xù)執(zhí)行。

不要忽視左邊的輔助操作，能夠讓你在使用ipython notebook的時候更方便。

除了在網(wǎng)頁中之外，如果你已經(jīng)喜歡上了python的交互模式，特別是你用的計算機中有一個shell的東西，更是棒了。于是可以：

$ ipython

進入了一個類似于python的交互模式中，如下所示：

In [1]: print "hello, pandas"
hello, pandas

In [2]: 

或者說ipython同樣是一個不錯的交互模式。