GNU Octave

GNU Octave
GNU Octave 3.8.0, запущенная с GUI
Тип	математическое программное обеспечение
Разработчик	John W. Eaton
Написана на	C++
Операционная система	Linux, UNIX, Cygwin, Windows, Android
Первый выпуск	1988
Последняя версия	7.1.0 (6 апреля 2022 (2022-04-06))
Лицензия	GNU General Public License
Сайт	gnu.org/software/octave/

GNU Octave — свободная программная система для математических вычислений, использующая совместимый с MATLAB язык высокого уровня.

Octave представляет интерактивный командный интерфейс для решения линейных и нелинейных математических задач, а также проведения других численных экспериментов. Кроме того, Octave можно использовать для пакетной обработки. Язык Octave оперирует арифметикой вещественных и комплексных скаляров, векторов и матриц, имеет расширения для решения линейных алгебраических задач, нахождения корней систем нелинейных алгебраических уравнений, работы с полиномами, решения различных дифференциальных уравнений, интегрирования систем дифференциальных и дифференциально-алгебраических уравнений первого порядка, интегрирования функций на конечных и бесконечных интервалах. Этот список можно легко расширить, используя язык Octave (или используя динамически загружаемые модули, созданные на языках C, C++, Фортран и др.).

Технические детали

• Octave написан на C++ с использованием стандартной библиотеки шаблонов;
• Для запуска скриптов Octave использует интерпретатор;
• Octave можно дополнять динамически подгружаемыми модулями;
• Для создания и распечатки графиков Octave использует на выбор gnuplot, встроенный модуль на основе FLTK, или Grace.
• Название дано в честь профессора химического машиностроения Октава Левеншпиля еврейского происхождения (Octave Levenspiel).

Язык Octave

Octave — интерпретируемый язык программирования. Он похож на Си и поддерживает большинство основных функций стандартной библиотеки Си, а также основные команды и системные вызовы Unix. С другой стороны, он не поддерживает передачу аргументов по ссылке (особенность дизайна).

Синтаксис языка очень похож на MATLAB, и грамотно написанные скрипты будут запускаться как в Octave, так и в MATLAB.

Некоторые возможности

Интерфейс

Интерфейс командной строки Octave построен с использованием библиотеки GNU Readline, что даёт доступ к таким обычным возможностям последней, как автодополнение по клавише Tab ↹, история команд и инкрементальный поиск по ней (Ctrl+R, Ctrl+S), возможность переопределения клавиш, и т. д. Графический интерфейс до версии 3.8.0 был представлен дополнениями (графики он мог выводить и без них).

Octave Forge

Octave Forge - менеджер пакетов-расширений для системы Octave.

Интеграция с C++

Выражения Octave можно вычислять из программ на C++. Для этого в C++ подключается специальная библиотека octave/oct.h. К примеру, фрагмент кода для вычисления rand([9000,1]):

#include <octave/oct.h>
…
ColumnVector NumRands(2);
NumRands(0) = 9000;
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());

Производительность

В конце 1990-х годов (2-я серия выпусков) производительность Octave существенно уступает по производительности MATLAB. Однако к концу 2000-х годов (3-я серия выпусков) производительности этих пакетов «почти сравнялись», а остающуюся разницу приписывают наличию в составе MATLAB интерпретатора-компилятора (Just in Time — JIT), которого нет в Octave.

Параллельные вычисления

Основными решениями по организации распределенных вычислений в среде Octave являются библиотеки bcMPI, MPI Toolbox for Octave (MPITB), octave-parallel_mpi и parallel (ранее octave-parallel), предназначенные для кластерных систем, и модуль parcellfun библиотеки general для обеспечения параллельных вычислений в масштабе «одной машины» (на многоядерных и массивно-параллельных системах).

Первые три библиотеки обеспечивают интерфейс к наличной инсталляции библиотеки MPI и, насколько возможно, транслируют в Octave (bcMPI — и в MATLAB) синтаксис подмножества вызовов MPI. Соответственно в этих случаях вычисления распределены лишь настолько, насколько это подготовлено программистом, и обеспечиваются в пределах возможностей системной инсталляции MPI.

Библиотека parallel, напротив, не требует наличия среды типа MPI или PVM, а обеспечивает распределённость с помощью внутренних средств пакета Octave.

Совместимость с MATLAB

Octave был написан с учётом совместимости с MATLAB и реализует многие его возможности:

• матрицы в качестве основных типов данных;
• встроенная поддержка комплексных чисел;
• мощные встроенные математические функции и большие библиотеки функций;
• расширяемость, благодаря возможности создания пользовательских функций.

Но есть и некоторые отличия:

• комментарии могут начинаться как с символа #, так и с символа %;
• поддерживаются C++-подобные операторы ++, --, +=, *=, /=;
• элементы могут быть адресованы без создания новой переменной, например [1:10](3);
• данные строкового типа могут быть заданы как символом «"», так и символом «'».

Литература

• GNU Octave Manual Version 3 / J.W. Eaton, D. Bateman, S. Hauberg. Network Theory Limited, 2008. 568 p.
• Е. Р. Алексеев, О. В. Чеснокова «Введение в Octave для инженеров и математиков» М.: ALT Linux, 2012. — 368 с.: ил. Учебник Octave на русском
• Eddelbüttel, D. Bank of Montreal, Toronto, Canada. Econometrics with Octave / D. Eddelbüttel [Electronic resource]. — Mode of access : http://dirk.eddelbuettel.com/papers/octave.pdf. - Date of access : 15.03.2010.
• Octave and Python: High-Level Scripting Languages Productivity and Performance Evaluation / J.C. Chaves [et. al.] [Electronic resource]. — Mode of access : https://web.archive.org/web/20120520234335/http://www.osc.edu/research/cse/projects/octave_python.pdf. - Date of access : 15.03.2010.

Ссылки

• Официальная страница  (англ.)
• Тестирование быстродействия MATLAB и GNU/Octave  (рус.), 2010г.