Julia 入门笔记

贡献者： addis

　　 Julia 从 Matlab 和 C/C++ 借鉴了不少语法，如果你两种语言都已经会了，那么 Julia 是十分简单的．本章的目的就是为已经学习过类似语言的读者提供一个 Julia 语言的快速入门笔记．

　　 安装方法

sudo snap install Julia --classic

　　 另外 Jupyter Notebook 也支持 Julia．

1. 命令行

• 最简单的 Hello World 程序如 println("hello world")
• 为了区分，系统的命令行叫做 terminal，而 Julia 的命令行叫做 REPL (read-eval-print-loop)
• 注释用 #，或者 #=一些注释=#
• Ctrl + D 退出或者 exit() 退出
• ans 变量和 Matlab 一样，用于显示上一次运算的输出结果（结果赋值给变量的除外）
• 在一行中运行多个命令，用分号隔开
• 要清空 workspace 中的变量只能重启

2. 计算器

• b = 2a 和 c = 2(b+3) 都可以省略乘号．注意 1/2a 相当于 1/(2a)
• 2/3 返回双精度类型 Float64 而不是整数
• 2//3 返回 Rational{Int64} 类型，相当于用两个 Int64 整数来表示分数，分数之间的运算没有误差
• 表示复数如 1 + 2im，相当于 ComplexF64(0,2)．又例如 1//2 + (3//4)im 的类型是 Complex{Rational{Int64}}

3. 变量

• 用 typeof() 查看某个变量的类型
• 类型完全是动态的，但可以在表达式或者函数定义后面加上 ::类型 限制变量类型
• 字符串用双引号，单个字符用单引号
• 查看类型的最大和最小值如 typemax(Int64)，typemin(Int64)
• 标准库提供任意精度类型 BigInt 和 BigFloat（底层是 GMP）
• 变量名可以用 UTF-8 字符，在一些编辑器中可以用反斜杠 latex 命令打出对应的字符
• 注意和 C++ 不同，Julia 中的变量名只是 object 的标签
• 要释放一个变量所占的内存，把它赋值为 nothing，然后运行垃圾回收 GC.gc() 即可．

4. 矩阵

• 索引从 1 开始，和 Matlab 一样
• 矩阵（数组）使用列主元排序，和 Matlab 一样
• 一维数组 Array{T, 1} 不区分行和列，但是二维数组 Array{T, 2} 可以区分行向量和列向量
• 矩阵切割如 Psi[:, j, :]
• 矩阵尺寸 size(Psi, 维度)
• 零向量矩阵 zeros(整数) 或 zeros(整数, 整数) 分别返回 Array{Float64,1} 和 Array{Float64,2}
• 64 位机器上，整数 literal 的类型默认是 Int64
• a = [1 2; 3 4] 得到 Array{Float64,2}
• a[:, 1] 仍然得到 Array{Float64,2}
• a[:, 1] = [3; 4] 可以修改 a 的值
• b = a[:, 1] 却是复制数据．
• a 作为参数传给函数是 pass by reference，相当于 C 语言传递指针
• a[:, 1] 作为参数传给函数是 pass by value，如果需要 by reference，使用 view 函数获取 SubArray 类
• SubArray 不存数据，可以用来给函数参数 pass by reference
• view(a, :, 1) 得到的类型是 SubArray，具体类型是 SubArray{Int64,1,Array{Int64,2}, Tuple{Base.Slice{Base.OneTo{Int64}},Int64},true}
• SubArray <: AbstractArray{T,Ndim} <: Any
• Array{T,Ndim} <: DenseArray{T,Ndim} <: AbstractArray{T,Ndim} <: Any
• 所以只要函数参数接受 AbstractArray，就可以同时接受 Array, SubArray．

　　 SubArray 的结构

struct SubArray{T,N,P,I,L} <: AbstractArray{T,N}
    parent::P
    indices::I
    offset1::Int  # for linear indexing and pointer, only valid when L==true
    stride1::Int  # used only for linear indexing
    ...
end

• 随机矩阵如 rand(ComplexF64, Nr1, Nr2, Npw)．
• 求矩阵的哈希值如 hash(矩阵)．把运算结果的 hash 输出可以保证计算过程不被优化掉．

5. 脚本

• 在系统命令行用 Julia <file> 运行脚本，用 Julia <file> <arg1> <arg2> 给出 arguments
• 在 REPL 中运行脚本如 include("/Users/addis/Desktop/main.jl")（路径不区分大小写），也支持反斜杠，但要转义成 \\
• 在文件中，如果要确定当前文件是不是主文件，用 abspath(PROGRAM_FILE) == @__FILE__

6. 画图

　　 第三方画图包 Plots，无需安装

using Plots
x = 1:10; y = rand(10); # These are the plotting data
plot(x,y)

7. 控制流

b = 3;
for a = 1:5
    if a < b
        println(a, " < ", b)
    elseif a > b
        println(a, " > ", b)
    else
        println(a, " = ", b)
    end
end

　　 for 循环也可以使用 for i in [1,4,0]

8. 函数

　　 函数定义

function sphere_vol(r)
    return 4/3*pi*r^3
end

9. 常用函数

• 当前路径 pwd()
• 更改路径 cd()
• 当前时间 time()

10. 储存变量

　　 要把任意变量存到文件，用 using Serialization，除此之外常用的还有 using JLD2．

using Serialization
a = randn(100,100)
f = serialize("file1.dat", a)
a′ = deserialize("file1.dat")
println(a == a′)