[转] Julia 高性能动态编程语言入门

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概述

Julia 是一个 “全新”的高性能动态编程语言，前两天迎来了其 1.0 正式版的重大更新。Julia集 Python、C、R、Ruby 之所长，感觉就像一种脚本语言，并且对交互式使用有很好的支持。而且其天生的高性能、通用性与专业性使得其非常适用于科学数值计算、机器学习项目等前沿场景。我看完这个消息以后也迫不及待想尝试一下。

注：本文原载于 My Personal Blog：， CodeSheep · 程序羊 ！

本文内容脑图如下：

Julia的特性

高性能：Julia 通过 LLVM 为多个平台编译高效本地代码，性能很高
动态性：编程范式灵活，代码信噪比极高
通用性：易于表达OOP和函数式编程范式，并且其标准库提供异步I / O，进程控制，日志记录，概要分析，包管理器等。
专业性：擅长数值计算，支持许多数值数据类型，并且提供开箱即用的并行性。
可组合性：Julia 的包之间可以很好地协同工作。

正是由于这些特性，才使其应用场景宽泛，而且都是当下前沿热门应用场景：

编程环境支持

Julia通过提供了一系列插件支持，从而可以在大多数常见的编辑器中进行编程，具体包括

Atom
VS Code
Jupyter
Vim
Emacs
SublimeText

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Julia安装和部署

Julia 提供了各种平台和环境的安装包，具体可以去其官网进行下载：

安装非常简单，像 Windows平台，基本上只需要点按下一步即可安装到位，而 MacOS平台使用 brew包管理器也仅需一行命令即可完成安装。

下面我以 Linux CentOS 7.4 平台为例，介绍一些其安装过程：

CentOS7 上 Julia 安装也无需复杂的过程，只需要下载对应的可执行版本，并置于系统的命令路径中即可愉快的使用：

wget https://julialang-s3.julialang.org/bin/linux/x64/1.0/julia-1.0.0-linux-x86_64.tar.gz
tar zxvf julia-1.0.0-linux-x86_64.tar.gz
cd /usr/bin
ln -s /root/julia-1.0.0/bin/julia

此时执行 julia 命令即可启动 Julia控制台，顺便来向世界问一下好吧：

下面做一些上手实验，大致来感受一下该语言精炼、灵活的风格。即使不使用任何文字说明，也能很容易地理解各个命令的含义，这也说明该语言很好上手。

Julia上手体验

变量操作

julia> x=10
10julia> x 1
11julia> x^2
100julia> pi
π = 3.1415926535897...julia> sqrt(100)
10.0julia> ~123
-124julia> 123 & 234
106julia> ~UInt32(123)
0xffffff84julia> [1,2,3] .^ 3
3-element Array{Int64,1}:1827julia> 1 == 1
truejulia> NaN == NaN
falsejulia> NaN != NaN
truejulia>

julia> 'x'
'x': ASCII/Unicode U 0078 (category Ll: Letter, lowercase)julia> Int('x')
120julia> str = "Hello, world.\n"
"Hello, world.\n"julia> str[1]
'H': ASCII/Unicode U 0048 (category Lu: Letter, uppercase)julia> str[end]
'\n': ASCII/Unicode U 000a (category Cc: Other, control)julia> str[4:9]
"lo, wo"julia> greet = "Hello"
"Hello"
julia> whom = "world"
"world"
julia> "$greet, $whom.\n"
"Hello, world.\n"julia> findfirst(isequal('x'), "xylophone")
1
julia> findnext(isequal('o'), "xylophone", 1)
4
julia> findnext(isequal('o'), "xylophone", 5)
7
julia> findnext(isequal('o'), "xylophone", 8)julia> occursin("world", "Hello, world.")
true
julia> repeat(".:Z:.", 10)
".:Z:..:Z:..:Z:..:Z:..:Z:..:Z:..:Z:..:Z:..:Z:..:Z:."julia> occursin(r"^\s*(?:#|$)", "not a comment")
false
julia> occursin(r"^\s*(?:#|$)", "# a comment")
true
julia> match(r"^\s*(?:#|$)", "# a comment")
RegexMatch("#")

类型转换和提升

julia> x = 12
12julia> typeof(x)
Int64julia> convert(UInt8, x)
0x0cjulia> convert(AbstractFloat, x)
12.0julia> a = Any[1 2 3; 4 5 6]
2×3 Array{Any,2}:1  2  34  5  6julia> convert(Array{Float64}, a)
2×3 Array{Float64,2}:1.0  2.0  3.04.0  5.0  6.0julia> promote(1, 2.5)
(1.0, 2.5)julia> promote(2, 3//4)
(2//1, 3//4)julia> promote(1.5, im)
(1.5   0.0im, 0.0   1.0im)julia> promote(1   2im, 3//4)
(1//1   2//1*im, 3//4   0//1*im)

函数

julia> f(x,y) = x   y
f (generic function with 1 method)julia> f(2,3)
5julia> g = f
f (generic function with 1 method)julia> g(2,3)
5julia> ∑(x,y) = x   y
∑ (generic function with 1 method)julia> ∑(2, 3)
5julia>  (1,2,3)
6julia> x -> x^2   2x - 1
#3 (generic function with 1 method)julia> map(x -> x^2   2x - 1, [1,3,-1])
3-element Array{Int64,1}:214-2julia> function foo(a,b)a b, a*bend;julia> foo(2,3)
(5, 6)julia> x, y = foo(2,3);julia> x
5julia> y
6

控制流

julia> z = beginx = 1y = 2x   yend
3julia> function test(x, y)if x < yprintln("x is less than y")elseif x > yprintln("x is greater than y")elseprintln("x is equal to y")endend
test (generic function with 1 method)julia> test(1, 2)
x is less than yjulia> test(2, 1)
x is greater than yjulia> test(1, 1)
x is equal to yjulia> println(x < y ? "less than" : "not less than")
less thanjulia> while i <= 5println(i)i  = 1end
1
2
3
4
5julia> for i = 1:5println(i)end
1
2
3
4
5

对象构造

外部构造方式：

julia> struct Foobarbazendjulia> julia> fun=Foo(1,2)
Foo(1, 2)julia> fun.bar
1julia> fun.baz
2julia> Foo(x) = Foo(x,x)
Foojulia> Foo(1)
Foo(1, 1)julia> Foo() = Foo(0)
Foojulia> Foo()
Foo(0, 0)

内部构造方式：

julia> struct OrderedPairx::Realy::RealOrderedPair(x,y) = x > y ? error("out of order") : new(x,y)endjulia> julia> OrderedPair(1, 2)
OrderedPair(1, 2)julia> OrderedPair(2,1)
ERROR: out of order
Stacktrace:[1] error(::String) at ./error.jl:33[2] OrderedPair(::Int64, ::Int64) at ./REPL[45]:4[3] top-level scope at none:0

迭代与索引

迭代操作：

julia>  struct Squarescount::Intendjulia> Base.iterate(S::Squares, state=1) = state > S.count ? nothing : (state*state, state 1)julia> for i in Squares(7)println(i)end
1
4
9
16
25
36
49julia> 25 in Squares(10)
truejulia> using Statisticsjulia> mean(Squares(100))
3383.5julia> std(Squares(100))
3024.355854282583julia> Base.eltype(::Type{Squares}) = Intjulia> Base.length(S::Squares) = S.countjulia> collect(Squares(4))
4-element Array{Int64,1}:14916

索引操作：

julia> function Base.getindex(S::Squares, i::Int)1 <= i <= S.count || throw(BoundsError(S, i))return i*iendjulia> Squares(100)[23]
529julia> Base.firstindex(S::Squares) = 1julia> Base.lastindex(S::Squares) = length(S)julia> Squares(23)[end]
529julia> Base.getindex(S::Squares, i::Number) = S[convert(Int, i)]julia> Base.getindex(S::Squares, I) = [S[i] for i in I]julia> Squares(10)[[3,4.,5]]
3-element Array{Int64,1}:91625

基本的语言特性就体验到这，剩余的还有一些高级特性，包括：

模块
元编程
并行计算
网络和流
交互
......

不在此文一一赘述，详细了解就去参考官方文档吧。

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