Julia · Y分鐘學習X種語言

# [X分鐘速成Y](http://learnxinyminutes.com/) ## 其中 Y=Julia 源代碼下載：?[learn-julia-zh.jl](http://learnxinyminutes.com/docs/files/learn-julia-zh.jl) ~~~ # 單行注釋只需要一個井號 #= 多行注釋只需要以 '#=' 開始 '=#' 結束還可以嵌套. =# #################################################### ## 1\. 原始類型與操作符 #################################################### # Julia 中一切皆是表達式。 # 這是一些基本數字類型. 3 # => 3 (Int64) 3.2 # => 3.2 (Float64) 2 + 1im # => 2 + 1im (Complex{Int64}) 2//3 # => 2//3 (Rational{Int64}) # 支持所有的普通中綴操作符。 1 + 1 # => 2 8 - 1 # => 7 10 * 2 # => 20 35 / 5 # => 7.0 5 / 2 # => 2.5 # 用 Int 除 Int 永遠返回 Float div(5, 2) # => 2 # 使用 div 截斷小數點 5 \ 35 # => 7.0 2 ^ 2 # => 4 # 次方, 不是二進制 xor 12 % 10 # => 2 # 用括號提高優先級 (1 + 3) * 2 # => 8 # 二進制操作符 ~2 # => -3 # 非 3 & 5 # => 1 # 與 2 | 4 # => 6 # 或 2 $ 4 # => 6 # 異或 2 >>> 1 # => 1 # 邏輯右移 2 >> 1 # => 1 # 算術右移 2 << 1 # => 4 # 邏輯/算術右移 # 可以用函數 bits 查看二進制數。 bits(12345) # => "0000000000000000000000000000000000000000000000000011000000111001" bits(12345.0) # => "0100000011001000000111001000000000000000000000000000000000000000" # 布爾值是原始類型 true false # 布爾操作符 !true # => false !false # => true 1 == 1 # => true 2 == 1 # => false 1 != 1 # => false 2 != 1 # => true 1 < 10 # => true 1 > 10 # => false 2 <= 2 # => true 2 >= 2 # => true # 比較可以串聯 1 < 2 < 3 # => true 2 < 3 < 2 # => false # 字符串可以由 " 創建 "This is a string." # 字符字面量可用 ' 創建 'a' # 可以像取數組取值一樣用 index 取出對應字符 "This is a string"[1] # => 'T' # Julia 的 index 從 1 開始 :( # 但是對 UTF-8 無效, # 因此建議使用遍歷器 (map, for loops, 等). # $ 可用于字符插值: "2 + 2 = $(2 + 2)" # => "2 + 2 = 4" # 可以將任何 Julia 表達式放入括號。 # 另一種格式化字符串的方式是 printf 宏. @printf "%d is less than %f" 4.5 5.3 # 5 is less than 5.300000 # 打印字符串很容易 println("I'm Julia. Nice to meet you!") #################################################### ## 2\. 變量與集合 #################################################### # 給變量賦值就是聲明變量 some_var = 5 # => 5 some_var # => 5 # 訪問未聲明變量會拋出異常 try some_other_var # => ERROR: some_other_var not defined catch e println(e) end # 變量名需要以字母開頭. # 之后任何字母，數字，下劃線，嘆號都是合法的。 SomeOtherVar123! = 6 # => 6 # 甚至可以用 unicode 字符 ? = 8 # => 8 # 用數學符號非常方便 2 * π # => 6.283185307179586 # 注意 Julia 的命名規約: # # * 變量名為小寫，單詞之間以下劃線連接('\_')。 # # * 類型名以大寫字母開頭，單詞以 CamelCase 方式連接。 # # * 函數與宏的名字小寫，無下劃線。 # # * 會改變輸入的函數名末位為 !。 # 這類函數有時被稱為 mutating functions 或 in-place functions. # 數組存儲一列值，index 從 1 開始。 a = Int64[] # => 0-element Int64 Array # 一維數組可以以逗號分隔值的方式聲明。 b = [4, 5, 6] # => 包含 3 個 Int64 類型元素的數組: [4, 5, 6] b[1] # => 4 b[end] # => 6 # 二維數組以分號分隔維度。 matrix = [1 2; 3 4] # => 2x2 Int64 數組: [1 2; 3 4] # 使用 push! 和 append! 往數組末尾添加元素 push!(a,1) # => [1] push!(a,2) # => [1,2] push!(a,4) # => [1,2,4] push!(a,3) # => [1,2,4,3] append!(a,b) # => [1,2,4,3,4,5,6] # 用 pop 彈出末尾元素 pop!(b) # => 6 and b is now [4,5] # 可以再放回去 push!(b,6) # b 又變成了 [4,5,6]. a[1] # => 1 # 永遠記住 Julia 的 index 從 1 開始! # 用 end 可以直接取到最后索引. 可用作任何索引表達式 a[end] # => 6 # 還支持 shift 和 unshift shift!(a) # => 返回 1，而 a 現在時 [2,4,3,4,5,6] unshift!(a,7) # => [7,2,4,3,4,5,6] # 以嘆號結尾的函數名表示它會改變參數的值 arr = [5,4,6] # => 包含三個 Int64 元素的數組: [5,4,6] sort(arr) # => [4,5,6]; arr 還是 [5,4,6] sort!(arr) # => [4,5,6]; arr 現在是 [4,5,6] # 越界會拋出 BoundsError 異常 try a[0] # => ERROR: BoundsError() in getindex at array.jl:270 a[end+1] # => ERROR: BoundsError() in getindex at array.jl:270 catch e println(e) end # 錯誤會指出發生的行號，包括標準庫 # 如果你有 Julia 源代碼，你可以找到這些地方 # 可以用 range 初始化數組 a = [1:5] # => 5-element Int64 Array: [1,2,3,4,5] # 可以切割數組 a[1:3] # => [1, 2, 3] a[2:end] # => [2, 3, 4, 5] # 用 splice! 切割原數組 arr = [3,4,5] splice!(arr,2) # => 4 ; arr 變成了 [3,5] # 用 append! 連接數組 b = [1,2,3] append!(a,b) # a 變成了 [1, 2, 3, 4, 5, 1, 2, 3] # 檢查元素是否在數組中 in(1, a) # => true # 用 length 獲得數組長度 length(a) # => 8 # Tuples 是 immutable 的 tup = (1, 2, 3) # => (1,2,3) # an (Int64,Int64,Int64) tuple. tup[1] # => 1 try: tup[1] = 3 # => ERROR: no method setindex!((Int64,Int64,Int64),Int64,Int64) catch e println(e) end # 大多數組的函數同樣支持 tuples length(tup) # => 3 tup[1:2] # => (1,2) in(2, tup) # => true # 可以將 tuples 元素分別賦給變量 a, b, c = (1, 2, 3) # => (1,2,3) # a is now 1, b is now 2 and c is now 3 # 不用括號也可以 d, e, f = 4, 5, 6 # => (4,5,6) # 單元素 tuple 不等于其元素值 (1,) == 1 # => false (1) == 1 # => true # 交換值 e, d = d, e # => (5,4) # d is now 5 and e is now 4 # 字典Dictionaries store mappings empty_dict = Dict() # => Dict{Any,Any}() # 也可以用字面量創建字典 filled_dict = ["one"=> 1, "two"=> 2, "three"=> 3] # => Dict{ASCIIString,Int64} # 用 [] 獲得鍵值 filled_dict["one"] # => 1 # 獲得所有鍵 keys(filled_dict) # => KeyIterator{Dict{ASCIIString,Int64}}(["three"=>3,"one"=>1,"two"=>2]) # 注意，鍵的順序不是插入時的順序 # 獲得所有值 values(filled_dict) # => ValueIterator{Dict{ASCIIString,Int64}}(["three"=>3,"one"=>1,"two"=>2]) # 注意，值的順序也一樣 # 用 in 檢查鍵值是否已存在，用 haskey 檢查鍵是否存在 in(("one", 1), filled_dict) # => true in(("two", 3), filled_dict) # => false haskey(filled_dict, "one") # => true haskey(filled_dict, 1) # => false # 獲取不存在的鍵的值會拋出異常 try filled_dict["four"] # => ERROR: key not found: four in getindex at dict.jl:489 catch e println(e) end # 使用 get 可以提供默認值來避免異常 # get(dictionary,key,default_value) get(filled_dict,"one",4) # => 1 get(filled_dict,"four",4) # => 4 # 用 Sets 表示無序不可重復的值的集合 empty_set = Set() # => Set{Any}() # 初始化一個 Set 并定義其值 filled_set = Set(1,2,2,3,4) # => Set{Int64}(1,2,3,4) # 添加值 push!(filled_set,5) # => Set{Int64}(5,4,2,3,1) # 檢查是否存在某值 in(2, filled_set) # => true in(10, filled_set) # => false # 交集，并集，差集 other_set = Set(3, 4, 5, 6) # => Set{Int64}(6,4,5,3) intersect(filled_set, other_set) # => Set{Int64}(3,4,5) union(filled_set, other_set) # => Set{Int64}(1,2,3,4,5,6) setdiff(Set(1,2,3,4),Set(2,3,5)) # => Set{Int64}(1,4) #################################################### ## 3\. 控制流 #################################################### # 聲明一個變量 some_var = 5 # 這是一個 if 語句，縮進不是必要的 if some_var > 10 println("some_var is totally bigger than 10.") elseif some_var < 10 # elseif 是可選的. println("some_var is smaller than 10.") else # else 也是可選的. println("some_var is indeed 10.") end # => prints "some var is smaller than 10" # For 循環遍歷 # Iterable 類型包括 Range, Array, Set, Dict, 以及 String. for animal=["dog", "cat", "mouse"] println("$animal is a mammal") # 可用 $ 將 variables 或 expression 轉換為字符串into strings end # prints: # dog is a mammal # cat is a mammal # mouse is a mammal # You can use 'in' instead of '='. for animal in ["dog", "cat", "mouse"] println("$animal is a mammal") end # prints: # dog is a mammal # cat is a mammal # mouse is a mammal for a in ["dog"=>"mammal","cat"=>"mammal","mouse"=>"mammal"] println("$(a[1]) is a $(a[2])") end # prints: # dog is a mammal # cat is a mammal # mouse is a mammal for (k,v) in ["dog"=>"mammal","cat"=>"mammal","mouse"=>"mammal"] println("$k is a $v") end # prints: # dog is a mammal # cat is a mammal # mouse is a mammal # While 循環 x = 0 while x < 4 println(x) x += 1 # x = x + 1 end # prints: # 0 # 1 # 2 # 3 # 用 try/catch 處理異常 try error("help") catch e println("caught it $e") end # => caught it ErrorException("help") #################################################### ## 4\. 函數 #################################################### # 用關鍵字 'function' 可創建一個新函數 #function name(arglist) # body... #end function add(x, y) println("x is $x and y is $y") # 最后一行語句的值為返回 x + y end add(5, 6) # => 在 "x is 5 and y is 6" 后會打印 11 # 還可以定義接收可變長參數的函數 function varargs(args...) return args # 關鍵字 return 可在函數內部任何地方返回 end # => varargs (generic function with 1 method) varargs(1,2,3) # => (1,2,3) # 省略號 ... 被稱為 splat. # 剛剛用在了函數定義中 # 還可以用在函數的調用 # Array 或者 Tuple 的內容會變成參數列表 Set([1,2,3]) # => Set{Array{Int64,1}}([1,2,3]) # 獲得一個 Array 的 Set Set([1,2,3]...) # => Set{Int64}(1,2,3) # 相當于 Set(1,2,3) x = (1,2,3) # => (1,2,3) Set(x) # => Set{(Int64,Int64,Int64)}((1,2,3)) # 一個 Tuple 的 Set Set(x...) # => Set{Int64}(2,3,1) # 可定義可選參數的函數 function defaults(a,b,x=5,y=6) return "$a $b and $x $y" end defaults('h','g') # => "h g and 5 6" defaults('h','g','j') # => "h g and j 6" defaults('h','g','j','k') # => "h g and j k" try defaults('h') # => ERROR: no method defaults(Char,) defaults() # => ERROR: no methods defaults() catch e println(e) end # 還可以定義鍵值對的參數 function keyword_args(;k1=4,name2="hello") # note the ; return ["k1"=>k1,"name2"=>name2] end keyword_args(name2="ness") # => ["name2"=>"ness","k1"=>4] keyword_args(k1="mine") # => ["k1"=>"mine","name2"=>"hello"] keyword_args() # => ["name2"=>"hello","k1"=>4] # 可以組合各種類型的參數在同一個函數的參數列表中 function all_the_args(normal_arg, optional_positional_arg=2; keyword_arg="foo") println("normal arg: $normal_arg") println("optional arg: $optional_positional_arg") println("keyword arg: $keyword_arg") end all_the_args(1, 3, keyword_arg=4) # prints: # normal arg: 1 # optional arg: 3 # keyword arg: 4 # Julia 有一等函數 function create_adder(x) adder = function (y) return x + y end return adder end # 這是用 "stabby lambda syntax" 創建的匿名函數 (x -> x > 2)(3) # => true # 這個函數和上面的 create_adder 一模一樣 function create_adder(x) y -> x + y end # 你也可以給內部函數起個名字 function create_adder(x) function adder(y) x + y end adder end add_10 = create_adder(10) add_10(3) # => 13 # 內置的高階函數有 map(add_10, [1,2,3]) # => [11, 12, 13] filter(x -> x > 5, [3, 4, 5, 6, 7]) # => [6, 7] # 還可以使用 list comprehensions 替代 map [add_10(i) for i=[1, 2, 3]] # => [11, 12, 13] [add_10(i) for i in [1, 2, 3]] # => [11, 12, 13] #################################################### ## 5\. 類型 #################################################### # Julia 有類型系統 # 所有的值都有類型；但變量本身沒有類型 # 你可以用 `typeof` 函數獲得值的類型 typeof(5) # => Int64 # 類型是一等值 typeof(Int64) # => DataType typeof(DataType) # => DataType # DataType 是代表類型的類型，也代表他自己的類型 # 類型可用作文檔化，優化，以及調度 # 并不是靜態檢查類型 # 用戶還可以自定義類型 # 跟其他語言的 records 或 structs 一樣 # 用 `type` 關鍵字定義新的類型 # type Name # field::OptionalType # ... # end type Tiger taillength::Float64 coatcolor # 不附帶類型標注的相當于 `::Any` end # 構造函數參數是類型的屬性 tigger = Tiger(3.5,"orange") # => Tiger(3.5,"orange") # 用新類型作為構造函數還會創建一個類型 sherekhan = typeof(tigger)(5.6,"fire") # => Tiger(5.6,"fire") # struct 類似的類型被稱為具體類型 # 他們可被實例化但不能有子類型 # 另一種類型是抽象類型 # abstract Name abstract Cat # just a name and point in the type hierarchy # 抽象類型不能被實例化，但是可以有子類型 # 例如，Number 就是抽象類型 subtypes(Number) # => 6-element Array{Any,1}: # Complex{Float16} # Complex{Float32} # Complex{Float64} # Complex{T<:Real} # ImaginaryUnit # Real subtypes(Cat) # => 0-element Array{Any,1} # 所有的類型都有父類型; 可以用函數 `super` 得到父類型. typeof(5) # => Int64 super(Int64) # => Signed super(Signed) # => Real super(Real) # => Number super(Number) # => Any super(super(Signed)) # => Number super(Any) # => Any # 所有這些類型，除了 Int64, 都是抽象類型. # <: 是類型集成操作符 type Lion <: Cat # Lion 是 Cat 的子類型 mane_color roar::String end # 可以繼續為你的類型定義構造函數 # 只需要定義一個同名的函數 # 并調用已有的構造函數設置一個固定參數 Lion(roar::String) = Lion("green",roar) # 這是一個外部構造函數，因為他再類型定義之外 type Panther <: Cat # Panther 也是 Cat 的子類型 eye_color Panther() = new("green") # Panthers 只有這個構造函數，沒有默認構造函數 end # 使用內置構造函數，如 Panther，可以讓你控制 # 如何構造類型的值 # 應該盡可能使用外部構造函數而不是內部構造函數 #################################################### ## 6\. 多分派 #################################################### # 在Julia中, 所有的具名函數都是類屬函數 # 這意味著他們都是有很大小方法組成的 # 每個 Lion 的構造函數都是類屬函數 Lion 的方法 # 我們來看一個非構造函數的例子 # Lion, Panther, Tiger 的 meow 定義為 function meow(animal::Lion) animal.roar # 使用點符號訪問屬性 end function meow(animal::Panther) "grrr" end function meow(animal::Tiger) "rawwwr" end # 試試 meow 函數 meow(tigger) # => "rawwr" meow(Lion("brown","ROAAR")) # => "ROAAR" meow(Panther()) # => "grrr" # 再看看層次結構 issubtype(Tiger,Cat) # => false issubtype(Lion,Cat) # => true issubtype(Panther,Cat) # => true # 定義一個接收 Cats 的函數 function pet_cat(cat::Cat) println("The cat says $(meow(cat))") end pet_cat(Lion("42")) # => prints "The cat says 42" try pet_cat(tigger) # => ERROR: no method pet_cat(Tiger,) catch e println(e) end # 在面向對象語言中，通常都是單分派 # 這意味著分派方法是通過第一個參數的類型決定的 # 在Julia中, 所有參數類型都會被考慮到 # 讓我們定義有多個參數的函數，好看看區別 function fight(t::Tiger,c::Cat) println("The $(t.coatcolor) tiger wins!") end # => fight (generic function with 1 method) fight(tigger,Panther()) # => prints The orange tiger wins! fight(tigger,Lion("ROAR")) # => prints The orange tiger wins! # 讓我們修改一下傳入具體為 Lion 類型時的行為 fight(t::Tiger,l::Lion) = println("The $(l.mane_color)-maned lion wins!") # => fight (generic function with 2 methods) fight(tigger,Panther()) # => prints The orange tiger wins! fight(tigger,Lion("ROAR")) # => prints The green-maned lion wins! # 把 Tiger 去掉 fight(l::Lion,c::Cat) = println("The victorious cat says $(meow(c))") # => fight (generic function with 3 methods) fight(Lion("balooga!"),Panther()) # => prints The victorious cat says grrr try fight(Panther(),Lion("RAWR")) # => ERROR: no method fight(Panther,Lion) catch end # 在試試讓 Cat 在前面 fight(c::Cat,l::Lion) = println("The cat beats the Lion") # => Warning: New definition # fight(Cat,Lion) at none:1 # is ambiguous with # fight(Lion,Cat) at none:2. # Make sure # fight(Lion,Lion) # is defined first. #fight (generic function with 4 methods) # 警告說明了無法判斷使用哪個 fight 方法 fight(Lion("RAR"),Lion("brown","rarrr")) # => prints The victorious cat says rarrr # 結果在老版本 Julia 中可能會不一樣 fight(l::Lion,l2::Lion) = println("The lions come to a tie") fight(Lion("RAR"),Lion("brown","rarrr")) # => prints The lions come to a tie # Under the hood # 你還可以看看 llvm 以及生成的匯編代碼 square_area(l) = l * l # square_area (generic function with 1 method) square_area(5) #25 # 給 square_area 一個整形時發生什么 code_native(square_area, (Int32,)) # .section __TEXT,__text,regular,pure_instructions # Filename: none # Source line: 1 # Prologue # push RBP # mov RBP, RSP # Source line: 1 # movsxd RAX, EDI # Fetch l from memory? # imul RAX, RAX # Square l and store the result in RAX # pop RBP # Restore old base pointer # ret # Result will still be in RAX code_native(square_area, (Float32,)) # .section __TEXT,__text,regular,pure_instructions # Filename: none # Source line: 1 # push RBP # mov RBP, RSP # Source line: 1 # vmulss XMM0, XMM0, XMM0 # Scalar single precision multiply (AVX) # pop RBP # ret code_native(square_area, (Float64,)) # .section __TEXT,__text,regular,pure_instructions # Filename: none # Source line: 1 # push RBP # mov RBP, RSP # Source line: 1 # vmulsd XMM0, XMM0, XMM0 # Scalar double precision multiply (AVX) # pop RBP # ret # # 注意只要參數中又浮點類型，Julia 就使用浮點指令 # 讓我們計算一下圓的面積 circle_area(r) = pi * r * r # circle_area (generic function with 1 method) circle_area(5) # 78.53981633974483 code_native(circle_area, (Int32,)) # .section __TEXT,__text,regular,pure_instructions # Filename: none # Source line: 1 # push RBP # mov RBP, RSP # Source line: 1 # vcvtsi2sd XMM0, XMM0, EDI # Load integer (r) from memory # movabs RAX, 4593140240 # Load pi # vmulsd XMM1, XMM0, QWORD PTR [RAX] # pi * r # vmulsd XMM0, XMM0, XMM1 # (pi * r) * r # pop RBP # ret # code_native(circle_area, (Float64,)) # .section __TEXT,__text,regular,pure_instructions # Filename: none # Source line: 1 # push RBP # mov RBP, RSP # movabs RAX, 4593140496 # Source line: 1 # vmulsd XMM1, XMM0, QWORD PTR [RAX] # vmulsd XMM0, XMM1, XMM0 # pop RBP # ret # ~~~