[开源软件]数值计算软件OCTAVE 、SCILAB与R简介

[开源软件]数值计算软件OCTAVE 、SCILAB与R简介

R软件介绍
R是属于GNU系统的一个自由、免费、源代码开放的软件，它是一个用于统计计算和统计制图的优秀工具。
R是S语言的一种实现。S语言是由AT&T贝尔实验室开发的一种用来进行数据探索、统计分析、作图的解释型语言。最初S语言的实现版本主要是S-PLUS。S-PLUS是一个商业软件，它基于S语言，并由MathSoft公司的统计科学部进一步完善。后来Auckland大学的Robert Gentleman 和 Ross Ihaka 及其他志愿人员开发了一个R系统。R的使用与S-PLUS有很多类似之处，两个软件有一定的兼容性。S-PLUS的使用手册，只要经过不多的修改就能成为R的使用手册。所以有人说：R，是S-PLUS的一个“克隆”。但是请不要忘了：R is free。
R是一套完整的数据处理、计算和制图软件系统。其功能包括：数据存储和处理系统；数组运算工具（其向量、矩阵运算方面功能尤其强大）；完整连贯的统计分析工具；优秀的统计制图功能；简便而强大的编程语言：可操纵数据的输入和输入，可实现分支、循环，用户可自定义功能。
与其说R是一种统计软件，还不如说R是一种数学计算的环境，因为R并不是仅仅提供若干统计程序、使用者只需指定数据库和若干参数便可进行一个统计分析。R的思想是：它可以提供一些集成的统计工具，但更大量的是它提供各种数学计算、统计计算的函数，从而使使用者能灵活机动的进行数据分析，甚至创造出符合需要的新的统计计算方法。
R是一个免费的自由软件，它有UNIX、LINUX、MacOS和WINDOWS版本，都是可以免费下载和使用的。R的主要网站是http://www.r-project.org。在那儿可以下载到R的安装程序、各种外挂程序和文档。在R的安装程序中只包含了8个基础模块，其他外在模块可以通过CRAN获得（http://cran.r-project.org）。
以下简述R FOR WINDOWS的安装和使用：
在网址：http://cran.r-project.org 下可以找到R的各个版本的安装程序和源代码。点击进入：Windows (95 and later)，再点击：base，下载SetupR.exe，约18兆，此便是R FOR WINDOWS的安装程序。双击SetupR.exe，按照提示一步步安装即可。
安装完成后，程序会创建R程序组并在桌面上创建R主程序的快捷方式（也可以在安装过程中选择不要创建）。通过快捷方式运行R，便可调出R的主窗口（如下图 1-1）。
类似于许多以编程方式为主要工作方式的软件，R的界面简单而朴素，只有不多的几个菜单和快捷按钮。快捷按钮下面的窗口便是命令输入窗口，它也是部分运算结果的输出窗口，有些运算结果则会输出在新建的窗口中。
主窗口上方的一些文字是刚运行R时出现的一些说明和指引。文字下的：> 符号便是R的命令提示符，在其后可输出命令；>后的矩形是光标。R一般是采用交互方式工作的，在命令提示符后输入命令，回车后便会输出结果。
以上文字来源：http://www.medstatstar.com/r/index.htm

•    R网站：http://www.r-project.org/
•    R软件手册：http://cran.r-project.org/manuals.html
•    CRAN 中国镜像站（东南大学）：http://www.lmbe.seu.edu.cn/CRAN
•    北京大学李东风老师主页：http://cn.math.pku.edu.cn/teachers/lidf/index.html
•    华东师大汤银才老师主页：http://webpc.shtu.edu.cn:8080/yctang/index.htm
•    sociology’s Blog（简体中文，名字可能不对）：http://sociology.yculblog.com/
•    R文档：http://www.biosino.org/R/R-doc/ 丁国徽翻译。已经翻译为中文的文档有：R导论，R for beginners，R 语言定义（草稿）


GNU Octave介绍
GNU Octave是自由软件基金会(Free Software Foundation)支持的遵循GPL协议(GNU General Public License)的一个自由再发布的软件，作者是以John W. Eaton为首的一些志愿者。它提供了一个环境，该环境支持叫做GNU Octave的高级语言，这种语言与Matlab兼容，主要用于数值计算。它提供了一个方便的命令行方式，可以数值求解线性和非线性问题，以及做一些数值模拟。
　　Octave也提供了一些工具包，可以解决一般的线性代数问题，非线性方程求根，常规函数积分，处理多项式，处理常微分方程和微分代数方程。它也很容易的使用Octave自带的接口方式扩展和定制功能。
与前面介绍的Scilab相比，首先它们的共同点是开放源代码软件。
Octave的比起Scilab，对Matlab的语法兼容性更好，几乎没有差别。比如，Octave也使用M文件的形式来扩展功能和定义函数。因此熟悉Matlab的用户更容易接受Octave环境。
Octave的功能比起Scilab要简单一些，这使得Octave对一些用户来说意义不如Scilab大。
很不幸的是Octave目前没有图形界面，我们只能在行命令的方式进行交互。
　　但是Octave还是有自己的特点：
　　（1） 它是一个GPL软件。关于GPL的意义，这里不介绍，我们要指出的一点是，它允许用户在遵循GPL协议的前提下，自己发行这个软件，可以单独，也可以包含在用户的产品里面发行。而Scilab是不允许的，用户只能免费使用Scilab。
　　（2） 它可编程的性能更好， Octave语言功能更为强大，几乎提供所有系统函数的支持，Octave在语法上也更接近C的语法，比如提供++和这--样的预算符。这样，我们可以在Octave环境里面增加一些更为强大和易用的扩展。不象在Matlab和Scilab环境中限制比较多，有时无法充分的利用系统资源。
　　（3） 它的计算库都是用C写，而Scilab则基本是Fortran的编写的。这也是一份有用的资源。
5 结论与思考
　　（1）开放源代码会成为软件开发与发行的重要方式之一。本文介绍的Scilab和Octave都是开放源代码的数学软件。Scilab可以免费使用，Octave不仅可以免费使用，还可以遵照GPL协议由用户再发布。
　　（2）可以预见，自由数学软件由于它的开放性，功能会不断丰富，性能会逐步提高，能够满足更多用户的要求。
　　（3）与著名的商业性数学软件Matlab相比，无论从功能还是从性能上Scilab都不逊色。在国内目前售后服务和技术支持有限，而且商业性数学软件价格昂贵的情况下，完全可以替代Matlab使用。
　　（4）本文介绍的主要是数值计算软件。在符号计算方面Mathematica和Maple是目前流行的商业性软件。开放源代码的符号计算软件发展也很快，yacas是目前被看好的一个。
　　（5）研制和开发国内自有的科学计算环境，是国内计算数学和科学与工程计算工作者多年探索的问题。借助现有的自由数学软件，特别是可以遵照GPL协议由用户再发布的自由数学软件，可能更加现实。
以上文字来源：
http://www.cnblogs.com/xiexiaokui/archive/2009/05/31/1493246.html


GNU Octave网站：http://www.octave.org/
http://www.gnu.org/software/octave/

邮件列表：[e-mail]，[e-mail]


Octave
Octave 是一个类似matlab和Scilab的数学软件包，可以进行各种运算，编程。它还有丰富的C++接口可以让用户编程时调用。它绘图使用gnuplot。主页是：http://www.octave.org。
大部分的GNU/Linux发行版都包含有它，Windows用户可以到http://sourceforge.net/projects/octave下载它的Windows版本。
Octave的使用也是基于字符终端模式的，当需要绘图时，将会调用Gnuplot进行数据绘图，并显示出来。
Octave和Gnuplot一样有详细的使用手册，安装时会带有HTML格式的文档，需要PDF文档的可以到Network Theory Ltd出版社下载PDF电子书。印刷书的定价大概$29.99。
和Gnuplot一样，Octave的常用命令及用法也制作了一个卡片，在/usr/share/doc/octave-2.1.50/refcard目录下，可以打印出来作为参考，共3页。它的FAQ在/usr/share/doc/octave-2.1.50/faq目录下。
学习时可以参考Matlab，Octave的语法和Matlab类似。
Octave是用C++编写的，它内容丰富的库也可以供用户在编写软件时调用。Octave库的详细介绍在/usr/share/doc/octave-2.1.50/liboctave下，文件是liboctave.dvi，需要PDF文件的，可以运行：
dvipdfm liboctave.dvi
将dvi文件转换为PDF文件。
Octave同时还支持Fortran等的调用，GSL绑定等。可以由用户定制自己的函数、子程序等。
以上文字来源： http://www.hebl.name/zh/archives/gnuplot-octave.html


百度百科解释：
　　历史
　　该软件肇始于1988年，其初衷是提供一些化学反应设计课程的辅助工具。
　　系统性开发则是由John W. Eaton在1992年接手才开始的。 第一个alpha测试版是在1993年一月四日释出，1.0稳定版则是在同年二月十七日释出。 最新的3.0.0稳定版在2007年十二月廿一日释出。
　　其名称与音乐上的八度没有直接关系。该软件乃是以一位早期开发群的成员，同时也以敏于处理数值逼近问题著称的前教授命名。
　　技术细节
　　Octave是以C++的标准模板函式库编程而成。
　　Octave有自己Octave语言直译器。
　　Octave可以动态外挂模组扩充。
　　Octave的直译器可用gnuplot及Grace产生图表及打印。
　　Octave语言
　　Octave语言是直译式及结构化(类于C语言)的编程语言，支援许多C语言的标准函式库提供的功能，同时可以使用UNIX的系统呼叫以进行扩充增进功能，但不支援以参照的方式传递参数。
　　Octave程式包含了许多脚本函式呼叫，它本身是以矩阵为基础并提供许多矩阵的操作函式。它并非面向对象编程语言但支援资料建构。
　　它的语法基本上与Matlab一致，严谨编写的程式码应同时可在Matlab及Octave执行。
　　由于Octave是以GNU通用公共许可证授权，所以可以自由地复制、流通与使用。Octave可在大部份的类Unix操作系统中执行，亦可在Microsoft Windows中执行。
　　特殊功能
　　变量及函式名称自动补齐
　　在命令列按下TAB键，Octave会自动补齐变量，函式或档案的名称。Octave会依据光标之前的文字来补齐。
　　指令回溯
　　在互动模式下，Octave会将历次指令存在暂存盘中以俟呼叫与编辑。
　　资料建构
　　Octave包含了初步的资料建构功能，例如：
　　octave:1> x.a = 1; x.b = [1, 2; 3, 4]; x.c = "string";
　　octave:2> x.a
　　x.a = 1
　　octave:3> x.b
　　x.b =
　　1 2
　　3 4
　　octave:4> x.c
　　x.c = string
　　短路逻辑算符
　　Octave的`&&'及 `||'的逻辑算符是在短路的方式下运算(如同C语言中的相仿算符)，相反于逐算子算符`&' 及 `|'。
　　递增与递减算符
　　Octave如同C语言一样具有可前置或后置的递增与递减算符。
　　例外处理
　　Octave以提供初步的LISP式unwind_protect例外处理模式。通常unwind_protect的表述区段可表示如下：
　　unwind_protect
　　body
　　unwind_protect_cleanup
　　cleanup
　　end_unwind_protect
　　变量长度参数表列
　　Octave提供用于处理未指明参数个数时的函式呼叫机制：利用特殊的varargin作为参数来呼叫函式。
　　function s = plus (varargin)
　　if (nargin==0)
　　s = 0;
　　else
　　s = varargin{1} + plus (varargin{2:nargin});
　　endif
　　endfunction
　　变量长度回传表列
　　单一函式可以varargout这一特殊回传值来回传任意数目的值，例如：
　　function varargout = multiassign (data)
　　for k=1:nargout
　　varargout{k} = data(:,k);
　　endfor
　　endfunction
　　MATLAB相容性
　　Octave最初便是模彷Matlab而设计，自然与Matlab有许多相同的功能。
　　矩阵为基础资料型别之一
　　内建支援复数
　　内建功能强大的数学函式及可扩充的函式库
　　使用者可自定函式

以上文字来源：http://baike.baidu.com/view/1489610.htm

Scilab介绍
Scilab是由法国INRIA实验室开发的一个开放源代码的自由软件，它最初是为系统控制和信号处理而开发的。与传统的开放源代码数学软件相比，Scilab的特点在于它具有友好的用户界面和较完善的图形功能。Scilab软件由三个部分组成：语言解释器，Scilab例程的函数库，Fortran和C例程库。
　　Scilab提供的是一个解释运行的计算环境，具有鲜明的特点。
　　（1）与平台无关(cross-platform)
　　INRIA实验室的努力工作下，以及一些志愿者的协作下，几乎可以在任何一个计算机环境中使用Scilab。在Windows9x/NT系统，常见的Unix/Linux-XWindow系统，以及Apple公司的Macintosh系统上我们都可以找到可运行的Scilab的二进制发行版本。
　　更多的环境将被Scilab支持。如果需要在一些特殊的操作系统环境中使用，用户还可以自己编译一个可执行的版本。
　　（2）与Matlab兼容(Matlab-Compatible)
　　Scilab是和Matlab兼容的高级语言，具体体现为，
具有种类丰富的数据类型，矩阵的运算象普通的数值运算那样自然。这与大家熟悉的Matlab相当类似，易于使用。
为各种计算提供了一个基本的函数和功能集。能处理更复杂的矩阵运算，比如分式矩阵，矩阵多项式，能够处理图表和列表这样复杂的对象。
提供了一个开放的可编程的环境，可以轻松添加基本功能。
支持以工具箱(Toolbox)的形式针对特殊的应用开发函数库。
Scicos工具包能快速方便的进行数学建模，其功能接近Matlab软件的Simulink。
　　（3）图形化界面
　　界面的形式与Matlab接近，对熟悉Matlab的用户很容易接受Scilab。
　　（4）开放源代码
　　Scilab对我们来说是一个完全开放式的数学计算环境，可以在底层扩展功能，甚至于动手优化和定制一个自己的Scilab。在Scilab的各个发行版中，有一种发行版是一般数学软件所没有的，通常是这样命名的：
　　scilab-2.5-src.tar.gz
　　在软件名scilab以及版本号2.5后面有个src，这是原代码(source)的缩写。这样的发行版代表着这是原代码的发行包，里面是Scilab的一份原代码。这种发行包是开放源代码软件的典型特征。
　　Scilab的README文件里面明确的说明这是个自由软件，对所有用户都是免费使用。只需要用户按照格式填写一份用户说明，然后使用email注册就可以了。
　　（5）并行计算：
　　Scilab集成了PVM (Parallel Virutal Machine)，因此我们可以网络环境中并行计算。Matlab则没有这部分功能。关于Scilab的并行计算的进一步介绍见[8]。
　　可见Scilab是一个比较完善的计算环境，在大多数情况下能满足我们的要求。我们在使用方式、功能和性能上把Scilab和Matlab作了一些比较测试，从结果看，Scilab是一个优秀的计算平台。和昂贵的商业软件相比，无论在性能还是在易用性上，Scilab都不亚于的商业软件。

以上文字来源：http://www.cnblogs.com/xiexiaokui/archive/2009/05/31/1493246.html


　SCILAB 是由法国国家信息、自动化研究院(INRIA)的科学家们开发的“开放源码”软件。SCILAB 一词来源于英文 “Scientific Laboratory"（科学实验室）词头的合并。与MATLAB类似，SCILAB也是一种科学工程计算软件，其数据类型丰富，可以很方便地实现各种矩阵运算与图形显示，能应用于科学计算、数学建模、信号处理、决策优化、线性/非线性控制等各个方面。它还提供可以满足不同工程与科学需要的工具箱，例如SCICOS，信号处理工具箱，图与网络工具箱等。可以说，就基本的功能如科学计算、矩阵处理及图形显示而言，MATLAB能完成的工作SCILAB都可以实现。
　　由于SCILAB的语法与MATLAB非常接近，熟悉MATLAB编程的人很快就会掌握SCILAB的使用。有意思的是，SCILAB提供的语言转换函数可以自动将用MATLAB语言编写的程序翻译为SCILAB语言。目前，SCILAB除了WINDOWS与NT版本外，还有多种UNIX或LINUX下的版本，如SGI MIPS Irix, PC Linux, Sun Sparc stations(Sun Solaris) 等。
作为开放源码的软件，SCILAB的源代码、用户手册及二进制的可执行文件都是免费的，公布于INRIA的网站上(中法实验室已建立其镜像网站)，可以直接下载，在我们的网站也可以下载。用户不仅可以在SCILAB的许可证条件下自由使用该软件，还可以根据自己需要修改源代码，使之更加符合自身需要。对这一优秀的自由软件，国外已有很多人加以关注、讨论和赞赏。在国内，2001年1月SCILAB首次放在旨在推广开放源码软件的“共创联盟网站”上，短短不到一个月内，下载次数已达300多次。著名的Springer出版社于1999年6月出版了一本关于SCILAB的书：《Engineering and Scientific Computing With Scilab》，介绍了SCILAB的编程语言、函数、各种工具箱及其在控制、优化、图形、信号处理中的应用实例。

以上文字来源：http://baike.baidu.com/view/272205.htm#3



Scilab 是Scientific Laboratory 的缩写，Scilab是由来自法国国家计算机科学及控制研究院(INRIA)与路桥大学(ENPC)的研究人员于1990年开始所共同开发的"开放原始码 (Open Source)" 的科学计算软件 。并于1994年开始在网络上免费散布，目前Scilab用在教育及工业环境上。它和目前流行的科学计算软件Matlab 一样，都是起源于Cleve Moler 于1980 年开发的程序，因此这两个软件在表达式语法和功能上都是相似的，但由于以后它们各自独立发展，所以在某些方面也产生了差异。

   Scilab 是一个“开放源码”的免费软件，"开放原始码 (Open Source)" 是指软件应开放原始程序代码，供所有使用者能够自由更改、修正程序，让程序变得更完美，同时持续散布给更多的使用者。Scilab 主要是应用于系统控制及讯号处理上。
　
• Scilab 有以下特点：
o 跨平台：包括UNIX/Linux、Windows 9X/NT/2000/XP、Macintosh、FreeBSD
o 与Matlab相容：种类丰富之数据型态、简易之矩阵的运算、文字编辑器、支持特殊应用之工具箱
o 图形化接口
o 开放原始码：完全开放式的数学计算环境
o 并行计算：Scilab 组合了PVM (Parallel Virutal Machine)，因此可以在网络环境中进行并行计算
• Scilab 已具有下列功能之工具箱：
o 2D及3D绘图、动画
o 线性代数、稀疏矩阵处理
o 多项式及有理式之处理
o 常微分方程式 (使用ODEPACK)、微分代数方程式 (使用DASSL)
o Scicos：动态系统仿真器
o 讯号处理
o 传统控制及强健控制
   Scilab的一个重要特征是它具有丰富的工具箱，目前(2.7)可用的有：
* 2-D 和 3-D 图形及动画
* 线性代数, 稀疏矩阵
* 多项式和有理函数
* 模拟: ODE 求解(ODEPACK) 和 DAE 求解(DASSL)
* Scicos: 一个动力系统建模器和模拟器
* 经典鲁棒控制, LMI 优化
* 微分和非微分优化
* 信号处理
* Metanet: 图形和网络
* 使用PVM的并行Scilab
* 统计学
* 与计算机代数系统(Maple, MuPAD)的接口
* Tck/Tk接口
   Scilab可以运行在包括Linux在内的绝大部分UNIX系统下，当然在Windows 9X/NT/2000/XP 下也有相应的运行版本。它的所有安装文件、源代码和文档等都可从官方网站http://www-rocq.inria.fr/scilab/上下载得到。目前Scilab 已经可以运行在包括Windows、Linux、Macintosh、Sun Solaris、Dec Alpha、HP-UX、FreeBSD 和NetBSD 等多种平台下。对于Windows 和Macintosh 用户，最简单的安装方式就是下载已编译好的二进制文件直接安装；而对于其它平台的用户，就要自已下载源代码来编译了。

   由于Scilab 是“开放源码”的，所以用户很容易向其中增加自已的代码，从而扩充Scilab 的功能；同样，用户也可以在自已的程序中调用Scilab 子程序，从而扩充自己程序的功能。
以上文字来源：http://hi.baidu.com/bpm945/blog/item/f64e40fac367c363034f56b7.html
Scilab软件主页是http://www.scilab.org