科学计算工具和工作流

• 获取数据(模拟，试验操控)
• 操作和处理数据
• 可视化结果……让我们理解我们在做什么！
• 交流结果：产生用来做报告或出版的图像，写演示文稿。

• 对相应经典数值方法和基本作用已经存在丰富的程序块：我们不想再次为绘制曲线、傅利叶变换或者拟合算法重新编程。不要重复发明轮子。
• 简单易学：计算机科学不是我们的课程也不是工作。我们想要在几分钟内绘制曲线、平滑信号和做傅利叶变换。
• 易于和合作者、学生、顾客交流，让代码在试验室或公司内部都生动起来：代码应该像本书一样易读。因此，语言应该包含尽量少的语法符号或不必要的规范，使数学家和科学家读者能够理解代码。
• 有效率地编码和快速执行……但是不必说如果我们花太多时间来编写它，非常快的代码也变得无用。所以，我们需要同样短的开发时间和短的执行时间。
• 一个单独的环境/语言解决所有事情。如果可能，避免为每个新问题学习新的软件。

科学家们用什么工作？

编译语言：C,C++,Fortran等等

• 优点：
• 非常快。高度优化的编译器。对大量计算，很难超越这些语言。
• 为这些语言已经写了一些高度优化的科学库。例如：BLAS(向量/矩阵运算库)
• 缺点：
• 难用：在开发时没有交互，命令式的编译步骤，累赘的语法(=&, ::, }}, ;=等等)，人工内存管理(C中很棘手)。这些对非计算机科学家是/难懂的语言/。

脚本语言：Matlab

• 优点：
• 在许多领域有丰富的数值算法库。因为这些库经常用编译语言写成而有快的执行速度。
• 友好的开发环境：全面而且组织良好的帮助，集成的编辑器等。
• 商业支持
• 缺点：
• 基本语言太弱了，高级用户将很受限。
• 不免费

其它脚本语言：Scilab, Octave, Igor, R, IDL等等

• 优点：
• 开源、免费,或者至少比Matlab便宜。
• 有些功能非常高级(R中的统计，Igor中的绘图等等)
• 缺点：
• 比Matlab中可用算法少，语言不高级。
• 有些软件专注于一个领域。例如:Gnuplot或xmgrace绘制曲线。这些程序非常强大，但是它们被限制在一种类型的使用上，例如绘图。

Python怎么样

• 优点：
• 非常丰富的科学计算库(尽管稍微比Matlab少那么一点点)
• 很好的思考语言，允许写出非常易读和组织很好的代码：“所码即所想” 。
• 相当之多科学计算任务之外的库(网络服务器管理、串口访问等等。)
• 自由免费和开源，使用广泛，活跃的社区。
• 缺点：
• 不怎么友好的开发环境和某些软件相比，比如Matlab。(更加geek向一些)。
• 并非所有的算法可以在专业软件和工具箱中找到。

启动/ipython/：

In [1]: print('Hello world')
Hello world

获得帮助¹：

In [2]: print?
Type:               builtin_function_or_method
Base Class:         <type 'builtin_function_or_method'>
String Form:        <built-in function print>
Namespace:          Python builtin
Docstring:
    print(value, ..., sep=' ', end='\n', file=sys.stdout)

    Prints the values to a stream, or to sys.stdout by default.
    Optional keyword arguments:
    file: a file-like object (stream); defaults to the current sys.stdout.
    sep:  string inserted between values, default a space.
    end:  string appended after the last value, default a newline.

在文本编辑器中创建一个文件=my_file.py=。在EPD(Enthought Python Distribution)²中，你可以使用从开始菜单使用/Scite/。在Python(x,y)中³，你可以使用Spyder。在Ubuntu下，如果你还没有喜欢的编辑器，我们建议安装/Stani's Python editor/。在这个文件中，添加以下行：

s = 'Hello world'
print(s)

现在，你可以在IPython中运行和探索结果变量：

In [3]: %run my_file.py
Hello word

In [4]: s
Out[4]: 'Hello word'

In [5]: %whos
Variable   Type    Data/Info

----------------------------
s          str     Hello word

从脚本到函数

虽然只用一个接一个指令的脚本工作很诱惑，但请逐渐将脚本改进成一套函数：

• 一个脚本不可复用，但函数可以。
• 以函数式思考益于将问题分解。

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