--- contributors: - ["Leah Hanson", "http://leahhanson.us"] translators: - ["Sergey Skovorodkin", "https://github.com/skovorodkin"] filename: learnjulia-ru.jl --- Julia — гомоиконный функциональный язык программирования для технических расчётов. Несмотря на полную поддержку гомоиконных макросов, функций первого класса и конструкций управления низкого уровня, этот язык так же прост в изучении и применении, как и Python. Документ описывает текущую dev-версию Julia от 18-о октября 2013 года. ```julia # Однострочные комментарии начинаются со знака решётки. #################################################### ## 1. Примитивные типы данных и операторы #################################################### # Всё в Julia — выражение. # Простые численные типы 3 # => 3 (Int64) 3.2 # => 3.2 (Float64) 2 + 1im # => 2 + 1im (Complex{Int64}) 2//3 # => 2//3 (Rational{Int64}) # Доступны все привычные инфиксные операторы 1 + 1 # => 2 8 - 1 # => 7 10 * 2 # => 20 35 / 5 # => 7.0 5 / 2 # => 2.5 # деление Int на Int всегда возвращает Float div(5, 2) # => 2 # для округления к нулю используется div 5 \ 35 # => 7.0 2 ^ 2 # => 4 # возведение в степень 12 % 10 # => 2 # С помощью скобок можно изменить приоритет операций (1 + 3) * 2 # => 8 # Побитовые операторы ~2 # => -3 # НЕ (NOT) 3 & 5 # => 1 # И (AND) 2 | 4 # => 6 # ИЛИ (OR) 2 $ 4 # => 6 # сложение по модулю 2 (XOR) 2 >>> 1 # => 1 # логический сдвиг вправо 2 >> 1 # => 1 # арифметический сдвиг вправо 2 << 1 # => 4 # логический/арифметический сдвиг влево # Функция bits возвращает бинарное представление числа bits(12345) # => "0000000000000000000000000000000000000000000000000011000000111001" bits(12345.0) # => "0100000011001000000111001000000000000000000000000000000000000000" # Логические значения являются примитивами true false # Булевы операторы !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 # Сравнения можно объединять цепочкой 1 < 2 < 3 # => true 2 < 3 < 2 # => false # Строки объявляются с помощью двойных кавычек — " "This is a string." # Символьные литералы создаются с помощью одинарных кавычек — ' 'a' # Строки индексируются как массивы символов "This is a string"[1] # => 'T' # Индексы начинаются с единицы # Индексирование не всегда правильно работает для UTF8-строк, # поэтому рекомендуется использовать итерирование (map, for-циклы и т.п.). # Для строковой интерполяции используется знак доллара ($): "2 + 2 = $(2 + 2)" # => "2 + 2 = 4" # В скобках можно использовать любое выражение языка. # Другой способ форматирования строк — макрос printf @printf "%d is less than %f" 4.5 5.3 # 5 is less than 5.300000 #################################################### ## 2. Переменные и коллекции #################################################### # Вывод println("I'm Julia. Nice to meet you!") # Переменные инициализируются без предварительного объявления some_var = 5 # => 5 some_var # => 5 # Попытка доступа к переменной до инициализации вызывает ошибку try some_other_var # => ERROR: some_other_var not defined catch e println(e) end # Имена переменных начинаются с букв. # После первого символа можно использовать буквы, цифры, # символы подчёркивания и восклицательные знаки. SomeOtherVar123! = 6 # => 6 # Допустимо использование unicode-символов ☃ = 8 # => 8 # Это особенно удобно для математических обозначений 2 * π # => 6.283185307179586 # Рекомендации по именованию: # * имена переменных в нижнем регистре, слова разделяются символом # подчёркивания ('\_'); # # * для имён типов используется CamelCase; # # * имена функций и макросов в нижнем регистре # без разделения слов символом подчёркивания; # # * имя функции, изменяющей переданные ей аргументы (in-place function), # оканчивается восклицательным знаком. # Массив хранит последовательность значений, индексируемых с единицы до n: a = Int64[] # => пустой массив Int64-элементов # Одномерный массив объявляется разделёнными запятой значениями. b = [4, 5, 6] # => массив из трёх Int64-элементов: [4, 5, 6] b[1] # => 4 b[end] # => 6 # Строки двумерного массива разделяются точкой с запятой. # Элементы строк разделяются пробелами. matrix = [1 2; 3 4] # => 2x2 Int64 Array: [1 2; 3 4] # push! и append! добавляют в список новые элементы 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] # pop! удаляет из списка последний элемент pop!(b) # => возвращает 6; массив b снова равен [4,5] # Вернём 6 обратно push!(b,6) # b снова [4,5,6]. a[1] # => 1 # индексы начинаются с единицы! # Последний элемент можно получить с помощью end a[end] # => 6 # Операции сдвига shift!(a) # => 1 and a is now [2,4,3,4,5,6] unshift!(a,7) # => [7,2,4,3,4,5,6] # Восклицательный знак на конце названия функции означает, # что функция изменяет переданные ей аргументы. arr = [5,4,6] # => массив из 3 Int64-элементов: [5,4,6] sort(arr) # => [4,5,6]; но arr равен [5,4,6] sort!(arr) # => [4,5,6]; а теперь arr — [4,5,6] # Попытка доступа за пределами массива выбрасывает BoundsError 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 # Вывод ошибок содержит строку и файл, где произошла ошибка, # даже если это случилось в стандартной библиотеке. # Если вы собрали Julia из исходных кодов, # то найти эти файлы можно в директории base. # Создавать массивы можно из последовательности a = [1:5] # => массив из 5 Int64-элементов: [1,2,3,4,5] # Срезы a[1:3] # => [1, 2, 3] a[2:] # => [2, 3, 4, 5] a[2:end] # => [2, 3, 4, 5] # splice! удаляет элемент из массива # Remove elements from an array by index with splice! arr = [3,4,5] splice!(arr,2) # => 4 ; arr теперь равен [3,5] # append! объединяет списки b = [1,2,3] append!(a,b) # теперь a равен [1, 2, 3, 4, 5, 1, 2, 3] # Проверка на вхождение in(1, a) # => true # Длина списка length(a) # => 8 # Кортеж — неизменяемая структура. tup = (1, 2, 3) # => (1,2,3) # кортеж (Int64,Int64,Int64). tup[1] # => 1 try: tup[1] = 3 # => ERROR: no method setindex!((Int64,Int64,Int64),Int64,Int64) catch e println(e) end # Многие функции над списками работают и для кортежей length(tup) # => 3 tup[1:2] # => (1,2) in(2, tup) # => true # Кортежи можно распаковывать в переменные a, b, c = (1, 2, 3) # => (1,2,3) # a = 1, b = 2 и c = 3 # Скобки из предыдущего примера можно опустить d, e, f = 4, 5, 6 # => (4,5,6) # Кортеж из одного элемента не равен значению этого элемента (1,) == 1 # => false (1) == 1 # => true # Обмен значений e, d = d, e # => (5,4) # d = 5, e = 4 # Словари содержат ассоциативные массивы empty_dict = Dict() # => Dict{Any,Any}() # Для создания словаря можно использовать литерал filled_dict = ["one"=> 1, "two"=> 2, "three"=> 3] # => Dict{ASCIIString,Int64} # Значения ищутся по ключу с помощью оператора [] filled_dict["one"] # => 1 # Получить все ключи keys(filled_dict) # => KeyIterator{Dict{ASCIIString,Int64}}(["three"=>3,"one"=>1,"two"=>2]) # Заметьте, словарь не запоминает порядок, в котором добавляются ключи. # Получить все значения. values(filled_dict) # => ValueIterator{Dict{ASCIIString,Int64}}(["three"=>3,"one"=>1,"two"=>2]) # То же касается и порядка значений. # Проверка вхождения ключа в словарь in(("one", 1), filled_dict) # => true in(("two", 3), filled_dict) # => false haskey(filled_dict, "one") # => true haskey(filled_dict, 1) # => false # Попытка обратиться к несуществующему ключу выбросит ошибку try filled_dict["four"] # => ERROR: key not found: four in getindex at dict.jl:489 catch e println(e) end # Используйте метод get со значением по умолчанию, чтобы избежать этой ошибки # get(dictionary,key,default_value) get(filled_dict,"one",4) # => 1 get(filled_dict,"four",4) # => 4 # Для коллекций неотсортированных уникальных элементов используйте Set empty_set = Set() # => Set{Any}() # Инициализация множества filled_set = Set(1,2,2,3,4) # => Set{Int64}(1,2,3,4) # Добавление элементов push!(filled_set,5) # => Set{Int64}(5,4,2,3,1) # Проверка вхождения элементов во множество in(2, filled_set) # => true in(10, filled_set) # => false # Функции для получения пересечения, объединения и разницы. 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. Поток управления #################################################### # Создадим переменную some_var = 5 # Выражение if. Отступы не имеют значения. if some_var > 10 println("some_var is totally bigger than 10.") elseif some_var < 10 # Необязательная ветка elseif. println("some_var is smaller than 10.") else # else-ветка также опциональна. println("some_var is indeed 10.") end # => prints "some var is smaller than 10" # Цикл for проходит по итерируемым объектам # Примеры итерируемых типов: Range, Array, Set, Dict и String. for animal=["dog", "cat", "mouse"] println("$animal is a mammal") # Для вставки значения переменной или выражения в строку используется $ end # Выведет: # dog is a mammal # cat is a mammal # mouse is a mammal # Другой вариант записи. for animal in ["dog", "cat", "mouse"] println("$animal is a mammal") end # Выведет: # dog is a mammal # cat is a mammal # mouse is a mammal for a in ["dog"=>"mammal","cat"=>"mammal","mouse"=>"mammal"] println("$(a[1]) is a $(a[2])") end # Выведет: # dog is a mammal # cat is a mammal # mouse is a mammal for (k,v) in ["dog"=>"mammal","cat"=>"mammal","mouse"=>"mammal"] println("$k is a $v") end # Выведет: # dog is a mammal # cat is a mammal # mouse is a mammal # Цикл while выполняется до тех пор, пока верно условие x = 0 while x < 4 println(x) x += 1 # Короткая запись x = x + 1 end # Выведет: # 0 # 1 # 2 # 3 # Обработка исключений try error("help") catch e println("caught it $e") end # => caught it ErrorException("help") #################################################### ## 4. Функции #################################################### # Для определения новой функции используется ключевое слово 'function' #function имя(аргументы) # тело... #end function add(x, y) println("x is $x and y is $y") # Функция возвращает значение последнего выражения x + y end add(5, 6) # => Вернёт 11, напечатав "x is 5 and y is 6" # Функция может принимать переменное количество позиционных аргументов. function varargs(args...) return args # для возвращения из функции в любом месте используется 'return' end # => varargs (generic function with 1 method) varargs(1,2,3) # => (1,2,3) # Многоточие (...) — это splat. # Мы только что воспользовались им в определении функции. # Также его можно использовать при вызове функции, # где он преобразует содержимое массива или кортежа в список аргументов. Set([1,2,3]) # => Set{Array{Int64,1}}([1,2,3]) # формирует множество массивов Set([1,2,3]...) # => Set{Int64}(1,2,3) # эквивалентно Set(1,2,3) x = (1,2,3) # => (1,2,3) Set(x) # => Set{(Int64,Int64,Int64)}((1,2,3)) # множество кортежей Set(x...) # => Set{Int64}(2,3,1) # Опциональные позиционные аргументы function defaults(a,b,x=5,y=6) return "$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 # Именованные аргументы function keyword_args(;k1=4,name2="hello") # обратите внимание на ; 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","k2"=>4] # В одной функции можно совмещать все виды аргументов 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) # Выведет: # normal arg: 1 # optional arg: 3 # keyword arg: 4 # Функции в Julia первого класса function create_adder(x) adder = function (y) return x + y end return adder end # Анонимная функция (x -> x > 2)(3) # => true # Эта функция идентичная предыдущей версии create_adder function create_adder(x) y -> x + y end # Если есть желание, можно воспользоваться полным вариантом function create_adder(x) function adder(y) x + y end adder end add_10 = create_adder(10) add_10(3) # => 13 # Встроенные функции высшего порядка map(add_10, [1,2,3]) # => [11, 12, 13] filter(x -> x > 5, [3, 4, 5, 6, 7]) # => [6, 7] # Списковые сборки [add_10(i) for i=[1, 2, 3]] # => [11, 12, 13] [add_10(i) for i in [1, 2, 3]] # => [11, 12, 13] #################################################### ## 5. Типы #################################################### # Julia has a type system. # Каждое значение имеет тип, но переменные не определяют тип значения. # Функция `typeof` возвращает тип значения. typeof(5) # => Int64 # Types are first-class values # Типы являются значениями первого класса typeof(Int64) # => DataType typeof(DataType) # => DataType # Тип DataType представляет типы, включая себя самого. # Типы используются в качестве документации, для оптимизации и организации. # Статически типы не проверяются. # Пользователь может определять свои типы # Типы похожи на структуры в других языках # Новые типы определяются с помощью ключевого слова `type` # type Name # field::OptionalType # ... # end type Tiger taillength::Float64 coatcolor # отсутствие типа равносильно `::Any` end # Аргументы конструктора по умолчанию — свойства типа # в порядке их определения. tigger = Tiger(3.5,"orange") # => Tiger(3.5,"orange") # Тип объекта по сути является конструктором значений такого типа sherekhan = typeof(tigger)(5.6,"fire") # => Tiger(5.6,"fire") # Эти типы, похожие на структуры, называются конкретными. # Можно создавать объекты таких типов, но не их подтипы. # Другой вид типов — абстрактные типы. # abstract Name abstract Cat # просто имя и точка в иерархии типов # Объекты абстрактных типов создавать нельзя, # но зато от них можно наследовать подтипы. # Например, Number — это абстрактный тип. subtypes(Number) # => 6 элементов в массиве Array{Any,1}: # Complex{Float16} # Complex{Float32} # Complex{Float64} # Complex{T<:Real} # ImaginaryUnit # Real subtypes(Cat) # => пустой массив Array{Any,1} # У всех типов есть супертип. Для его определения есть функция `super`. typeof(5) # => Int64 super(Int64) # => Signed super(Signed) # => Real super(Real) # => Number super(Number) # => Any super(super(Signed)) # => Number super(Any) # => Any # Все эти типы, за исключением Int64, абстрактные. # Для создания подтипа используется оператор <: type Lion <: Cat # Lion — это подтип Cat mane_color roar::String end # У типа может быть несколько конструкторов. # Для создания нового определите функцию с именем, как у типа, # и вызовите имеющийся конструктор. Lion(roar::String) = Lion("green",roar) # Мы создали внешний (т.к. он находится вне определения типа) конструктор. type Panther <: Cat # Panther — это тоже подтип Cat eye_color # Определим свой конструктор вместо конструктора по умолчанию Panther() = new("green") end # Использование внутренних конструкторов позволяет # определять, как будут создаваться объекты типов. # Но по возможности стоит пользоваться внешними конструкторами. #################################################### ## 6. Мультиметоды #################################################### # Все именованные функции являются generic-функциями, # т.е. все они состоят из разных методов. # Каждый конструктор типа Lion — это метод generic-функции Lion. # Приведём пример без использования конструкторов, создадим функцию meow # Определения Lion, Panther и Tiger function meow(animal::Lion) animal.roar # доступ к свойству типа через точку end function meow(animal::Panther) "grrr" end function meow(animal::Tiger) "rawwwr" end # Проверка meow(tigger) # => "rawwr" meow(Lion("brown","ROAAR")) # => "ROAAR" meow(Panther()) # => "grrr" # Вспомним иерархию типов issubtype(Tiger,Cat) # => false issubtype(Lion,Cat) # => true issubtype(Panther,Cat) # => true # Определим функцию, принимающую на вход объекты типа Cat function pet_cat(cat::Cat) println("The cat says $(meow(cat))") end pet_cat(Lion("42")) # => выведет "The cat says 42" try pet_cat(tigger) # => ERROR: no method pet_cat(Tiger,) catch e println(e) end # В объектно-ориентированных языках распространена одиночная диспетчеризация — # подходящий метод выбирается на основе типа первого аргумента. # В Julia все аргументы участвуют в выборе нужного метода. # Чтобы понять разницу, определим функцию с несколькими аргументами. function fight(t::Tiger,c::Cat) println("The $(t.coatcolor) tiger wins!") end # => fight (generic function with 1 method) fight(tigger,Panther()) # => выведет The orange tiger wins! fight(tigger,Lion("ROAR")) # => выведет The orange tiger wins! # Переопределим поведение функции, если Cat-объект является Lion-объектом fight(t::Tiger,l::Lion) = println("The $(l.mane_color)-maned lion wins!") # => fight (generic function with 2 methods) fight(tigger,Panther()) # => выведет The orange tiger wins! fight(tigger,Lion("ROAR")) # => выведет The green-maned lion wins! # Драться можно не только с тиграми! fight(l::Lion,c::Cat) = println("The victorious cat says $(meow(c))") # => fight (generic function with 3 methods) fight(Lion("balooga!"),Panther()) # => выведет The victorious cat says grrr try fight(Panther(),Lion("RAWR")) # => ERROR: no method fight(Panther,Lion) catch end # Вообще, пускай кошачьи могут первыми проявлять агрессию 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) # Предупреждение говорит, что неясно, какой из методов вызывать: fight(Lion("RAR"),Lion("brown","rarrr")) # => выведет The victorious cat says rarrr # Результат может оказаться разным в разных версиях Julia fight(l::Lion,l2::Lion) = println("The lions come to a tie") fight(Lion("RAR"),Lion("brown","rarrr")) # => выведет The lions come to a tie # Под капотом # Язык позволяет посмотреть на сгенерированные ассемблерный и LLVM-код. square_area(l) = l * l # square_area (generic function with 1 method) square_area(5) #25 # Что происходит, когда мы передаём функции square_area целое число? code_native(square_area, (Int32,)) # .section __TEXT,__text,regular,pure_instructions # Filename: none # Source line: 1 # Вводная часть # push RBP # mov RBP, RSP # Source line: 1 # movsxd RAX, EDI # # imul RAX, RAX # # pop RBP # # ret # 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 # Произведение чисел одинарной точности (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 # Произведение чисел двойной точности (AVX) # pop RBP # ret # # Если хотя бы один из аргументов является числом с плавающей запятой, # то Julia будет использовать соответствующие инструкции. # Вычислим площать круга 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 # Загрузить целое число (r) # movabs RAX, 4593140240 # Загрузить 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 # ``` ## Что дальше? Для более подробной информации читайте [документацию по языку](http://docs.julialang.org/en/latest/manual/) Если вам нужна помощь, задавайте вопросы в [списке рассылки](https://groups.google.com/forum/#!forum/julia-users).