GNU オクターブ

GNU オクターブ
	Linux上で動作する GNU Octave 4.3.0+
開発者	ジョン・W・イートン他多数
初回リリース	1993年1月4日; 31年前（最初のアルファリリース）1994年2月17日; 30年前（バージョン1.0）;
安定リリース	9.2.0 / 2024年6月7日; 3か月前
リポジトリ	hg.savannah.gnu.org/hgweb/octave ;
書かれた	C++（メイン）、Octave自体（スクリプト）、C（ラッパーコード）、Fortran（線形代数ラッパーコード）
オペレーティング·システム	Windows、macOS、Linux、BSD
利用可能	18言語
タイプ	科学計算
ライセンス	2007: GPL-3.0 以降; 1992: GPL-2.0 以降
Webサイト	オクターブ

GNU Octave は、科学計算および数値計算用の科学プログラミング言語です。Octave は、線形および非線形の問題を数値的に解決したり、MATLABとほぼ互換性のある言語を使用して他の数値実験を実行したりするのに役立ちます。また、バッチ指向言語として使用することもできます。GNUプロジェクトの一部として、 GNU 一般公衆利用許諾書の条件に基づくフリーソフトウェアです。

歴史

このプロジェクトは1988年頃に考案されました。^[6]当初は化学反応器設計コースの補助として意図されていました。本格的な開発は1992年にジョン・W・イートンによって開始されました。最初のアルファリリースは1993年1月4日にさかのぼり、1994年2月17日にバージョン1.0がリリースされました。バージョン8.4.0は2023年11月5日にリリースされました。^[7]

このプログラムは、主著者の元教授であるオクターブ・レーベンシュピールにちなんで名付けられました。レーベンシュピールは、大まかな計算を素早く実行する能力で知られていました。^[8]

開発の歴史

開発

Octaveは、個人の科学計算のためのデスクトップでの使用に加えて、学術界や産業界でも使用されています。たとえば、Octaveはピッツバーグスーパーコンピューティングセンターの大規模並列コンピュータで、社会保障番号の推測に関連する脆弱性を見つけるために使用されました。^[21]

GPUを使用すればOpenCLやCUDAによる高速化も可能となる。^[22]

技術的な詳細

Octave はC++ 標準ライブラリを使用してC++で記述されています。
Octave はインタープリターを使用してOctave スクリプト言語を実行します。
Octave は動的にロード可能なモジュールを使用して拡張可能です。
Octave インタープリタには、プロット、グラフ、チャートを作成し、それらを保存または印刷するためのOpenGLベースのグラフィックエンジンがあります。または、 gnuplot を同じ目的で使用することもできます。
Octave には、従来のコマンドラインインターフェイス(CLI)に加えて、グラフィカルユーザーインターフェイス(GUI) が含まれています。詳細については、#ユーザーインターフェイスを参照してください。

オクターブ、言語

Octave言語はインタープリタ型プログラミング言語です。これは構造化プログラミング言語（C言語に似ています）であり、多くの一般的なC標準ライブラリ関数と、特定のUNIXシステムコールと関数をサポートしています。^[23]ただし、関数の引数は不要な重複を避けるためにコピーオンライトですが、参照による引数の受け渡しはサポートされていません^{[24] 。}

Octaveプログラムは関数呼び出しのリストまたはスクリプトで構成されています。構文は行列ベースで、行列演算のためのさまざまな関数を提供します。さまざまなデータ構造をサポートし、オブジェクト指向プログラミングを可能にします。^[25]

その構文はMATLABと非常に似ており、スクリプトを注意深くプログラミングすることでOctaveとMATLABの両方で実行できるようになります。^[26]

OctaveはGNU General Public Licenseの下で公開されているため、自由に変更、コピー、使用することができます。^{[8]このプログラムは、}Microsoft WindowsおよびLinux、Android、macOSを含むほとんどのUnixおよびUnix系オペレーティングシステムで動作します。^[27]^[28]^[29]

注目すべき機能

コマンドと変数名の補完

コマンドラインでTAB文字を入力すると、Octaveは変数、関数、ファイル名の補完を試みます（Bashのタブ補完に似ています）。Octaveは、補完する名前の最初の部分として、カーソルの前のテキストを使用します。^[30]

コマンド履歴

対話的に実行する場合、Octave は入力されたコマンドを内部バッファに保存し、呼び出して編集できるようにします。

データ構造

Octave には、構造体でデータを整理するための限定的なサポートが含まれています。この例では、要素a、 b、c (それぞれ整数、配列、文字列) を持つ構造体x が示されています。

オクターブ: 1 >  x . a  =  1 ;  x . b  =  [ 1 ,  2 ;  3 ,  4 ];  x . c  =  "文字列" ;
オクターブ: 2 >  x . a 
ans  =   1
オクターブ: 3 >  x . b 
ans  =

   1    2 
   3    4

オクターブ: 4 >  x . c 
ans  = 文字列
オクターブ: 5 >  x 
x  =

   フィールドを含むスカラー構造体 :  

    a  =  1 
    b  =

       1    2 
       3    4

    c  = 文字列

短絡ブール演算子

Octave の論理演算子&&とは、要素ごとの演算子およびとは対照的に、短絡方式で評価されます( C言語の対応する演算子と同様) 。 ||&|

インクリメント演算子とデクリメント演算子

Octave には、C のような増分演算子と減分演算子が前置形式と後置形式の両方で含まれています。また、Octave では++、たとえばという拡張代入も実行します。 --x += 5

アンワインドプロテクト

Octave は、 Lispの unwind_protect をモデルにした限定的な例外処理をサポートしています。 unwind_protect ブロックの一般的な形式は次のようになります。

unwind_protect
   本体
unwind_protect_cleanup
   クリーンアップ
end_unwind_protect

一般的なルールとして、GNU Octave は、指定されたの終了として、blockキーワードend(MATLAB 言語と互換性がある)、より具体的なキーワード、または場合によってはを認識します。結果として、ブロックは、例のようにキーワードで終了することも、より移植性の高いキーワードで終了することもできます。 endblockend_blockunwind_protectend_unwind_protectend

ブロックのクリーンアップ部分は常に実行されます。ボディ部分で例外が発生した場合、ブロック外に例外が伝播される前に、クリーンアップunwind_protectが直ちに実行されます。

GNU Octave は、別の形式の例外処理もサポートしています (MATLAB 言語と互換性があります)。

try 
body catch exception_handling終了

この後者の形式は、unwind_protectブロックとは 2 つの点で異なります。まず、exception_handlingはbodyによって例外が発生した場合にのみ実行されます。次に、 exception_handlingの実行後、例外はブロック外に伝播されません ( exception_handlingrethrow( lasterror )コード内にステートメントが明示的に挿入されない限り)。

可変長引数リスト

Octave には、明示的な上限のない不特定の数の引数を取る関数を処理するメカニズムがあります。0 個以上の引数のリストを指定するには、vararginリスト内の最後の (または唯一の) 引数として特別な引数を使用します。vararginは、すべての入力引数を含むセル配列です。

関数 s = plus ( varargin ) if ( nargin == 0 ) s = 0 ; else s = varargin { 1 } + plus ( varargin { 2 : nargin }); end end

可変長の戻りリスト

関数は、特殊な戻り値を使用して、任意の数の値を返すように設定できますvarargout。例:

関数 varargout = multiassign ( data ) for k = 1 : nargout varargout { k } = data (:, k ); end end

C++ 統合

C++ プログラムで Octave コードを直接実行することもできます。たとえば、以下は呼び出しのコードスニペットですrand([10,1])。

#include <octave/oct.h> ... ColumnVector NumRands ( 2 ); NumRands ( 0 ) = 10 ; NumRands ( 1 ) = 1 ; octave_value_list f_arg , f_ret ; f_arg ( 0 ) = octave_value ( NumRands ); f_ret = feval ( "rand" , f_arg , 1 ); Matrix unis ( f_ret ( 0 ) .matrix_value ());

C および C++ コードは、oct ファイルを作成するか、MATLAB 互換のMEX ファイルを使用することによって、GNU Octave に統合できます。

MATLAB 互換性

Octave は MATLAB との互換性を考慮して構築されており、MATLAB と多くの機能を共有しています。

基本的なデータ型としての行列。
複素数の組み込みサポート。
強力な組み込み数学関数と広範な関数ライブラリ。
ユーザー定義関数の形式での拡張性。

Octave は MATLAB との非互換性をバグとして扱うため、Lotus v. Borland裁判例によればソフトウェアの著作権を侵害しないソフトウェアクローンとみなすことができます。

MathWorksのFileExchangeリポジトリのMATLABスクリプトは、原則としてOctaveと互換性があります。しかし、Octaveと互換性のある適切なオープンソース BSDライセンスの下でユーザーによって提供およびアップロードされることが多い一方で、FileExchangeの利用規約では、MathWorks独自のMATLAB以外での使用は禁止されています。^[31]^[32]^[33]

構文の互換性

意図的ではあるものの、些細な構文の追加がいくつかあります。2012-04-26 にWayback Machineでアーカイブされています。

コメント行には、# 文字と % 文字をプレフィックスとして付けることができます。
さまざまなC ベースの演算子++、--、+=、*=、/= がサポートされています。
カスケードインデックスを使用すると、新しい変数を作成せずに要素を参照できます（例：[1:10](3)）。
文字列は、一重引用符 ' 文字だけでなく二重引用符 " 文字を使用して定義できます。
変数の型がsingle (単精度浮動小数点数) の場合、Octave は単一領域 (MATLAB は二重領域) で「平均」を計算します。これは高速ですが、結果の精度は低くなります。
ブロックは、endif、endfor、endwhile などのより具体的な制御構造キーワードで終了することもできます。
関数はスクリプト内および Octave プロンプトで定義できます。
do-until ループの存在 ( C のdo-whileに類似)。

機能の互換性

多数の MATLAB 関数の多くは GNU Octave で利用できますが、すべてではありません。その一部は Octave Forge のパッケージを通じてアクセスできます。コア Octave または Forge パッケージの一部として利用できる関数は、Wayback Machineにオンラインでリストされています (2024-03-14 にアーカイブ済み) 。

使用できない関数のリストは、Octave 関数 __unimplemented.m__ に含まれています。実装されていない関数は、Octave Wiki の多くの Octave Forge パッケージにもリストされています。

実装されていない関数が呼び出されると、次のエラーメッセージが表示されます。

  オクターブ: 1 > ガイド
  警告:  'ガイド'関数 はまだOctaveに実装されていません       

   不足している機能の修正方法については、< http : // www . octave . org / missing . html >をお読み ください。エラー:行1列1付近に'guide' が定義されていません。

ユーザーインターフェース

Octaveには公式のグラフィカルユーザーインターフェイス（GUI）とQtに基づく統合開発環境（IDE）が付属しています。これはOctave 3.8から利用可能であり、^[34] Octave 4.0のリリースで（コマンドラインインターフェイスよりも）デフォルトのインターフェイスになりました。 ^[12] これはEDNの寄稿者から好評を博し、2014年に当時の新しいGUIをレビューした際に「[Octave]は現在、非常に使いやすいGUIを備えています」と書いています。^[35]

コーディング教育用の ToolboXなど、サードパーティのグラフィカルフロントエンドもいくつか開発されています。

GUIアプリケーション

Octave コードを使用すると、ユーザーは GUI アプリケーションを作成できます。「GUI 開発 (GNU Octave (バージョン 7.1.0))」を参照してください。以下に例をいくつか示します。

ボタン、編集コントロール、チェックボックス

# 図とその上にパネルを作成します
f  =  figure ; 
# ボタンを作成します (既定のスタイル) 
b1  =  uicontrol  ( f ,  "string" ,  "A Button" ,  "position" ,[ 10  10  150  40 ]); 
# 編集コントロールを作成します
e1  =  uicontrol  ( f ,  "style" ,  "edit" ,  "string" ,  "editable text" ,  "position" ,[ 10  60  300  40 ]); 
# チェックボックスを作成します
c1  =  uicontrol  ( f ,  "style" ,  "checkbox" ,  "string" ,  "a checkbox" ,  "position" ,[ 10  120  150  40 ]);

テキストボックス

prompt  =  { "幅" ,  "高さ" ,  "奥行き" }; 
defaults  =  { "1.10" ,  "2.20" ,  "3.30" }; 
rowscols  =  [ 1 , 10 ;  2 , 20 ;  3 , 30 ]; 
dims  =  inputdlg  ( prompt ,  "ボックスの寸法を入力" ,  rowscols ,  defaults );

メッセージボックス付きのリストボックス。

my_options  =  { "1 つの項目" ,  "別の項目" ,  "さらに別の項目" }; 
[ sel ,  ok ]  =  listdlg  ( "ListString" ,  my_options ,  "SelectionMode" ,  "複数" ); 
if  ( ok  ==  1 ) 
  msgbox  ( "選択した項目:" ); 
  for  i  =  1 : numel  ( sel ) 
    msgbox  ( sprintf  ( "\t%s" ,  my_options { sel ( i )})); 
  endfor 
else 
  msgbox  ( "キャンセルしました。" ); 
endif

ラジオボタン

# 図とその上にパネルを作成します
f  =  figure ; 
# ボタン グループを作成します
gp  =  uibuttongroup  ( f ,  "Position" ,  [  0  0.5  1  1 ]) 
# グループ内にボタンを作成します
b1  =  uicontrol  ( gp , "  style " , "radiobutton" , "string" , "Choice 1" , "Position" , [ 10 150 100 50 ] ); b2 = uicontrol ( gp ,  "style" , "radiobutton" , "string" , "Choice 2" , "Position" , [ 10 50 100 30 ]); # グループに属さないボタンを作成しますb3 = uicontrol ( f , "style" , "radiobutton" , "string" , "グループに属さない" , "Position" , [ 10 50 100 50 ]);

パッケージ

Octave には多くのパッケージも用意されています。これらのパッケージは、Octave-Forge Octave Forge - Packages または Github Octave Packages にあります。誰でもパッケージを作成して管理することもできます。

他の類似ソフトウェアとの比較

オープンソースライセンスに基づくGNU Octaveの代替品としては、前述のMATLAB以外に、ScilabやFreeMatがある。^[36]^[37]^[38]^[39] OctaveはScilabよりもMATLABとの互換性が高く、^[36]^[40]^[41] FreeMatは2013年6月以降更新されていない^。[42]

また、Julia プログラミング言語とそのプロット機能は、GNU Octave と類似点があります。

参照

注記

^ 2007-10-12 以降は GPL-3.0 です。
^ 1992-02-19 から 2007-10-11 までは GPL-2.0 以降。

参考文献

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さらに読む

Hansen, Jesper Schmidt (2011 年 6 月) 。GNU Octave。初心者向けガイド。Packt Publishing。ISBN 978-1-849-51332-6。

外部リンク

公式サイト

[6] 2007-10-12 以降は GPL-3.0 です。

[7] 1992-02-19 から 2007-10-11 までは GPL-2.0 以降。

[1] Rik (2015年6月10日). 「contributors.in」 . 2015年6月14日閲覧。

[kilikilikili-2] 「フルタイムの開発は 1992 年の春に始まりました。最初のアルファリリースは 1993 年 1 月 4 日、バージョン 1.0 は 1994 年 2 月 17 日にリリースされました。」

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[44] “FreeMat”. freemat.sourceforge.net . 2020年2月22日閲覧。

歴史