不知道經(jīng)常需要做科學(xué)計算的朋友們有沒有這樣的好奇：在Linux系統(tǒng)下使用什么工具呢？說到科學(xué)計算，首先想到的肯定是Matlab，如果再說到符號計算，那就非Mathematica不可了。可惜，以上兩款軟件都是商業(yè)軟件。雖然破解版滿天飛，但是這不符合開源世界的邏輯。在Linux系統(tǒng)下，也有非常不錯的科學(xué)計算工具，包括符號計算的也有。下面我就來隆重向大家推薦幾款。
Octave
這款軟件是GNU出品，在GNU的在線文檔網(wǎng)站上可以下載到它的完整的幫助文檔，我喜歡pdf版，可以一口氣從頭讀到尾，很舒服。從語法角度講，Octave和matlib完全兼容。下面是其運(yùn)行效果圖：
它也有GUI界面的包裝，那就是QtOctave，如下圖：
在Ubuntu下該軟件的安裝非常簡單，使用如下命令即可：
sudo apt-get install octavesudo apt-get install qtoctave
Maxima
數(shù)值計算使用Octave，那么符號計算就少不了Maxima了。由于符號計算中，數(shù)學(xué)公式的顯示也是非常重要的一環(huán)，所以我喜歡用它的GUI封裝wxMaxima，該軟件使用如下命令安裝：
sudo apt-get install wxmaxima
下面是它的運(yùn)行效果圖：
有了GUI的封裝，我們的學(xué)習(xí)曲線都要簡單很多，因?yàn)樗墓δ芏荚谒牟藛螜谥畜w現(xiàn)出來了。只不過，目前的wxMaxima似乎有一個致命的bug，在我的Ubuntu上，只要在對話框中輸入括號它就會崩潰。Maxima也自帶完善的文檔，如下圖：
符號運(yùn)算不僅能對各種數(shù)學(xué)公式進(jìn)行運(yùn)行、變形、化簡，也可以直接對函數(shù)作圖，如下圖：
但是以上介紹的都不是重點(diǎn)。下面的工具才是我這篇隨筆的重量級嘉賓。它就是：
IPython-Notebook
使用python進(jìn)行科學(xué)計算最近幾年很火，主要得益于python語言和Numpy、SciPy、pandas、matplotlib、SymPy等庫。另外一個大殺器就是ipython-notebook，它可以說是提供了在數(shù)學(xué)方面讀寫算加畫圖一條龍的服務(wù)了。Ubuntu對Python的支持真心不錯，先使用下面的命令將以上庫全部安裝：
sudo apt-get install pandas
sudo apt-get install sympy
不是說全部安裝嗎？怎么只有兩個命令？因?yàn)榘惭bpandas時NumPy、SciPy、matplotlib都作為依賴項(xiàng)自動安裝了，只有符號計算庫SymPy需要另外安裝。然后，使用如下命令安裝ipython-notebook：
sudo apt-get install ipython-notebook
同理，IPython也作為依賴項(xiàng)自動安裝了。然后使用如下命令啟動ipython-notebook：
ipython notebook --pylab=inline
然后ipython-notebook就在瀏覽器中啟動了。不錯，這是一個BS應(yīng)用，我們啟動它時會在我們的機(jī)器上建立一個簡單的服務(wù)器，然后用瀏覽器訪問這個服務(wù)器就可以使用ipython-notebook了，遠(yuǎn)程訪問也行。下面是運(yùn)行效果：
新建一個筆記后，就會給我們一個輸入代碼的提示。ipython-notebook中的內(nèi)容是由一個一個的輸入?yún)^(qū)域組成的，稱為Cell。每一個Cell除了可以輸入代碼，還可以輸入Markdown、rawtext、heading，如上圖中的選項(xiàng)所示。下面是輸入Markdown的效果圖：
按Shift+Enter即可結(jié)束該區(qū)域的輸入，并執(zhí)行和顯示效果。如果以后要重新編輯里面的內(nèi)容，雙擊該區(qū)域即可。Markdown區(qū)域也是支持MathJax的哦，如下圖：
下面看看使用NumPy來進(jìn)行數(shù)值計算和繪圖的效果：
使用pandas進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并繪圖的效果：
最后，看看使用SymPy進(jìn)行符號計算的效果：
從上圖可以看到，SymPy的latex函數(shù)可以把輸出的數(shù)學(xué)公式轉(zhuǎn)換成LaTeX代碼，不過該代碼有點(diǎn)問題，它里面每個反斜杠都變成了雙反斜杠。將該LaTeX代碼復(fù)制、修改后，輸入Markdown區(qū)域就可以看到完美的數(shù)學(xué)公式了。
我們在IPython-Notebook中建立的筆記是可以保存的，而且保存的是純文本的JSON格式，所以可以非常方便地把它放到GitHub進(jìn)行分享。從IPython-Notebook的幫助菜單可以很方便地導(dǎo)航到NumPy、SciPy、matplotlib、pandas、SymPy的幫助文檔。在matplotlib的官網(wǎng)中，還專門有一個gallary頁面，里面有各種圖表的縮略圖和代碼，對我們的學(xué)習(xí)真的是很有幫助哦。
這一篇隨筆和前面的兩篇加起來，就基本上完成了進(jìn)行數(shù)學(xué)工作的工具論。希望大家喜歡，多給點(diǎn)推薦。
