※ [本文转录自 PhD 看板] 作者: MHG (MPS model) 站内: PhD 标题: Re: [问题] 数值计算的软体 时间: Sun Apr 12 18:00:03 2009 ※ 引述《ForHonor (I'm not afraid)》之铭言： : 大家好 : 就我所知常用来做研究的工具有 : C语言 Fortran Matlab Mathematica : 有没有大大用过这其中的好几个可以给个比较 : 假设以 : 人性化(方便性) 运算速度 绘图能力 多变性 : 这几个点为讨论出发点 小弟专长是作数值运算的～以发展数值方法为主。 所以对於程式语言来说算是较为常用的！ 根据原po所列的工具，小弟有使用过用於数值计算的问题，如下所列： Fortran, C, C++, Matlab, Mathematica, Maple 下列所述都是个人使用的经验！ 实际的速度还是得依照个人使用的语言习惯与计算环境较有关系！ 如有错误的话烦请各位大大指证！ 当然！小弟从学程式语言以来所学主要的开发工具是以Fortran为主～ 所以经常混搭Fortran与C或是Fortran与Matlab作为使用～ 以下的的讨论其OS环境，小弟就简单以WinXP与Linux为主～ 其他的BSD或是其他的Unix, 就不题了～基本上有些计算效率而言～Linux较快一点！ 但相同的codes在其他的UNIX环境下都跟Linux差异不大～ 1. Fortran 一般而言～从名字上就可以知道Fortran它的功用了！ 由於小弟不擅长绘图功能的程式撰写，所以在此以讨论数值计算的速度为主。 而绘图的部分，Fortran 90之後的功能提升很多也可以撰写绘图程式用於I/O了。 但是小弟实际上还是会用其他软体辅助绘图的部分， 以Tecplot为主，并以Grapher、Surfer为辅大致上2D 3D的图大概都还可以表达～ 有时会搭用Matlab来作後端输出的视觉化表达。 而其他软体在搭配fortran上的表达也算还ok啦! (但Fortran 90以上基本也支援OpenGL～可以支援不少科学绘图了！) 就计算而言，Fortran的Subroutine和Function可用性很高， 在计算上着名的书籍Numerical Recipes早期就以fortran 77出版了～ 而支援Fortran的语言函式或是副程式也非常多(C, C++, Matlab...etc.)， 这个关系到使用fortran这个工具时～你也可以使用其他语言的工具， 进而降低研发程式的难度与时间。 在工作站上的计算小弟目前也有使用Fortran，使用的OS环境为Linux～ 由於先前小弟group并未购买IMSL用於工作站上，所以此时很多小问题得依赖 世界各地专家们所释出的函式或是副程式来解决，只要小心根据定义使用 Fortran在衔接这些solutions的相容性非常高的！ So, 人性化(方便性)、运算速度可谓极佳！ 绘图能力则属尚可(我得强调！这是因为我太弱了XD) 多变性我个人评为佳！ (虽然90以上的语法已经可以支指标、援物件导向...etc. 但与C++比起物件导向来看我想还有些距离吧！) 2. C语言 这是小弟接触以来的经验，一般来看，C可以算是早期泛用型语言了吧！ 但是C与Fortran比起，Fortran可以作的C都可以作！ 然而Fortran是以撰写数值程式为专门取向的工具，这点是无庸置疑的～ 故小弟个人认为以C来写数值程式比起Fortran先天上并无大的优势！ 以众多前人所释出的函式或是副程式宝藏来看... C的资源可谓是最丰富的吧！ 而且，C与FORTRAN的subroutine或functions连结是非常容易且多样的！ 着名的剑桥数值菜单Numerical Recipes也有C的版本～XD 再者！许多着名的大型程式之撰写(UMPACK, SuperLU, FFTW...etc.) 也是由C撰写的！真是可为宝藏含量极为丰富的语言啊！XD 在工作站上C的使用，比起Fortran而言算是简易很多了！ 而速度上则会因为程式设计者的习惯而有差异！ 基本综观以同方法解同问题但是用不同语言来比较的话！我想是差异不大的！ So, 人性化(方便性)与运算速度可谓极佳,绘图能力由於庞大宝藏之故也可谓极佳 多变性来看还是受限於语法本身，比Fortran90略微单调，但也算佳！ 3. C++ C++的部分小弟使用不是很多！烦请大大帮忙简述这项工具的威力程度了！ C++是C的延伸(小弟个人观感)，他既可已接收前人发展C的庞大资源 又可以超越C做出物件导向， 但是C++在与Fortran上的连结却变的困难许多！ 不过小弟觉得无妨！因为C的资源对於一般程设者大概就够用了～ 更何况到处都有得讨论～XD 附带一题的是Numerical Recipes也有出版C++版本～:p 在工作站上的使用上～C++似乎有着一些语法的优势～ 在某些平行的计算环境上～似乎蛮多人使用C++作为开发的工具～ (Open MP之类的！平行计算的部份小弟并无实际经验！烦请各位大大补充了！) So, 人性化(方便性)则因为可接收C的大宝藏(有些时候需要改写)个人判断为佳 计算速度因小弟个人使用之故无法做出最好的评断！ 绘图能力由於庞大宝藏之故也可谓极佳！ 而多变性来看是极佳！ 4. Matlab 呵...基本上小弟不完全认为Matlab算是个"程式语言"... 但是它有许多好用的tool box！对於绘图而言他可以算是天生的强项啊～ 但是它的计算速度却相对於C或是Fortran却慢很多！尤其是回圈的部分！ 针对它在与C或是Fortran的连结来观察，相容性很高！ 所以大致上可以将需要加速的部分丢给Fortran或是C来处理～ 而Matlab本身的资源也算是不错！除了专业的Tool box以外～ 连接C与Fortran的资源也可算是可以接受的了～ (C++与Matlab连结的的状况，小弟不明了烦请能人补充了！) 至於资源的部份来看～Matlab在网路上的资源也渐渐的流行起来！ 可以想见未来的资源也会越来越多！ 就使用上而言，他不太严谨，也因此方便了许多！XD 工作站上的计算则是需要for Linux的版本～使用方法差异不大～ Matlab作大量运算的效能来还是无法与C/C++或是Fortran比拟～ So, 人性化(方便性)可谓极佳！与运算速度则只能说尚可了！ 绘图能力由於Tool box之故也可谓极佳！ 多变性来看还是属於尚可的阶段～ 5. Mathematica与Maple 嗯！他不是程式语言！执行速度也不太快！ 画图的部粉也只能说是普普！(有许多软体也能做到) 但是他的特殊功能却是其他软体无法比拟的！ 例如：微分、积分、特殊函数...etc. 通常在数值分析前段我会使用它来协助数学上的验算～ 另外～～在精度上的部份这类工具有着一些的优势～ 例如超越双精度的数值计算或是大数运算～ 虽然程式语言都还可以操作～但是没有这类工具来的简便～ 至於他们的资源只能说不算太多了！而跟其他程式的结合似乎还不多见！(请能人补充！) 用来作大量计算的话我想是颇为困难的吧！(若有误请能人指证~) So, 人性化(方便性)可谓尚可！与运算速度可谓不佳！ 绘图能力可谓尚可！多变性来看算是不佳～ 综观1～5.....大概是台湾市面上极为常见的几种数值工具了～ 但是基本上我还是得说明一下！ 工具只是工具！它们会因使用者的不同用法而有着效率上的差异～ 个人认为，学熟其中的一种程式语言，搭配使用其他的资源，用来解决问题即可！ 若真正讲究计算效率，倒不如把演算法的细节先搞定， 再交给真正的程式设计人员去操刀～ 例如：我用有限体积法(FVM)去分析3D大规模不规则区域的黏性流场～ 目的是藉由数值方法分析这个计算区域的物理现象～ 看到这问题我个人第一个感想是：这是个物理问题！数值程式只是工具～ 就算我用数值菜单的CG解法去求解矩阵，还是没办法和商业软体比快！ 因为这个例子的目标并不是在研发新型快速的矩阵解法～而流场的物理现象才重点! 也许有人会讲～那与其这样为何不用LU分解就好？ 是的！因为传统LU分解的速度可能会让我多好几年才毕业！ 工具只要够用即可！要更好的效率要付出更多的的代价～只有自己能去衡量轻重～ 呵～以上是小弟的粗略看法！ --

※ 发信站: 批踢踢实业坊(ptt.cc) ◆ From: 59.104.102.102 ※ 编辑: kumoking 来自: 59.104.102.102 (04/13 01:47)