※ [本文轉錄自 PhD 看板] 作者: MHG (MPS model) 站內: PhD 標題: Re: [問題] 數值計算的軟體 時間: Sun Apr 12 18:00:03 2009 ※ 引述《ForHonor (I'm not afraid)》之銘言： : 大家好 : 就我所知常用來做研究的工具有 : C語言 Fortran Matlab Mathematica : 有沒有大大用過這其中的好幾個可以給個比較 : 假設以 : 人性化(方便性) 運算速度 繪圖能力 多變性 : 這幾個點為討論出發點 小弟專長是作數值運算的～以發展數值方法為主。 所以對於程式語言來說算是較為常用的！ 根據原po所列的工具，小弟有使用過用於數值計算的問題，如下所列： Fortran, C, C++, Matlab, Mathematica, Maple 下列所述都是個人使用的經驗！ 實際的速度還是得依照個人使用的語言習慣與計算環境較有關係！ 如有錯誤的話煩請各位大大指證！ 當然！小弟從學程式語言以來所學主要的開發工具是以Fortran為主～ 所以經常混搭Fortran與C或是Fortran與Matlab作為使用～ 以下的的討論其OS環境，小弟就簡單以WinXP與Linux為主～ 其他的BSD或是其他的Unix, 就不題了～基本上有些計算效率而言～Linux較快一點！ 但相同的codes在其他的UNIX環境下都跟Linux差異不大～ 1. Fortran 一般而言～從名字上就可以知道Fortran它的功用了！ 由於小弟不擅長繪圖功能的程式撰寫，所以在此以討論數值計算的速度為主。 而繪圖的部分，Fortran 90之後的功能提升很多也可以撰寫繪圖程式用於I/O了。 但是小弟實際上還是會用其他軟體輔助繪圖的部分， 以Tecplot為主，並以Grapher、Surfer為輔大致上2D 3D的圖大概都還可以表達～ 有時會搭用Matlab來作後端輸出的視覺化表達。 而其他軟體在搭配fortran上的表達也算還ok啦! (但Fortran 90以上基本也支援OpenGL～可以支援不少科學繪圖了！) 就計算而言，Fortran的Subroutine和Function可用性很高， 在計算上著名的書籍Numerical Recipes早期就以fortran 77出版了～ 而支援Fortran的語言函式或是副程式也非常多(C, C++, Matlab...etc.)， 這個關係到使用fortran這個工具時～你也可以使用其他語言的工具， 進而降低研發程式的難度與時間。 在工作站上的計算小弟目前也有使用Fortran，使用的OS環境為Linux～ 由於先前小弟group並未購買IMSL用於工作站上，所以此時很多小問題得依賴 世界各地專家們所釋出的函式或是副程式來解決，只要小心根據定義使用 Fortran在銜接這些solutions的相容性非常高的！ So, 人性化(方便性)、運算速度可謂極佳！ 繪圖能力則屬尚可(我得強調！這是因為我太弱了XD) 多變性我個人評為佳！ (雖然90以上的語法已經可以支指標、援物件導向...etc. 但與C++比起物件導向來看我想還有些距離吧！) 2. C語言 這是小弟接觸以來的經驗，一般來看，C可以算是早期泛用型語言了吧！ 但是C與Fortran比起，Fortran可以作的C都可以作！ 然而Fortran是以撰寫數值程式為專門取向的工具，這點是無庸置疑的～ 故小弟個人認為以C來寫數值程式比起Fortran先天上並無大的優勢！ 以眾多前人所釋出的函式或是副程式寶藏來看... C的資源可謂是最豐富的吧！ 而且，C與FORTRAN的subroutine或functions連結是非常容易且多樣的！ 著名的劍橋數值菜單Numerical Recipes也有C的版本～XD 再者！許多著名的大型程式之撰寫(UMPACK, SuperLU, FFTW...etc.) 也是由C撰寫的！真是可為寶藏含量極為豐富的語言啊！XD 在工作站上C的使用，比起Fortran而言算是簡易很多了！ 而速度上則會因為程式設計者的習慣而有差異！ 基本綜觀以同方法解同問題但是用不同語言來比較的話！我想是差異不大的！ So, 人性化(方便性)與運算速度可謂極佳,繪圖能力由於龐大寶藏之故也可謂極佳 多變性來看還是受限於語法本身，比Fortran90略微單調，但也算佳！ 3. C++ C++的部分小弟使用不是很多！煩請大大幫忙簡述這項工具的威力程度了！ C++是C的延伸(小弟個人觀感)，他既可已接收前人發展C的龐大資源 又可以超越C做出物件導向， 但是C++在與Fortran上的連結卻變的困難許多！ 不過小弟覺得無妨！因為C的資源對於一般程設者大概就夠用了～ 更何況到處都有得討論～XD 附帶一題的是Numerical Recipes也有出版C++版本～:p 在工作站上的使用上～C++似乎有著一些語法的優勢～ 在某些平行的計算環境上～似乎蠻多人使用C++作為開發的工具～ (Open MP之類的！平行計算的部份小弟並無實際經驗！煩請各位大大補充了！) So, 人性化(方便性)則因為可接收C的大寶藏(有些時候需要改寫)個人判斷為佳 計算速度因小弟個人使用之故無法做出最好的評斷！ 繪圖能力由於龐大寶藏之故也可謂極佳！ 而多變性來看是極佳！ 4. Matlab 呵...基本上小弟不完全認為Matlab算是個"程式語言"... 但是它有許多好用的tool box！對於繪圖而言他可以算是天生的強項啊～ 但是它的計算速度卻相對於C或是Fortran卻慢很多！尤其是迴圈的部分！ 針對它在與C或是Fortran的連結來觀察，相容性很高！ 所以大致上可以將需要加速的部分丟給Fortran或是C來處理～ 而Matlab本身的資源也算是不錯！除了專業的Tool box以外～ 連接C與Fortran的資源也可算是可以接受的了～ (C++與Matlab連結的的狀況，小弟不明瞭煩請能人補充了！) 至於資源的部份來看～Matlab在網路上的資源也漸漸的流行起來！ 可以想見未來的資源也會越來越多！ 就使用上而言，他不太嚴謹，也因此方便了許多！XD 工作站上的計算則是需要for Linux的版本～使用方法差異不大～ Matlab作大量運算的效能來還是無法與C/C++或是Fortran比擬～ So, 人性化(方便性)可謂極佳！與運算速度則只能說尚可了！ 繪圖能力由於Tool box之故也可謂極佳！ 多變性來看還是屬於尚可的階段～ 5. Mathematica與Maple 嗯！他不是程式語言！執行速度也不太快！ 畫圖的部粉也只能說是普普！(有許多軟體也能做到) 但是他的特殊功能卻是其他軟體無法比擬的！ 例如：微分、積分、特殊函數...etc. 通常在數值分析前段我會使用它來協助數學上的驗算～ 另外～～在精度上的部份這類工具有著一些的優勢～ 例如超越雙精度的數值計算或是大數運算～ 雖然程式語言都還可以操作～但是沒有這類工具來的簡便～ 至於他們的資源只能說不算太多了！而跟其他程式的結合似乎還不多見！(請能人補充！) 用來作大量計算的話我想是頗為困難的吧！(若有誤請能人指證~) So, 人性化(方便性)可謂尚可！與運算速度可謂不佳！ 繪圖能力可謂尚可！多變性來看算是不佳～ 綜觀1～5.....大概是台灣市面上極為常見的幾種數值工具了～ 但是基本上我還是得說明一下！ 工具只是工具！它們會因使用者的不同用法而有著效率上的差異～ 個人認為，學熟其中的一種程式語言，搭配使用其他的資源，用來解決問題即可！ 若真正講究計算效率，倒不如把演算法的細節先搞定， 再交給真正的程式設計人員去操刀～ 例如：我用有限體積法(FVM)去分析3D大規模不規則區域的黏性流場～ 目的是藉由數值方法分析這個計算區域的物理現象～ 看到這問題我個人第一個感想是：這是個物理問題！數值程式只是工具～ 就算我用數值菜單的CG解法去求解矩陣，還是沒辦法和商業軟體比快！ 因為這個例子的目標並不是在研發新型快速的矩陣解法～而流場的物理現象才重點! 也許有人會講～那與其這樣為何不用LU分解就好？ 是的！因為傳統LU分解的速度可能會讓我多好幾年才畢業！ 工具只要夠用即可！要更好的效率要付出更多的的代價～只有自己能去衡量輕重～ 呵～以上是小弟的粗略看法！ --

※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc) ◆ From: 59.104.102.102 ※ 編輯: kumoking 來自: 59.104.102.102 (04/13 01:47)