编者注:本文最初于 2016 年 6 月发布,现已更新以提供您可能希望考虑的其他选项。
对于数学、物理科学、工程学、经济学以及其他具有大量数值成分领域的许多学生来说,MATLAB 是他们首次接触编程或一般科学计算。
它可能是一个很好的学习工具,尽管(以我的经验)学生和研究人员使用 MATLAB 所做的许多事情并不是特别苛刻的计算;相反,它们可以很容易地使用任何数量的基本脚本工具进行,无论是否使用统计或数学导向的软件包。然而,它在许多学术环境中几乎无处不在,带来了一个庞大的用户社区,他们熟悉该语言、插件和总体功能。
但是 MATLAB 是一种专有工具。在无法访问其源代码的情况下,您对其工作原理以及如何修改它的理解有限。对于学术环境之外的许多人来说,它也贵得令人望而却步,单个副本的许可费可能高达数千美元。
幸运的是,有很多很棒的开源替代品。根据您的确切目标,您可能会发现其中一种或另一种更适合您的特定需求。以下是三个值得考虑的选项
Julia
Julia 是一种动态类型编程语言,具有 Lisp 风格的宏、用于并行计算的内置原语以及专为矩阵操作、数据可视化等设计的功能。它旨在感觉像一种脚本语言,而不是 C 风格的编程语言,甚至具有交互模式 (REPL),并且可以通过其嵌入 API 嵌入到其他语言中。
Julia 的用户有很多理由喜欢它的语法和功能,但一些流行的例子包括它的广播功能,它允许您将函数应用于一个或多个数组,而无需编写复杂的循环,其简单的数组函数允许您旋转和重塑数组、矩阵变换、自动微分、原生 Unicode 支持、集成单元测试、轻松并行化以及更简单的全方位语法,且不损失功能(并提高了代码效率)。
Julia 拥有一个围绕其开发和使用的活跃社区,因此它也为特定领域的目标量身定制,包括图像处理 (JuliaImages)、生物学 (BioJulia)、量子物理学 (QuantumBFS)、非线性动力学 (JuliaDynamics)、经济学 (QuantEcon)、天文学 (JuliaAstro) 等。
Julia 在 MIT 许可证 下获得许可,可以从 julialang.org 下载。
GNU Octave
GNU Octave 可能是最著名的 MATLAB 替代品。Octave 已经活跃开发了近三十年,可在 Linux、Windows 和 Mac 上运行,并且为大多数主要发行版打包。如果您正在寻找一个尽可能接近实际 MATLAB 语言的项目,Octave 可能非常适合您;它力求完全兼容,因此您为 MATLAB 开发的许多项目都可以在 Octave 中运行,而无需进行任何修改。
Octave 为默认情况下随版本 4 提供的前端交互提供了许多不同的选择;有些比其他更像 MATLAB 的界面。Octave 的 维基百科页面 列出了几个选项。
Octave 在 GPL 下获得许可,其源代码可以在 GNU 下载站点 上找到。
NumPy
NumPy 是用于 Python 科学计算的主要软件包(正如其名称所示)。它可以处理 N 维数组、复杂的矩阵变换、线性代数、傅里叶变换,并且可以充当 C 和 C++ 集成的网关。它已用于游戏和电影视觉效果开发领域,并且是 SciPy Stack(一个基于 Python 的数学、科学和工程软件生态系统)的基本数据数组结构。NumPy 在 BSD 许可证 下获得许可,并且软件包可用于 Linux、Windows 和 Mac OS X。
Scilab
Scilab 是另一个用于数值计算的开源选项,可在所有主要平台(包括 Windows、Mac 和 Linux)上运行。Scilab 可能是 Octave 之外最著名的替代品,并且(像 Octave 一样)它在实现上与 MATLAB 非常相似,尽管完全兼容不是项目开发人员的目标。
Scilab 根据 GPL 兼容的 CeCILL 许可证作为开源分发,其 源代码 可在项目网站上找到。
Sage
SageMath 是另一个开源数学软件系统,对于那些寻求 MATLAB 替代品的人来说可能是一个不错的选择。它建立在各种著名的基于 Python 的科学计算库之上,并且它自己的语言在语法上与 Python 相似。它具有许多功能,包括命令行界面、基于浏览器的笔记本、用于在其他文档中嵌入公式的工具,当然还有许多数学库。
SageMath 在 GPL 许可证下可用,其源代码可以在 项目网站 上找到。
此列表仅触及研究人员和学生可能选择用作 MATLAB 开源替代品的工具的表面。R、Julia、Python 和其他标准编程语言可能非常适合您,具体取决于您的确切需求。您可能需要考虑的其他一些开源工具包括:
- Genius Mathematic Tool,一个积极开发的计算器程序和研究工具。它使用 Genius Extension Language 为 Linux 和 Unix 计算机编写,并在 GPL GNU 许可证下可用。
- Maxima,另一个经常更新的 MATLAB 替代品。它基于 Macsyma,一个“传奇计算机代数系统”,于 1960 年代在 MIT 开发,可以在 Linux、Mac OS X 和 Windows 上编译,并在 GPLv2 下可用。
- SymPy,另一个 BSD 许可的 Python 库,用于符号数学。它可以安装在任何运行 Python 的计算机上。它的目标是成为一个完整的计算机代数系统;拥有一个活跃的开发社区,定期发布版本;并在许多其他项目(包括上面的 SageMath)中使用。
您是否使用过这些或其他工具作为 MATLAB 的替代品?您更喜欢哪一个,为什么?请在下面的评论中告诉我们。
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