Julia. Язык программирования. Быстрый старт

Вадим Никитин, 2023

Начните писать программы на Julia в первый же день.Необходимы только минимальные знания в использовании компьютеров и программировании. Вы знаете что такое файл или каталог? Вам известны алгоритмы? Этого достаточно.Ничего лишнего. В этом справочнике раскрыты самые важные и часто затрагиваемые темы в краткой и ясной форме, а для желающих погрузиться в тему глубже представлены ссылки на необходимые источники информации.Подробные инструкции не упускают ни единого шага, а наглядные примеры полностью отображают в себе весь процесс работы. Вы всегда будете знать, что должно получиться в результате. Все примеры были протестированы на актуальной версии языка программирования Julia, доступной на момент написания данного справочника.Удобный дизайн оглавления позволяет быстро находить нужные примеры функции и команд. Нет нужды держать все в голове или постоянно лезть в интернет.

Переменные

Переменная в Julia — это имя, привязанное к значению. Она используется, когда вы хотите сохранить значение (полученное, например, после математических вычислений) для последующего использования. Например:

● Присвоить значение 100 переменной x

julia> x = 100

100

● Выполнение математических операций со значением x

julia> x * 5

500

● Переназначить значение x

julia> x = 10 + 10

20

● Можно присваивать и значения других типов, например, строки текста

julia> x ="Hello World!"

"Hello World!"

Присвоение"имя = значение"привязывает переменную имени к значению, вычисленному в правой части, и все присваивание рассматривается Julia как выражение, равное значению правой части. Это означает, что присваивания можно объединять (одно и то же значение присваивается нескольким переменным переменная1 = переменная2 = значение) или использовать в других выражениях, а также то, почему их результат отображается в REPL как значение правой части. Например, здесь значение 4 из b = 2+2 используется в другой арифметической операции и присваивании:

julia> a = (b = 2 + 2) * 5

20

julia> a

20

julia> b

4

При знакомстве с переменными в Julia у новых пользователей часто возникает путаница между присвоением имени и изменением значения. Если вы выполнили a = 2, а затем a = 3, то вы изменили имя a, чтобы оно ссылалось на новое значение 3. Вы не изменили число 2, поэтому 2+2 по-прежнему дает 4, а не 6! Это различие становится более очевидным при работе с мутабельными типами данных, такими как массивы, содержимое которых может быть изменено:

julia> a=[1,2,3]

3-element Vector{Int64}:

1

2

3

julia> b=a

3-element Vector{Int64}:

1

2

3

Здесь строка b = a не создает копию массива a, а просто связывает имя b с тем же массивом: a и b"указывают"на один массив [1,2,3] в памяти.

Изменим значение первого элемента массива:

julia> a[1] = 42

42

Присваивание a[i] = value изменяет содержимое массива, измененный массив будет виден через имена a и b:

julia> a

3-element Vector{Int64}:

42

2

3

julia> b

3-element Vector{Int64}:

42

2

3

Пусть a теперь является именем другого объекта:

julia> a= 3.14159

3.14159

Установка a = 3.14159 не изменяет массив, а просто привязывает a к другому объекту, массив по-прежнему доступен через b:

julia> b

3-element Vector{Int64}:

42

2

3

Имена переменных в Julia могут быть любой длины,а также могут содержать в себе почти все символы Unicode, но не могут начинаться с цифры. В именах можно использовать прописные и строчные буквы, символ подчеркивания ('_') также может использоваться в имени переменной в любом месте. Имена переменных чувствительны к регистру.

Единственными явно запрещенными именами переменных являются имена встроенных ключевых слов: baremodule, begin, break, catch, const, continue, do, else, elseif, end, export, false, finally, for, function, global, if, import, let, local, macro, module, quote, return, struct, true, try, using, while.

Примеры допустимых и недопустимых имен:

julia> х1 = 100

100

julia> 1x=100

ERROR: syntax:"1"is not a valid function argument name around REPL[2]:1

julia> ●="Точка"

"Точка"

julia> text@ ="Строка текста"

ERROR: syntax: extra token"@"after end of expression

Типы данных

По умолчанию Julia автоматически определяет какой тип данных использовать для значения переменной, но в некоторых случая, во избежании ошибок, следует указать тип данных для значений вручную.

Ниже приведен пример такой ошибки. Здесь функция typeof() возвращающая тип аргумента, а sqrt() — корень квадратный из аргумента:

julia> x=-2.0

–2.0

julia> typeof(x)

Float64

julia> sqrt(x)

ERROR: DomainError with — 2.0:

sqrt will only return a complex result if called with a complex argument. Try sqrt(Complex(x)).

Происходит следующее: Julia автоматически определяет тип значения переменной, как Float64, исходя из того, что в большинстве случаев используются действительные числа, а не комплексные, что и вызывало ошибку. Теперь тот же пример используя комплексную форму записи:

julia> x=-2.0+0im

–2.0 + 0.0im

julia> typeof(x)

ComplexF64 (alias for Complex{Float64})

julia> sqrt(x)

0.0 + 1.4142135623730951im

В этом случае Julia определяет тип значения исходя из формы записи как Complex{Float64}, по сути формой записи мы задали тип значения переменной.

Типы есть только у значений. У переменных типов нет. Переменные — это просто имена, связанные со значениями, хотя для простоты можно говорить"тип переменной", как сокращение от"тип значения, на которое ссылается переменная".

Julia изначально предоставляет довольно полный и иерархически организованный набор предопределенных типов, особенно числовых. Это либо скаляры, такие как: целые числа (Int), числа с плавающей запятой (Float) и символы (Char). Либо контейнероподобные структуры, способные хранить другие объекты, такие как: многомерные массивы (Array), словари (Dict), наборы (Set) и т. д. По стилистическим соглашениям названия типов начинаются с заглавной буквы, например Int64 или Bool. Иногда в фигурных скобках за именем типа следуют другие параметры, например типы содержащихся элементов или количество измерений. Эти параметры встречаются у всех контейнероподобных структур и некоторых неконтейнерных. Например тип Array{Int64,2} будет использоваться для двумерного массива целых 64-битных чисел со знаком. В терминологии Julia такие типы называются параметрическими.

Оператор:: можно использовать для присоединения аннотаций типов к выражениям и переменным в программах, например:

julia> (2+2)::Int

4

julia> (2+2)::AbstractFloat

ERROR: TypeError: in typeassert, expected AbstractFloat, got a value of type Int64

julia> (2.0+2.0)::AbstractFloat

4.0

При добавлении к выражению, вычисляющему значение, оператор:: читается как"является экземпляром". Его можно использовать в любом месте, чтобы утверждать, что значение выражения слева является экземпляром типа справа. Если тип справа конкретный, то значение слева должно иметь этот тип в качестве своей реализации. Если тип абстрактный, то достаточно, чтобы значение было реализовано конкретным типом, который является подтипом абстрактного типа. Если утверждение о типе не истинно, выбрасывается исключение, в противном случае возвращается левое значение.

Пример используемый выше, теперь нет нужды использовать комплексную форму записи:

julia> x::Complex{Float64}=-2

–2

julia> typeof(x)

ComplexF64 (alias for Complex{Float64})

julia> sqrt(x)

0.0 + 1.4142135623730951im

Когда оператор:: добавляется к переменной в левой части присваивания, он означает немного другое: он объявляет переменную всегда имеющей указанный тип, как объявление типа в статически типизированном языке, таком как C. Каждое значение, присвоенное переменной, будет преобразовано к объявленному типу с помощью функции convert(), если это возможно.