Пакеты в Julia

Julia имеет модульную конструкцию – компактное ядро, функциональность которого расширяется внешними «пакетами». Дистрибутив Julia поставляется с небольшим набором этих пакетов, называемым «стандартной библиотекой», и мощным менеджером пакетов, который может загружать пакеты, предварительно компилировать, обновлять и разрешать зависимости, и все это с помощью нескольких простых команд.

В то время как зарегистрированные пакеты можно установить, просто используя их имя, для незарегистрированных пакетов необходимо указать их исходное местоположение. На момент написания этого текста было опубликовано более 9000 зарегистрированных пакетов. Знание того, как работают пакеты, крайне необходимо для эффективной работы в Julia, и именно поэтому управление пакетами представлено в начале руководства.

Использование диспетчера пакетов

Есть два способа получить доступ к функциям управления пакетами, в интерактивном режиме или через API из кода программы Julia:

● 1.Интерактивный способ – ввести ] в консоли REPL, чтобы войти в «особый» режим pkg. Приглашение изменится с julia> на (vX.Y) pkg>, где vX.Y – версия активной среды Julia. Затем вы можете запустить любые команды диспетчера пакетов или вернуться в обычный режим интерпретатора с помощью комбинации клавиш CTRL-C или клавиши BACKSPACE в начале строки.

● 2.Способ API заключается в том, чтобы импортировать модуль Pkg в код программы (using Pkg), а затем выполнить команду Pkg.<команда менеджера пакетов>(<аргументы команды>). Очевидно, ничто не мешает вам использовать подход API и в интерактивном сеансе, но в специальном пакетном режиме есть автозавершение и другие полезные функции, которые делают его более удобным в использовании.

Обратите внимание, что два интерфейса не на 100 % совместимы, а интерфейс API несколько более строгий.

Некоторые из полезных команд диспетчера пакетов:

● status: Извлекает список (имя и версию) локально установленных пакетов.

● update: Обновляет локальный индекс пакетов и все локальные пакеты до последней версии.

● add <имя пакета>: Автоматически загружает и устанавливает заданный пакет. Для нескольких пакетов используйте add <имя пакета 1> <имя пакета 2>.

● add <имя пакета>#master, add <имя пакета>#branchName или add <имя пакета>#vX.Y.Z: Извлекает главную ветвь данного пакета, определенную ветвь или определенный выпуск соответственно.

● free <имя пакета>: Возвращает пакет к последнему выпуску.

● rm <имя пакета>: Удаляет пакет и все зависимые от него пакеты, которые были автоматически установлены только для него.

● add https://github.com/<имя репозитория>/<имя пакета>.jl: Извлекает незарегистрированный пакет по URL-адресу (здесь это GitHub).

Использование пакетов

Чтобы получить доступ к функциональным возможностям установленного пакета, вам необходимо использовать команду using или import. Разница между ними заключается в следующем:

● Использование пакета позволяет получить прямой доступ к функциям пакета. Просто используйте команду using <имя пакета> в консоли REPL или поместите в начало файла скрипта.

● Импорт пакета делает то же самое, но помогает поддерживать чистоту пространства имен, так как затем вам нужно обращаться к функциям пакета, используя их полные имена <имя пакета>.<имя функции>. Вы можете использовать псевдонимы или выбрать импорт только подмножества функций (к которым вы затем сможете получить прямой доступ).

Например, чтобы получить доступ к функции now() из пакета Dates (идет в комплекте дистрибутива), вы можете сделать следующее:

● Получите прямой доступ к функциям пакета с помощью using <имя пакета> :

julia> using Dates

julia> now()

2023-05-13T20:23:03.187

● Получите доступ к функциям пакета, используя их полные имена, с помощью import <имя пакета>:

julia> import Dates

julia> Dates.now()

2023-05-13T20:43:04.801

● Получите прямой доступ к функциям пакета с помощью import <имя пакета>:<имя функции> :

julia> import Dates:now

julia> now()

2023-05-13T20:46:53.542

Наконец, вы также можете получить доступ к функциям любого исходного файла Julia, используя эту строку:

include("<путь к файлу><имя файла>.jl")

Когда эта строка выполняется, включенный файл полностью запускается (не только анализируется), и любой определенный там символ становится доступным в области видимости (область кода, в которой видна переменная) относительно того места, где было вызвано включение.

Дополнительная информация

Для получения справки по всем командам пакетного менеджера введите ? или help в приглашении:

(@v1.11) pkg> help

Для получения справки по отдельной команде с примерами введите ? <имя команды> в приглашении, например:

(@v1.11) pkg> ?add

Полное руководство по менеджеру пакетов, доступно на официальном сайте https://pkgdocs.julialang.org

Актуальные и рекомендуемые сервисы для навигации по экосистеме пакетов на официальном сайте https://julialang.org/packages/

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