1.1  Python簡介

Python是一種解釋型、面向?qū)ο蟆?dòng)態(tài)的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言。自從20世紀(jì)90年代初Python語言誕生至今，它逐漸被廣泛應(yīng)用于處理系統(tǒng)管理任務(wù)和Web編程。目前Python已經(jīng)成為最受歡迎的程序設(shè)計(jì)語言之一。2011年1月，它被TIOBE編程語言排行榜評(píng)為2010年度語言。

由于Python語言的簡潔、易讀以及可擴(kuò)展性，在國外用Python做科學(xué)計(jì)算的研究機(jī)構(gòu)日益增多，一些知名大學(xué)已經(jīng)采用Python教授程序設(shè)計(jì)課程。例如麻省理工學(xué)院的計(jì)算機(jī)科學(xué)及編程導(dǎo)論課程①就使用Python語言講授。眾多開源的科學(xué)計(jì)算軟件包都提供了Python的調(diào)用接口，例如著名的計(jì)算機(jī)視覺庫OpenCV、三維可視化庫VTK、醫(yī)學(xué)圖像處理庫ITK。而Python專用的科學(xué)計(jì)算擴(kuò)展庫就更多了，例如如下3個(gè)十分經(jīng)典的科學(xué)計(jì)算擴(kuò)展庫：NumPy、SciPy和matplotlib，它們分別為Python提供了快速數(shù)組處理、數(shù)值運(yùn)算以及繪圖功能。因此Python語言及其眾多的擴(kuò)展庫所構(gòu)成的開發(fā)環(huán)境十分適合工程技術(shù)、科研人員處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、制作圖表，甚至開發(fā)科學(xué)計(jì)算應(yīng)用程序。

說起科學(xué)計(jì)算，首先會(huì)被提到的可能是MATLAB。然而除了MATLAB的一些專業(yè)性很強(qiáng)的工具箱目前還無法替代之外，MATLAB的大部分常用功能都可以在Python世界中找到相應(yīng)的擴(kuò)展庫。和MATLAB相比，用Python做科學(xué)計(jì)算有如下優(yōu)點(diǎn)：

● 首先，MATLAB是一款商用軟件，并且價(jià)格不菲。而Python完全免費(fèi)，眾多開源的科學(xué)計(jì)算庫都提供了Python的調(diào)用接口。用戶可以在任何計(jì)算機(jī)上免費(fèi)安裝Python及其絕大多數(shù)擴(kuò)展庫。

● 其次，與MATLAB相比，Python是一門更易學(xué)、更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)某绦蛟O(shè)計(jì)語言。它能讓用戶編寫出更易讀、易維護(hù)的代碼。

● 最后，MATLAB主要專注于工程和科學(xué)計(jì)算。然而即使在計(jì)算領(lǐng)域，也經(jīng)常會(huì)遇到文件管理、界面設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)通信等各種需求。而Python有著豐富的擴(kuò)展庫，可以輕易完成各種高級(jí)任務(wù)，開發(fā)者可以用Python實(shí)現(xiàn)完整應(yīng)用程序所需的各種功能。

例如，筆者在一個(gè)模擬控制系統(tǒng)的項(xiàng)目中，完全用Python實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)模擬及算法優(yōu)化，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用程序必需的文檔和數(shù)據(jù)庫管理、用戶界面設(shè)計(jì)、與機(jī)器設(shè)備及其他軟件進(jìn)行通信等功能。最后，整個(gè)應(yīng)用程序可以隨意安裝到不同的計(jì)算機(jī)上，而不受任何商用軟件的使用條款限制。