GNU Octave

2025年3月17日 | 阅读 12 分钟

什么是 GNU Octave？

GNU Octave 是一种功能强大且高级的科学编程语言，主要用于数值计算。它能够解决线性和非线性问题。此外，它还可以轻松执行其他数值实验。此外，它还具有用于数据可视化和操作的高级图形功能。Octave 主要通过其命令行界面使用。您也可以使用它来编写非交互式程序。Octave 语言与 Matlab 非常相似，这就是为什么大多数程序都可以轻松移植的原因。

它是一种类似于 C 语言的结构化编程语言。它支持 C 标准库的多个函数以及有限数量的 Unix 系统调用和函数。Octave 使用标准 C++ 库以 C++ 编写。它使用解释器来运行 Octave 脚本语言。它不支持按引用传递参数。Octave 程序包含一个函数调用列表。它提供了用于矩阵操作的多个函数，并且语法是基于矩阵的。Octave 轻松支持各种数据结构并允许面向对象编程。Octave 程序可在 Microsoft Windows、Unix 和类 Unix 操作系统上运行，包括 Linux、Android、macOS 和 iOS。

Octave 可以通过动态加载模块进行扩展。Octave 解释器包含一个基于 OpenGL 的图形引擎，用于创建绘图、图表和图表，以及打印和保存。您也可以使用 gnuplot 来执行相同的操作。除了传统的命令行界面 (CLI) 之外，Octave 还具有图形用户界面 (GUI)。

GNU Octave 提供的功能

GNU Octave 具有一系列功能，如下所述。

语法兼容性

Octave 的语法与 MATLAB 大致兼容，使其易于从一个过渡到另一个。

您可以使用 # 字符以及 % 字符注释一行。
支持许多基于 C 的运算符（++、--、+=、*=、/=）。
在 Octave 中，可以通过级联索引引用元素，而无需创建新变量。
您可以使用双引号 (") 符号以及单引号 (') 定义字符串。
当变量类型为 single 时，Octave 在 single 域中计算“平均值”，这更快但不提供准确的结果。
您可以使用更具体的关键字（例如 endif、endfor、endwhile 等）终止块。
您可以在脚本中和 Octave 提示符处定义函数。
这里有一个 do-until 循环，类似于 C 语言中的 do-while。

语法是数学导向的

它提供了一个方便的命令行界面，用于数值解决线性和非线性问题。

预装的绘图和可视化工具

Octave 包含用于创建 2D 和 3D 绘图的高级命令。

跨平台

它在各种平台上运行，包括 GNU/Linux、macOS、BSD 和 Microsoft Windows。

免费和开源

Octave 是根据 GNU 通用公共许可证 (GPL) 授权的免费软件。

语言和语法

Octave 的语法与 MATLAB 非常相似，使用户可以轻松地从 MATLAB 过渡到 Octave。它支持矩阵操作、数据操作和广泛的数学函数。

用途

Octave 广泛用于学术界和工业界进行数值分析、算法开发和数据可视化。它也受到教学和研究目的的欢迎。

绘图和可视化

Octave 包含一个强大的图形系统，用于创建绘图、图表和可视化。它支持 2D 和 3D 绘图。

可扩展性

用户可以使用包和用户定义的函数扩展 Octave 的功能。它通过 Octave Forge 拥有大量的社区贡献包。

互操作性

Octave 可以调用用 C++、C、Fortran 或其他语言编写的函数，并且可以与其他软件工具和库集成。

命令行和 GUI

Octave 既可以通过命令行界面使用，也可以通过图形用户界面 (GUI) 使用，根据用户偏好提供灵活性。

与 MATLAB 的兼容性

Octave 是为了与 MATLAB 兼容而创建的，它提供了许多特性和功能。

它将矩阵作为基本数据类型。
Octave 轻松支持复数。
它有几个数学函数和扩展函数库。
它以用户定义函数的形式提供了更大的可扩展性。

在 Octave 中，MATLAB 被视为一个 bug，因此它可以被视为一个软件克隆。

函数兼容

在 GNU Octave 中，几乎所有的函数都存在。其中一些可以通过 Octave Forge 包访问。这些函数作为 Forge 包或核心 Octave 的一部分提供。Octave 函数 _unimplemented.m_ 中还包含许多未实现的函数。Octave wiki 中列出了 Octave forge 包下的未实现函数。

当您调用一个未实现的函数时，它将显示错误消息

八度音阶：1> foo

警告：Octave 中未实现“foo”函数

请查看 <http://www.octave.org/missing.html> 了解如何为 Octave 中缺失的功能做出贡献。

错误：第 1 行第 1 列附近未定义“foo”

用户界面 (UI)

Octave 包含一个图形用户界面以及一个基于 Qt 的集成开发环境 (IDE)。它包含在 Octave 3.8 版本中，自 Octave 4.0 版本发布以来一直是默认界面。还有许多第三方图形前端，例如 ToolBox，用于编程教育。

GUI 应用

用户可以借助 Octave 代码轻松创建 GUI 应用程序。例如，按钮、编辑控件、复选框

示例

# creating a figure and panel
f = figure;

# creating a button
b1 = uicontrol(f, "style", "pushbutton", "string", "Click Me", "position", [10 20 120 30]);

# To create a text box
t1 = uicontrol(f, "style", "text", "string", "This is a label", "position", [30 60 200 30]);

# To create a radio button
r1 = uicontrol(f, "style", "radiobutton", "string", "Option 1", "position", [10 100 100 30]);

# To create a list box
l1 = uicontrol(f, "style", "listbox", "string", {"Item 1", "Item 2", "Item 3"}, "position", [30 150 120 60]);

用于文本框

% prompts for the dialog box
prompts = {"Name", "Age", "Favorite Language"};

% Defining default values
defaults = {"Anton", "25", "Black"};

% Defining initial positions and sizes
rowscols = [2, 10; 4, 6; 2, 12];

% Input dialog with the prompts, title and initial positions
user_inputs = inputdlg(prompts, "Enter Personal Information", rowscols, defaults);

列表框和消息框

% Options to display in the list dialog
options = {"Option 1", "Option 2", "Option 3", "Option 4"};

% A list dialog to permit user to select multiple items at once
[selected_indices, confirmed] = listdlg("ListString", options, "SelectionMode", "Multiple");

% Check if the user confirmed their selection
if (confirmed == 1)
  % If a user confirms the selection, display the selected options
  msgbox("You selected:");
  for i = 1:numel(selected_indices)
    msgbox(sprintf("\t%s", options{selected_indices(i)}));
  endfor
else
  % If a user canceled the selection
  msgbox("You canceled the selection.");
endif

单选按钮

# To create a figure
f = figure;

# To create a button group
gp = uibuttongroup(f, "Position", [0 0.5 1 0.5]);

# To create radio buttons in the button group
b1 = uicontrol(gp, "style", "radiobutton", "string", "Option A", "Position", [20 120 120 60]);
b2 = uicontrol(gp, "style", "radiobutton", "string", "Option B", "Position", [20 70 120 60]);
b3 = uicontrol(gp, "style", "radiobutton", "string", "Option C", "Position", [20 40 120 60]);

# Create a radio button outside of the button group
b4 = uicontrol(f, "style", "radiobutton", "string", "Outside Group", "Position", [20 10 120 60]);

命令历史

Octave 保存命令，以便以后需要时可以调用和编辑。

数据结构

Octave 支持有限数量的结构化数据组织。为此，让我们举一个例子，我们将看到一个名为 x 的结构，其中包含元素 a、b 和 c（其中 a 是整数，b 是数组，c 是字符串）

示例

octave:1> x.a = 4; x.b = [5, 6; 7, 8]; x.c = "new_string";
octave:2> x.a
ans =  4

octave:3> x.b
ans =

   5   6
   7   8

octave:4> x.c

ans = new_string

octave:5> x
x =

  scalar structure containing the fields:

    a = 4
    b = 5   6
        7   8

    c = new_string

短路布尔运算符

Octave 的 && 和 || 逻辑运算符以短路方式评估。它类似于 C 语言中的相应运算符。

让我们举一个例子来理解这一点。您可以使用向量和矩阵上的线性代数运算来求解方程组。这是一个例子

示例

x = 4;
y = 0;

% Short-circuit AND
if (x > 0) && (y > 0)
    disp('Both a and b are positive.');
else
    disp('At least one of x or y is not positive.');
end

% Short-circuit OR
if (x > 0) || (y > 0)
    disp('At least one of x or y is positive.');
else
    disp('Neither x nor y is positive.');
end

增量和减量运算符

Octave 具有 C 语言风格的增量和减量运算符 ++ 和 --，有前缀和后缀两种形式。Octave 还支持增强赋值运算符 x += 6

展开保护

Octave 包含一种遵循 Lisp 的 unwind_protect 建模的异常处理形式。下面给出了 unwanted_protect 的一个例子

在 Octave 中，'unwind_protect' 用于确保某些清理代码始终执行。即使受保护的代码块中发生错误，它也将执行。此结构类似于 'try...catch...finally'。这种模式存在于各种其他编程语言中。

下面是关于 'unwind_protect' 用法的示例

示例

unwind_protect
  % Code that can cause to produce an error
  disp('Protected code block');

  error('An error arises!');
unwind_protect_cleanup

  % This is cleanup code that should always run
  disp('Cleanup code block');
end_unwind_protect

说明

在上面的 'unwind_protect' 代码块中，代码首先执行。如果受保护的代码块中出现错误，执行将跳转到 'unwind_protect_cleanup' 块。'unwind_protect_cleanup' 块代码无论如何都将始终执行。最后，'end_unwind_protect' 表示这是结构的结尾。

输出

Protected code block
Cleanup code block
An error arises!

Octave 还支持 try-catch 结构来处理代码中的异常和错误。它允许您捕获错误并使您能够在不影响程序的情况下采取行动。请参阅下面的程序以了解 try 和 catch 方法。

示例

try
  % Code that might cause an error
  disp('try block');

  error('An error arised!');

catch
  % Code to handle the error
  disp('catch block');

  disp(lasterr());
end

可变长度参数列表

Octave 支持处理接受不确定数量参数的函数。要指定零个或多个参数列表。使用 varargin 作为列表中的最后一个参数。Varargin 被定义为包含所有输入参数的单元格数组。

示例

function v = myFunction (varargin)
 
% Input arguments
  num_args = nargin;
  fprintf('Number of input arguments: %d\n', num_args);

  for k = 1:num_args
    fprintf('Argument %d: %s\n', k, num2str(varargin{k}));
  end

  % Returning the number of arguments as output
  v{1} = num_args;
end

可变长度返回列表

varargout 关键字使您能够管理可变长度返回列表。它允许函数返回可变数量的输出参数。

示例

function varargout = variableReturnExample(n)
  % outputs example
  output1 = n;
  output2 = n^2;
  output3 = n^3;
 
  % Assigning outputs to varargout
  if nargout >= 1
    varargout{1} = output1;
  end
  if nargout >= 2
    varargout{2} = output2;
  end
  if nargout >= 3
    varargout{3} = output3;
  end
end

说明

上述代码中的 'variableReturnExample' 函数使用 'varargout' 关键字根据调用者的请求返回简单数量的变量。它接受一个输入参数 'n' 并计算三个可能的输出：'out1'、'out2' 和 'out3'。然后程序根据调用者期望的输出数量将此值分配给 'varargout'。如果至少需要一个输出，则将 'out1' 分配给 'varargout{1}'；如果需要两个，它还会将 'out2' 返回给 'varargout{2}'；如果需要三个，它将 'out3' 返回给 'varargout{3}'。

与 C++ 集成

也可以直接在 C++ 程序中执行 Octave 代码。例如，这是一个用于调用的代码片段。

示例

#include <octave/oct.h>

ColumnVector NumRands(3);
NumRands(0) = 10;
NumRands(1) = 4;
octave_value_list f_arg, f_ret;
f_arg(0) = octave_value(NumRands);
f_ret = feval("rand", f_arg, 1);
Matrix unis(f_ret(0).matrix_value());

说明

上面的代码片段使用 Octave C++ API 调用 'rand' 函数。接下来，创建一个名为 NumRands 的 ColumnVector，它有 2 个元素，起始值为 10 和 1。创建一个 octave_value_list f_arg，它将 NumRands 作为其第一个参数，然后调用 feval 函数以使用 F_arg 执行 Octave rand 函数并期望产品。存储在 f_ret 中的结果转换为名为 unis 的矩阵。这使得在 C++ 程序中使用 Octave rand 函数生成一个 10x1 的随机数矩阵。

如何在 Linux 上安装 GNU Octave？

要在 Linux 上安装 GNU Octave，您可以选择以下方法

使用包管理器安装 GNU Octave

使用快捷键 Ctrl + Alt + T 打开终端。
使用给定的命令更新基于 Debian 的 Linux 发行版的包列表

命令

更新基于 CentOS/RHEL 的 Linux 发行版的包列表

命令

在基于 Debian 的 Linux 发行版中安装 Octave

命令

为基于 CentOS/RHEL 的 Linux 发行版安装 Octave

命令

手动方法

访问 GNU Octave 官方网站并下载源代码压缩包。
下载压缩包后，使用给定命令解压

命令

在上述命令中，将 x.y.z 替换为实际的 GNU Octave 版本。

命令

之后，使用给定命令配置、编译和安装

命令

./configure
make
sudo make install

使用 Flatpak 方法安装 GNU Octave

首先，如果尚未安装 Flatpak，请运行给定命令安装它（适用于基于 Debian 的发行版）

命令

为基于 CentOS/RHEL 的 Linux 操作系统安装 GNU

命令

现在，添加 Flathub 存储库

命令

flatpak remote-add --if-not-exists flathub
https://flathub.org/repo/flathub.flatpakrepo

安装 Octave

命令

如何在 Windows 上安装 GNU Octave？

要在 Windows 上安装 GNU Octave，请按照以下步骤操作

访问 GNU Octave 网站并导航到下载部分。
从那里下载 GNU Octave。
在下一个窗口中，单击 MS Windows。
然后，单击 Octave 6.4.0 installer.exe 按钮下载 .exe 文件。

GNU Octave 包含几个有用的包，可增强其功能。这些包如下：

图像包由几个用于图像处理的函数组成。
控制包它提供基于 SLICOT 库的计算机辅助控制系统设计 (CACSD) 工具。
数据框包几乎类似于 R 编程语言的 data.frame。它是一个用于数据操作的必备有用包。
计量经济学包包括最大似然估计 (MLE) 和广义矩量法 (GMM) 技术。
VLFeat 包实现了流行的计算机视觉算法，如 HOG、SIFT、k-means 等。
LIBSVM 和 LIBLINEAR 包库用于支持向量机和机器学习技术。
GeoPDEs 包用于偏微分方程中的等几何分析，这与数学相关。
仪器控制包提供用于许多接口的低级 I/O 函数，例如串行、i2c 等。

GNU Octave 的历史

GNU Octave 的想法是由 James B. Rawlings 和 John G. Ekerdt 在 1998 年准备化学反应器设计课程时提出的。他们需要一个软件工具来配合他们的课程，但发现现有的解决方案不够用。1992 年，Rawlings 的前学生 John W. Eaton 开始将该项目作为他的博士论文的一部分进行研究。最初的开发由能源部和国家科学基金会资助。

GNU Octave 的第一个 alpha 版本于 1994 年发布。该软件旨在作为 MATLAB 的免费替代品，MATLAB 广泛使用但属于专有软件。1996 年，GNU Octave 1.0 正式发布。此版本提供了基本功能，并将 Octave 确立为数值计算的宝贵工具。在 2000 年代初期，Octave 继续开发并添加了更多功能。改进了性能并增强了与 MATLAB 的兼容性。用户社区不断壮大，为软件的开发和支持做出了贡献。

2007 年，GNU Octave 采用了 GNU 通用公共许可证 (GPL) 第 3 版。这确保了 Octave 仍然是免费和开源的。2010 年，Octave 发布了一些图形和用户界面的重大改进。GUI 的开发开始了。它使 Octave 对新用户更易于访问。2015 年，Octave 4.0 发布。此版本首次包含图形用户界面 (GUI)。这是一个重要的变化，使 Octave 更人性化。

2017 年，Octave 4.2 对绘图系统进行了重大概述，使其更高效并与 MATLAB 的绘图函数兼容。2018 年，Octave 5.0 发布，引入了几个新功能和性能改进。Octave 通过频繁的更新和改进不断发展。重点一直放在提高性能、改善与 MATLAB 的兼容性以及扩展软件的功能上。

结论

GNU Octave 是 MATLAB 的一个强大且开源的替代方案。该编程语言擅长数值计算和数据可视化。凭借其 MATLAB 语法、强大的功能和强大的社区支持，它同时提供教育和商业服务。Octave 的多功能性和简洁性使其在数值分析和算法开发方面独树一帜。

下一个主题如何在 Linux 中安装 Discord？

← 上一步下一步 →

GNU Octave

什么是 GNU Octave？

GNU Octave 提供的功能

语法兼容性

语法是数学导向的

预装的绘图和可视化工具

跨平台

免费和开源

语言和语法

用途

绘图和可视化

可扩展性

互操作性

命令行和 GUI

与 MATLAB 的兼容性

函数兼容

用户界面 (UI)

GUI 应用

命令历史

数据结构

短路布尔运算符

增量和减量运算符

展开保护

可变长度参数列表

可变长度返回列表

与 C++ 集成

如何在 Linux 上安装 GNU Octave？

使用包管理器安装 GNU Octave

手动方法

使用 Flatpak 方法安装 GNU Octave

如何在 Windows 上安装 GNU Octave？

GNU Octave 的历史

结论

联系信息

关注我们

教程

面试题

在线编译器

Python

Java

.Net Framework

AI, ML and Data Science

Cloud Technology

B.Tech and MCA

Web Technology

PHP

Software Testing

Technical Interview

Java Interview

Python

Web Interview

Database Interview

B.Tech / MCA

Important Interview

Software Testing Interview

Company Interviews

Online Compilers

Multiple Choice Questions

Linux Unix 工具

选择题

错误代码

Linux Man 页

Linux 系统管理

Linux vi 编辑器

Linux 编辑器

Linux 杂项

Linux 网络

Shell 命令

文件安全

Linux Regex

Linux 教程

Linux I/O 重定向

使用 Linux 进行编程

AWK 命令

Linux 过滤器

Linux 文件系统层级

Linux 进程

Linux 文件内容

Linux 文件

Linux 用户

Linux 命令

Linux 目录

GNU Octave

什么是 GNU Octave？

GNU Octave 提供的功能

语法兼容性

语法是数学导向的

预装的绘图和可视化工具

跨平台

免费和开源

语言和语法

用途

绘图和可视化

可扩展性

互操作性

命令行和 GUI

与 MATLAB 的兼容性

函数兼容

用户界面 (UI)

GUI 应用

命令历史

数据结构

短路布尔运算符

增量和减量运算符

展开保护

可变长度参数列表

可变长度返回列表

与 C++ 集成

如何在 Linux 上安装 GNU Octave？

使用包管理器安装 GNU Octave

手动方法

使用 Flatpak 方法安装 GNU Octave

如何在 Windows 上安装 GNU Octave？

GNU Octave 的历史

结论

相关帖子

在 Linux 中查找 IP 地址

如何在 Linux 上安装 OpenTTD？