不知道經常需要做科學計算的朋友們有沒有這樣的好奇：在 Linux 系統下使用什么工具呢？說到科學計算，首先想到的肯定是 Matlab，如果再說到符號計算，那就非 Mathematica 不可了。可惜，以上兩款軟件都是商業軟件。雖然破解版滿天飛，但是這不符合開源世界的邏輯。在 Linux 系統下，也有非常不錯的科學計算工具，包括符號計算的也有。下面我就來隆重向大家推薦幾款。
Octave##
這款軟件是 GNU 出品，在 GNU 的在線文檔網站上可以下載到它的完整的幫助文檔，我喜歡 pdf 版，可以一口氣從頭讀到尾，很舒服。從語法角度講，Octave 和 matlib 完全兼容。下面是其運行效果圖：
它也有 GUI 界面的包裝，那就是 QtOctave，如下圖：
在 Ubuntu 下該軟件的安裝非常簡單，使用如下命令即可：
sudo apt-get install octave
sudo apt-get install qtoctave
Maxima##
數值計算使用 Octave，那么符號計算就少不了 Maxima 了。由於符號計算中，數學公式的顯示也是非常重要的一環，所以我喜歡用它的 GUI 封裝 wxMaxima，該軟件使用如下命令安裝：
sudo apt-get install wxmaxima
下面是它的運行效果圖：
有了 GUI 的封裝，我們的學習曲線都要簡單很多，因為它的功能都在它的菜單欄中體現出來了。只不過，目前的 wxMaxima 似乎有一個致命的 bug，在我的 Ubuntu 上，只要在對話框中輸入括號它就會崩潰。Maxima 也自帶完善的文檔，如下圖：
符號運算不僅能對各種數學公式進行運行、變形、化簡，也可以直接對函數作圖，如下圖：
但是以上介紹的都不是重點。下面的工具才是我這篇隨筆的重量級嘉賓。它就是：
IPython-Notebook##
使用 python 進行科學計算最近幾年很火，主要得益於 python 語言和Numpy、SciPy、pandas、matplotlib、SymPy 等庫。另外一個大殺器就是 ipython-notebook，它可以說是提供了在數學方面讀寫算加畫圖一條龍的服務了。Ubuntu 對 Python 的支持真心不錯，先使用下面的命令將以上庫全部安裝：
sudo apt-get install pandas
sudo apt-get install sympy
不是說全部安裝嗎？怎么只有兩個命令？因為安裝 pandas 時 NumPy、SciPy、matplotlib 都作為依賴項自動安裝了，只有符號計算庫 SymPy 需要另外安裝。然后，使用如下命令安裝 ipython-notebook：
sudo apt-get install ipython-notebook
同理，IPython 也作為依賴項自動安裝了。然后使用如下命令啟動 ipython-notebook：
ipython notebook --pylab=inline
然后 ipython-notebook 就在瀏覽器中啟動了。不錯，這是一個 BS 應用，我們啟動它時會在我們的機器上建立一個簡單的服務器，然后用瀏覽器訪問這個服務器就可以使用 ipython-notebook 了，遠程訪問也行。下面是運行效果：
新建一個筆記后，就會給我們一個輸入代碼的提示。ipython-notebook 中的內容是由一個一個的輸入區域組成的，稱為 Cell。每一個 Cell 除了可以輸入代碼，還可以輸入 Markdown、rawtext、heading，如上圖中的選項所示。下面是輸入 Markdown 的效果圖：
按 Shift+Enter 即可結束該區域的輸入，並執行和顯示效果。如果以后要重新編輯里面的內容，雙擊該區域即可。Markdown 區域也是支持 MathJax 的哦，如下圖：
下面看看使用 NumPy 來進行數值計算和繪圖的效果：
使用 pandas 進行數據分析並繪圖的效果：
最后，看看使用 SymPy 進行符號計算的效果：
從上圖可以看到，SymPy 的 latex 函數可以把輸出的數學公式轉換成 LaTeX 代碼，不過該代碼有點問題，它里面每個反斜杠都變成了雙反斜杠。將該 LaTeX 代碼復制、修改后，輸入 Markdown 區域就可以看到完美的數學公式了。
我們在 IPython-Notebook 中建立的筆記是可以保存的，而且保存的是純文本的 JSON 格式，所以可以非常方便地把它放到 GitHub 進行分享。從 IPython-Notebook 的幫助菜單可以很方便地導航到 NumPy、SciPy、matplotlib、pandas、SymPy 的幫助文檔。在 matplotlib 的官網中，還專門有一個 gallary 頁面，里面有各種圖表的縮略圖和代碼，對我們的學習真的是很有幫助哦。
這一篇隨筆和前面的兩篇加起來，就基本上完成了進行數學工作的工具論。希望大家喜歡，多給點推薦。
（京山游俠於2015-01-07發布於博客園，轉載請注明出處。）