Khám phá Linux - một nền tảng máy tính khoa học

Linux trong cộng đồng khoa học Sẽ không có gì ngạc nhiên rằng Linux là một sự hiện diện điển hình trong cộng đồng khoa học. Có rất nhiều giải pháp từ các hệ thống điện toán hiệu năng cao đến các phần mềm hiển thị trực quan. Thậm chí còn có một bản phân phối đầy đủ dựa trên Red Hat (bản Linux dành cho doanh nghiệp) tập trung vào khả năng tính toán khoa học, được gọi là Scientific Linux. ...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Khám phá Linux - một nền tảng máy tính khoa học Khám phá Linux - một nền tảng máy tính khoa họcLinux trong cộng đồng khoa họcSẽ không có gì ngạc nhiên rằng Linux là một sự hiện diện điển hình trong cộng đồng khoa học.Có rất nhiều giải pháp từ các hệ thống điện toán hiệu năng cao đến các phần mềm hiển thị trựcquan. Thậm chí còn có một bản phân phối đầy đủ dựa trên Red Hat (bản Linux dành cho doanhnghiệp) tập trung vào khả năng tính toán khoa học, được gọi là Scientific Linux.Bản phân phối Sage và Python của EnthoughtBài này xem xét hai cách khác nhau về sử dụng một máy trạm Linux cho quá trình tính toánkhoa học. Cách đầu tiên là hệ thống toán học nguồn mở Sage và cách thứ hai là Bản phân phốiPython của Enthought (EPD). Cả hai cách đều sử dụng một số công cụ Python nguồn mở cốt lõiđể thực hiện những việc phức tạp. Nếu bạn muốn thử chúng, hãy cài đặt các đoạn mã riêng lẻbằng cách sử dụng hệ điều hành Ubuntu.Sage có ưu điểm hơn trong hai cách trên ở chỗ nó có nhiều hơn một lớp vỏ qua một số các côngcụ bên dưới khác nhau. Thậm chí từ dòng lệnh Sage bạn có thể tương tác với các sản phẩmthương mại như MATLAB hoặc Mathematica. Tại dấu nhắc của Sage, về cơ bản bạn tương tácvới IPython bằng việc truy cập vào tất cả các tính năng của nó. Bạn cũng phải suy nghĩ về cácđối tượng và các phương pháp khi bạn bắt đầu tìm hiểu những khả năng của Sage. Sage bao gồmmột số các hệ thống đại số của máy tính khác nhau và cho phép người dùng tương tác với chúngtừ dòng lệnh.Điều quan trọng cần lưu ý rằng Sage dựa trên Python nhưng có phân tích trước cú pháp từng câulệnh trước khi chuyển nó tới trình thông dịch Python. Điều này có thể gây ra một số nhầm lẫnkhi xem xét các lệnh Sage tương tác đơn giản. Lý do cơ bản đối với hành vi này là mong muốnthực hiện gõ các lệnh vào Sage theo nghĩa toán học càng trực quan càng tốt. Một ví dụ hay là kýhiệu lũy thừa. Trong Python thuần túy, bạn phải gõ 2**4 để làm cho lũy thừa hai thành bốn.Trong Sage bạn sử dụng ký hiệu mũi tên lên (^), như là 2^4. Sage cũng xử lý một số hoạt độngví dụ như chia số nguyên khác với Python cơ bản.NumPy và SciPyHai đoạn mã trò chơi câu đố cơ bản nổi tiếng nhất với cả hai Sage và EDP là NumPy và SciPy.Cả hai dự án đã được dùng từ giữa đến cuối những năm 1990 và ban đầu được khởi động bởiTravis Oliphant, hiện nay là một nhân viên tại Enthought. NumPy cung cấp các phương thức sốcốt lõi để thao tác các mảng và các ma trận. SciPy phụ thuộc vào NumPy với cấu trúc dữ liệumảng cơ bản của nó và chứa một loạt các mô đun dùng cho tất cả mọi thứ từ đại số tuyến tínhđến xử lý tín hiệu. Enthought là nhà tài trợ của cả hai dự án và tiếp tục đóng góp rất nhiều vàophiên bản mới.Về đầu trangCài đặt SageCó sẵn một số tùy chọn để cài đặt Sage. Để xem xét qua về Sage mà không cần cài đặt, bạn cóthể sử dụng một phiên bản trực tiếp từ đĩa CD. Bạn cũng có thể chạy đĩa CD trực tiếp trong mộtmáy ảo như Oracle VM VirtualBox hay VMware Player. Bài này xem xét việc cài đặt Sage trêncả hai máy tính vật lý và máy ảo đang chạy phiên bản Ubuntu (12.04) mới nhất.Máy tính vật lýCài đặt Sage từ nguồn là phương pháp tin cậy nhất trên Unbuntu 12.04 bởi vì hệ điều hành nàychỉ mới được phát hành gần đây. Tải tệp tarball nguồn và giải nén nó vào một thư mục thuậntiện. Bạn cũng cần cài đặt một số thư viện cần thiết trước khi tiến hành build, bạn có thể thựchiện việc này bằng các lệnh sau đây:sudo apt-get install build-essential gfortransudo apt-get install texlive xpdf evincesudo apt-get install tk8.5-devSau khi cài đặt các thư viện cần thiết, bạn đã sẵn sàng build Sage, bạn có thể chạy với lệnh sauđây:makeLúc này, hãy đi xem phim hoặc chợp mắt một lát. Toàn bộ quá trình build có thể mất vài giờ trênmột máy tính để bàn thông thường. Bạn sẽ thấy một màn hình như trong Hình 1 nếu tất cả mọithứ đang được biuld một cách chính xác.Hình 1. Màn hình xây dựng SageMáy ảoViệc cài đặt trên một máy ảo là một tùy chọn tốt nếu bạn không thích mạo hiểm và chỉ muốn bắtđầu sử dụng Sage. Một gói OVA (Open Virtualization Archive – Tệp lưu trữ ảo hóa mở) hiện cósẵn để tải về trên trang web Sage cùng với các gói tệp nhị phân cho Fedora 16 và Ubuntu10.04.3. OVA là một gói tệp duy nhất (về thực chất là một tệp tar) có chứa tất cả các tệp cần thiếtđể khởi chạy máy ảo theo OVF (Open Virtualization Format – Định dạng ảo hóa mở).Về đầu trangSử dụng SageKhi bạn đã cài đặt xong Sage, bạn đã sẵn sàng bắt đầu cuộc hành trình khám phá và khai tháctoán học. Sage vừa có một dòng lệnh và vừa có một giao diện dựa trên web.Giao diện dòng lệnhĐể khởi chạy phiên bản dòng lệnh từ thư mục, nơi bạn đã build Sage, bạn chỉ cần gõ lệnh sau:./sageHình 2 cho thấy một ví dụ về trình thông dịch Sage và một số cách diễn giải toán học đã đề cập ởtrên.Hình 2. Các cách diễn giải toán học và giao diện dòng lệnh của SageSự khác biệt trong phép chia số nguyên liên quan tới cách Python xử lý kiểu phép toán (sốnguyên, ...