Octave

Dieser Artikel wurde für die folgenden Ubuntu-Versionen getestet:

Ausbaufähige Anleitung

Dieser Anleitung fehlen noch einige Informationen. Wenn Du etwas verbessern kannst, dann editiere den Beitrag, um die Qualität des Wikis noch weiter zu verbessern.


Anmerkung: Die Integration mit #gedit könnte ein neues Bildschirmfoto gebrauchen. Interessant wäre auch, wie es um den #Ausblick steht.

./octave_logo.png GNU Octave 🇬🇧 ist eine interaktive Skriptsprache zur Lösung von Problemstellungen aus dem Bereich der numerischen Mathematik. Die Syntax von Octave ist weitgehend mit der des bekannten proprietären Mathematikprogramms Matlab identisch. Octave kann auch komplexe Grafiken in 2D und 3D ausgeben. Zur grafischen Darstellung können verschiedene Funktionsplotter verwendet werden. Neuere Versionen bringen eine komplette Entwicklungsumgebung mit. Einsatzgebiete von Octave sind unter anderem:

Installation

Octave wird in kleineren, zeitlich oft relativ dicht aufeinander folgenden Schritten entwickelt. Daher gibt es häufig neue Versionen, bei denen sich jedoch oft nur Kleinigkeiten ändern. Man hat also die Wahl, entweder die Version aus den offiziellen Paketquellen zu benutzen, eine Fremdquelle zu verwenden oder die neueste Version selbst zu kompilieren.

Offizielle Paketquellen

Um mit Octave arbeiten zu können, müssen folgende Pakete installiert [1] werden:

Paketliste zum Kopieren:

sudo apt-get install octave octave-doc gnuplot 

Oder mit apturl die Pakete installieren. Link: apt://octave,octave-doc,gnuplot

PPA

Ein "Personal Package Archiv" (PPA) [2] enthält bis Ubuntu 16.04 das aktuelle Octave.

Adresszeile zum Hinzufügen des PPAs:

Hinweis!

Zusätzliche Fremdquellen können das System gefährden.


Ein PPA unterstützt nicht zwangsläufig alle Ubuntu-Versionen. Weitere Informationen sind der Wiki/Vorlagen/PPA/ppa.png PPA-Beschreibung des Eigentümers/Teams octave zu entnehmen.

Damit Pakete aus dem PPA genutzt werden können, müssen die Paketquellen neu eingelesen werden.

Nach der Aktualisierung der Paketquellen können die folgenden Pakete installiert werden:

Paketliste zum Kopieren:

sudo apt-get install octave octave-doc octave-htmldoc 

Oder mit apturl die Pakete installieren. Link: apt://octave,octave-doc,octave-htmldoc

Octave selbst kompilieren

Wer die allerneueste Version von GNU Octave benutzen möchte, kann das Programm selbst kompilieren [3]. Dazu müssen zunächst einige Pakete installiert werden:

Paketliste zum Kopieren:

sudo apt-get install libqhull-dev libginac-dev libhdf5-serial-dev libfftw3-dev gfortran libumfpack5.7.1 libreadline6-dev 

Oder mit apturl die Pakete installieren. Link: apt://libqhull-dev,libginac-dev,libhdf5-serial-dev,libfftw3-dev,gfortran,libumfpack5.7.1,libreadline6-dev

Jetzt lädt man das Paket der neuesten (stabilen) Version von der Download-Seite ⮷ herunter und entpackt [4] die Dateien ins Homeverzeichnis. Anschließend kann Octave kompiliert werden.

Benutzung

Octave wird standardmäßig über die Kommandozeile [5] ausgeführt, wo die entsprechenden Befehle direkt eingegeben werden. Nach einem Druck auf wird die soeben eingegebene Zeile sofort interaktiv verarbeitet und evtl. eine Ausgabe erzeugt. Es gibt jedoch auch die Möglichkeit, Octave über eine grafische Oberfläche zu verwenden. Diese bietet noch einige Zusatzfunktionen.

Interaktiver Text-Modus

Das installierte Programm wird im Terminal mit dem Befehl octave gestartet. Bei der Arbeit in diesem interaktiven Modus wird jeder Befehl einzeln eingegeben und das Ergebnis wird sofort angezeigt.

In folgendem einfachen Beispielaufruf wird eine Matrix und ein Vektor definiert und anschließend eine Multiplikation durchgeführt:

octave:1> A = [1 3 5; 2 4 6; 7 8 1];
octave:2> b = [0.5; 3.5; 7];
octave:3> c = A*b
c =

   46.000
   57.000
   38.500 

Die genaue Anweisungs-Syntax und viele hilfreiche Berechnungsbeispiele finden sich in den Links. Aufgrund der hohen Kompatibilität kann aber auch jedes MATLAB Buch hilfreich sein.

Erstellung und Aufruf von Skripten

Bei größeren Berechnungen ist es meist sinnvoller, die Befehle in einer Textdatei abzuspeichern, anstatt alles manuell einzugeben. Diese Skripte haben sowohl unter Matlab als auch bei Octave die Endung .m und können direkt aus dem interaktiven Modus von Octave oder z.B. mit einem Editor aufgerufen werden.

Dazu muss Octave allerdings im Verzeichnis des Skripts gestartet sein, oder das Arbeitsverzeichnis von Octave manuell mit dem Befehl cd ORDNER verändert werden. Zum Aufruf gibt man nur den Namen des Skripts ohne Endung ein. In diesem Beispiel wird Berechnung.m im Unterordner Skripte aufgerufen:

octave:1> cd Skripte
octave:2> Berechnung 

Funktionen, die in einem Skript des Arbeitsverzeichnisses definiert sind, stehen darüber hinaus automatisch zur Verfügung und müssen nicht gesondert geladen werden.

Für den einmaligen Aufruf eines Skripts aus dem Terminal kann Octave der Dateiname auch direkt als Startparameter übergeben werden:

octave Skripte/Berechnung.m 

Graphische Ausgabe

Mit Octave lassen sich mathematische Elemente, beispielsweise Funktionen, auch sehr einfach grafisch ausgeben. Dazu wird ein sog. Funktionsplotter verwendet. Der Standardplotter unter Octave (aber auch bei vielen anderen Linux-Programmen) ist Gnuplot. Mit diesem Programm können sowohl 2D- als auch 3D-Grafiken ausgegeben werden.

Grafiken werden durch den Aufruf des Befehls plot (für 2D-Grafiken) oder mesh (für 3D-Grafiken) angezeigt. Durch weitere Parameter lassen sich verschiedene Eigenschaften wie Linienstärke, Form (z.B. als einzelne Punkte) oder Farbe auswählen. Bei 2D-Objekten kann auch ein Gitternetz mit Hilfslinien eingeblendet werden. Außerdem kann man die Achsen beschriften und dem Bild einen Titel zuweisen.

./octave_2d_quantal.png./octave_3d_quantal.png
2D-Ausgabe einer Funktion3D-Ausgabe einer Funktion
x = -10:.1:10;
y = sin(x).*exp(-abs(x));
plot(x,y);
grid;
x = -3 : .1 : 3;
y = -3 : .1 : 3;
[xx, yy] = meshgrid(x, y);
z = exp(-xx.^2 - yy.^2);
mesh(x, y, z);

Graphische Benutzeroberflächen

Seit Version 4.0 ist die Oberfläche standardmäßig aktiviert und der Zusatz beim Starten von Octave ist nicht mehr nötig.

Aufruf durch gedit

Mit Hilfe des Plugins Externe Werkzeuge kann ein Octave-Skript direkt aus gedit heraus aufgerufen werden. Dazu muss diese Erweiterung zuerst im Menüpunkt "Einstellungen" von gedit aktiviert werden. Die richtige Konfiguration und Benutzung kann dem Bildschirmfoto entnommen werden.

unskaliert Seit Ubuntu 9.10 hat sich der dargestellte Dialog hingegen etwas verändert, so dass nun ein großes Textfeld zu sehen ist. Dort tippt man die folgenden Zeilen ein:

1
2
#!/bin/sh
octave -q $GEDIT_CURRENT_DOCUMENT_NAME

Falls die korrekte Syntax-Hervorhebung nicht automatisch aktiviert wurde, findet man sie in der Kategorie "Skripte/Wissenschaftlich → Octave".

Erweiterungen

Octave-Forge

Octave-Forge 🇬🇧 stellt eine enorme Menge an nützlichen Zusatzpaketen für Octave zur Verfügung. Die Fülle der Erweiterungs-Möglichkeiten reicht von A wie Audio-Verarbeitung bis Z wie Zenity-Integration.

Zusatzpakete können entweder über die offiziellen Paketquellen (oftmals veraltet!) oder auch leicht direkt aus der Octave-Eingabeaufforderung (Prompt) heraus nach- und auch wieder deinstalliert werden. Die Installation eines heruntergeladenen Archivs ⮷ in das Homeverzeichnis kann mit folgendem Octave-Befehl vorgenommen werden:

octave:1> pkg install ARCHIVNAME.tar.gz 

Um ein Zusatzpaket wieder zu deinstallieren, geht man wie folgt vor:

octave:1> pkg uninstall ARCHIVNAME 

Ausführliche Informationen zur manuellen In- und Deinstallation von Zusatzpaketen sind in der Dokumentation 🇬🇧 nachzulesen.

Alternative Plotter

EpsTk

Dieser alternative Plotter erstellt hochwertige Postscript-Dateien anstelle einer graphischen Anzeige. Die Installation erfolgt über folgendes Paket:

  • octave-epstk (universe, EPS-Dateien erstellen, bis 16.04)

Paketliste zum Kopieren:

sudo apt-get install octave-epstk 

Oder mit apturl die Pakete installieren. Link: apt://octave-epstk

Nach der Installation kann der Plotter über eigene Funktionen aufgerufen werden, beispielsweise eplot(x,y) anstelle von plot(x,y). Deren Verwendung wird in der beiliegenden Dokumentation genau erklärt, die sich im Ordner /usr/share/doc/octave-epstk findet.

Ausblick

Das Paket octave-pfstools erlaubt die Verwendung der pfs-Tools 🇬🇧 im Zusammenspiel mit Octave und Gnuplot. Bei den Psf-Tools handelt es sich um Werkzeuge zur Erstellung und Manipulation von sog. HDR-Bildern (oder auch Videos). Diese haben einen wesentlich höheren Kontrast und viel mehr Farbnuancen als normale digitale Bilder.

Vermutlich wird diese Technik im Zusammenhang mit der grafischen Ausgabe von Octave genutzt werden. Nähere Informationen zu HDR unter Linux findet man in der Zeitschrift Linux User, Ausgabe 09/2008 🇩🇪.

Tutorials