J (язык программирования) - J (programming language)

J
Разработано	Кеннет Э. Айверсон , Роджер Хуэй
Разработчик	JSoftware
Впервые появился	1990 ; 31 год назад
Стабильный выпуск	J901 / 15 декабря 2019 г . ; 22 месяца назад
Печатная дисциплина	динамичный
Операционные системы	Кроссплатформенность : Windows , Linux , macOS , Android , iOS , Raspberry Pi
Лицензия	GPLv3
Веб-сайт	www .jsoftware .com
Основные реализации
	J
Под влиянием
	APL
Под влиянием
	NumPy , Суперколлайдер

Язык программирования J , разработанный в начале 1990-х годов Кеннетом Э. Айверсоном и Роджером Хи , представляет собой язык программирования массивов, основанный в основном на APL (также разработанном Иверсоном).

Чтобы избежать повторения проблемы со специальными символами APL, J использует только базовый набор символов ASCII , прибегая к использованию точки и двоеточия в качестве перегибов для формирования коротких слов, подобных орграфам . Большинство таких первичных (или примитивных ) J-слов служат математическими символами, при этом точка или двоеточие расширяют значение основных доступных символов. Кроме того, многие символы, которые в других языках часто должны быть объединены в пары (например, [] {} "" ``или <>), рассматриваются J как отдельные слова или, при склонении, как односимвольные корни многосимвольных слов.

J - очень сжатый язык программирования массивов , который больше всего подходит для математического и статистического программирования, особенно при выполнении операций с матрицами . Он также использовался в экстремальном программировании и анализе производительности сети .

Подобно языкам Джона Бэкуса FP и FL , J поддерживает программирование на уровне функций с помощью своих функций неявного программирования .

В отличие от большинства языков, поддерживающих объектно-ориентированное программирование , гибкая схема иерархического пространства имен J (где каждое имя существует в определенной локали ) может эффективно использоваться в качестве основы как для объектно-ориентированного программирования на основе классов, так и на основе прототипов .

С марта 2011 года J является бесплатным программным обеспечением с открытым исходным кодом под Стандартной общественной лицензией GNU версии 3 (GPLv3). Можно также приобрести источник по договорной лицензии.

Примеры

J допускает безточечный стиль и функциональную композицию . Таким образом, его программы могут быть очень краткими, и некоторые программисты считают их трудными для чтения .

"Hello, World!" программа в J

  'Hello, world!'

Эта реализация hello world отражает традиционное использование J - программы вводятся в сеанс интерпретатора J, и отображаются результаты выражений. Также возможно организовать выполнение J-скриптов как автономных программ. Вот как это может выглядеть в системе Unix :

   #!/bin/jc
   echo 'Hello, world!'
   exit ''

Исторически сложилось так, что APL использовалось /для обозначения складки , поэтому +/1 2 3было эквивалентом 1+2+3. Между тем, деление было представлено символом математического деления ( ÷). Поскольку ASCII не содержит символа деления как такового , J использует% для представления деления в качестве визуального приближения или напоминания. (Это частично иллюстрирует мнемонический характер токенов J и некоторые затруднения, возникающие при использовании ASCII.)

Определение J-функции с именем avgдля вычисления среднего числа чисел дает:

  avg=: +/ % #

Это тестовое выполнение функции:

  avg 1 2 3 4
2.5

# подсчитывает количество элементов в массиве. +/ суммирует элементы массива. % делит сумму на количество элементов. Выше, ср определяется с помощью поезда из трех глаголов ( +/, %и #) называется вилкой . В частности, (V0 V1 V2) Nyэто то же самое, (V0(Ny)) V1 (V2(Ny))что показывает некоторую силу J. (Здесь V0, V1 и V2 обозначают глаголы, а Ny обозначает существительное).

Некоторые примеры использования avg:

  v=: ?. 20 $100     NB. a random vector
  v
46 55 79 52 54 39 60 57 60 94 46 78 13 18 51 92 78 60 90 62
  avg v
59.2

  4 avg\ v            NB. moving average on periods of size 4
58 60 56 51.25 52.5 54 67.75 64.25 69.5 57.75 38.75 40 43.5 59.75 70.25 80 72.5

  m=: ?. 4 5 $50     NB. a random matrix
  m
46  5 29  2  4
39 10  7 10 44
46 28 13 18  1
42 28 10 40 12

  avg"1 m             NB. apply avg to each rank 1 subarray (each row) of m
17.2 22 21.2 26.4

Ранг является важным понятием в J. Его значение в J похоже на значение selectв SQL и whileв C .

Реализация быстрой сортировки из J Dictionary дает:

   sel=: adverb def 'u # ['
   
   quicksort=: verb define
    if. 1 >: #y do. y
    else.
     (quicksort y <sel e),(y =sel e),quicksort y >sel e=.y{~?#y
    end.
   )

Ниже приведена реализация быстрой сортировки, демонстрирующая неявное программирование . Последнее включает в себя составление функций вместе и без явной ссылки на какие-либо переменные. Поддержка J вилок и перехватчиков диктует правила того, как аргументы, применяемые к этой функции, будут применяться к ее компонентным функциям.

   quicksort=: (($:@(<#[), (=#[), $:@(>#[)) ({~ ?@#)) ^: (1<#)

Сортировка в J обычно выполняется с помощью встроенных (примитивных) глаголов /:(сортировка вверх) и \:(сортировка вниз). Пользовательские сортировки, такие как быстрая сортировка, описанная выше, обычно служат только для иллюстрации.

В следующем примере демонстрируется использование глагола $:со ссылкой на себя для рекурсивного вычисления чисел Фибоначчи:

1:`($:@-&2+$:@<:)@.(>&2)

Эта рекурсия также может быть выполнена путем обращения к глаголу по имени, хотя это, конечно, возможно только в том случае, если глагол назван:

fibonacci=:1:`(fibonacci@-&2+fibonacci@<:)@.(>&2)

Следующее выражение показывает число Пи с n цифрами и демонстрирует расширенные возможности точности J:

  n=: 50                      NB. set n as the number of digits required
  <.@o. 10x^n                 NB. extended precision 10 to the nth * pi
314159265358979323846264338327950288419716939937510

Глаголы и модификаторы

Программа или подпрограмма - то, что принимает данные на входе и производит данные на выходе, - называется глаголом . J имеет богатый набор предопределенных глаголов, каждый из которых автоматически работает с несколькими типами данных: например, глагол i. поиск в массивах любого размера для поиска совпадений:

   3 1 4 1 5 9 i. 3 1  NB. find the index of the first occurrence of 3, and of 1
0 1
   3 1 4 1 5 9 i: 3 1  NB. find the index of the last occurrence of 3, and of 1
0 3

Пользовательские программы можно именовать и использовать везде, где разрешены примитивы.

Сила J в значительной степени зависит от его модификаторов : символов, которые принимают существительные и глаголы в качестве операндов и применяют операнды определенным образом. Например, модификатор / берет один операнд, глагол слева от него, и производит глагол, который применяет этот глагол между каждым элементом своего аргумента. То есть + / - это глагол, определяемый как «применять + между элементами вашего аргумента». Таким образом, предложение

   +/ 1 2 3 4 5

производит эффект

   1 + 2 + 3 + 4 + 5

   +/ 1 2 3 4 5
15

У J есть примерно два десятка таких модификаторов. Все они могут применяться к любому глаголу, даже к глаголу, написанному пользователем, и пользователи могут писать свои собственные модификаторы. Хотя модификаторы сильны по отдельности, позволяя

повторное выполнение, т.е. do-while
условное исполнение, т.е. если
выполнение регулярных или нерегулярных подмножеств аргументов

некоторые из модификаторов управляют порядком, в котором выполняются компоненты, позволяя комбинировать модификаторы в любом порядке для создания неограниченного разнообразия операций, необходимых для практического программирования.

Типы и структуры данных

J поддерживает три простых типа:

Числовой
Литерал (символ)
В штучной упаковке

Из них у числового больше всего вариантов.

Один из числовых типов J - бит . Есть два битовых значения: 0 и 1 . Также биты могут быть сформированы в списки. Например, 1 0 1 0 1 1 0 0 это список из восьми бит. Синтаксически синтаксический анализатор J рассматривает это как одно слово. (Пробел распознается как словообразующий символ между числовыми словами.) Поддерживаются списки произвольной длины.

Кроме того, J поддерживает все обычные бинарные операции над этими списками, такие как и , или , исключающее или , поворот , сдвиг , not и т. Д. Например,

  1 0 0 1 0 0 1 0 +. 0 1 0 1 1 0 1 0     NB. or
1 1 0 1 1 0 1 0

  3 |. 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1             NB. rotate
1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1

J также поддерживает массивы битов более высокого порядка. Они могут быть сформированы в двумерные, трехмерные и т. Д. Массивы. Вышеупомянутые операции одинаково хорошо работают с этими массивами.

Другие числовые типы включают целое число (например, 3, 42), с плавающей запятой (3.14, 8.8e22), комплексное (0j1, 2.5j3e88), целое число повышенной точности (12345678901234567890x) и рациональную дробь (повышенной точности) (1r2, 3r4). Как и в случае с битами, они могут быть сформированы в виде списков или массивов произвольного размера. Как и в случае с битами, операции выполняются со всеми числами в массиве.

Списки битов можно преобразовать в целые числа с помощью #.глагола. Целые числа можно преобразовать в списки битов с помощью #:глагола. (При синтаксическом анализе J .(точка) и :(двоеточие) являются словообразующими символами. Они никогда не являются только токенами, если им не предшествуют символы пробела .)

J также поддерживает буквальный (символьный) тип. Литералы заключаются в кавычки, например, 'a'или 'b'. Списки литералов также поддерживаются с использованием обычного соглашения о заключении нескольких символов в кавычки, например 'abcdefg'. Обычно отдельные литералы имеют ширину 8 бит (ASCII), но J также поддерживает другие литералы ( Unicode ). Числовые и логические операции не поддерживаются для литералов, но поддерживаются операции, ориентированные на сбор данных (например, поворот).

Наконец, есть упакованный тип данных. Обычно данные помещаются в поле с помощью <операции (без левого аргумента; если есть левый аргумент, это будет операция « меньше» ). Это аналогично тому , C «с &операцией (без левого аргумента). Однако, если результат C &имеет ссылочную семантику, результат J <имеет семантику значения. Другими словами, <это функция, и она дает результат. Результат имеет 0 измерений, независимо от структуры содержащихся данных. С точки зрения J-программиста, < помещает данные в блок и позволяет работать с массивом блоков (он может быть собран с другими блоками и / или из блока может быть сделано несколько копий).

  <1 0 0 1 0
+---------+
|1 0 0 1 0|
+---------+

Единственный тип коллекции, предлагаемый J, - это массив произвольных размеров. Большинство алгоритмов можно очень кратко выразить с помощью операций с этими массивами.

Массивы J имеют однородную типизацию, например, список 1 2 3 представляет собой список целых чисел, несмотря на 1 то, что он немного. По большей части, подобные проблемы с типами прозрачны для программистов. Только некоторые специализированные операции обнаруживают различия по типу. Например, список 1.0 0.0 1.0 0.0 будет обрабатываться большинством операций точно так же, как и список 1 0 1 0 .

J также поддерживает разреженные числовые массивы, в которых ненулевые значения хранятся вместе с их индексами. Это эффективный механизм, при котором относительно небольшое количество ненулевых значений.

J также поддерживает объекты и классы, но они являются артефактом способа именования вещей, а не типами данных. Вместо этого литералы в рамке используются для обозначения объектов (и классов). Данные J имеют семантику значений, но объекты и классы нуждаются в эталонной семантике.

Другой псевдотип, связанный с именем, а не значением, - это файл с отображением в память.

Отладка

Рассечение последовательности Коллатца, начиная с 6

J имеет обычные возможности для остановки в случае ошибки или в определенных местах в глаголах. Он также имеет уникальный визуальный отладчик, называемый Dissect , который дает двухмерное интерактивное отображение выполнения одного J-предложения. Поскольку одно предложение J выполняет столько же вычислений, сколько вся подпрограмма на языках нижнего уровня, визуальное отображение весьма полезно.

Документация

Документация J включает словарь со словами в J, обозначенными как существительные , глаголы , модификаторы и т. Д. Основные слова перечислены в словаре , в котором соответствующие части речи указаны с помощью разметки. Обратите внимание, что глаголы имеют две формы: монадические (аргументы только справа) и диадические (аргументы слева и справа). Например, в " -1" дефис - монадический глагол, а в " 3-2" дефис - диадический глагол. Монадическое определение в основном не зависит от диадического определения, независимо от того, является ли глагол примитивным глаголом или производным глаголом.

Структуры управления

J предоставляет управляющие структуры (подробности здесь), аналогичные другим процедурным языкам. Знаменитые контрольные слова в каждой категории включают:

assert.
break.
continue.
for.
goto_label.
if. else. elseif.
return.
select. case.
throw.
try. catch.
while. whilst.

Смотрите также

K (язык программирования) - еще один язык под влиянием APL
Q - язык KDB + и новая объединенная версия K и KSQL.

использованная литература

внешние ссылки

Официальный сайт - JSoftware, создатели J
jsource на GitHub - Репозиторий
Изучение J - Введение в язык программирования J от Роджера Стоукса

Languages

In other projects