IDL程式语言

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具体描述

IDL(Interactive Data Language)是一个直译互动式的电脑语言,在科学和工程上已经有广泛的应用,尤其是在医学和遥测方面。其指令的语法简单易懂,接近人类的思考方式,容易学习;其计算和绘图的功能强大,可帮忙解决复杂的工作需求,所以深受科学家和工程师的喜爱。

本书特色

  适合IDL初学者的教科书
  可做为IDL专业使用者的参考书
  提供大量的图表和范例,帮助读者学习且活用IDL的指令
  各章具有独立性和完整性,可跳跃阅读
  IDL 8.x / 7.x / 6.x全适用

  IDL应用领域
  天文、太空、大气、海洋、地质、环境、生物、医学
  光电、农业、林业、渔业、光电,国防

  本书结构分成四大篇
  基本语法、进阶语法、数学运算、实务应用

著者信息

作者简介

许志浤


  1961年生于台南市

  学历:
  国立中央大学大气物理硕士
  美国阿拉斯加大学太空物理博士

  经历:
  国立中央大学 太空科学研究所 博士后副研究员
  日本名古屋大学 太阳地球环境研究所 讲师
  美国约翰霍普金斯大学 应用物理研究所 资深研究员
  目前是国立中央大学 太空科学研究所 教授兼所长

  专长:
  资料分析与模式化、太空物理

图书目录

前言

第一篇  基本语法
第一章  IDL 系统介绍
1.1  认识系统
1.2  软体安装的相关事项
1.3  系统环境的基本操作
1.4  系统环境的进阶操作
第二章  纯量的建立与运算
2.1  纯量的建立
2.2  指令的基本语法和操作
2.3  纯量的基本运算
第三章  向量的建立与运算
3.1  向量的建立
3.2  向量的操作
3.3  向量的数学操作
第四章  矩阵的建立与运算
4.1  矩阵的建立
4.2  矩阵的操作
4.3  矩阵的数学操作
第五章  阵列的建立与运算
5.1  阵列的建立和型态转换
5.2  阵列的下标操作
5.3  阵列的数学操作
5.4  阵列资讯的查询
第六章  基本绘图的实施
6.1  连结资料点的程序
6.2  绘制等值线的程序
6.3  其它与绘图相关的程序
6.4  控制绘图的系统变数
第七章  二维影像的绘图
7.1  影像的种类和格式
7.2  影像存取的相关函数
7.3  影像绘制的程序和函数
第八章  三维空间的绘图
8.1  立体曲面的绘制
8.2  三维座标系统的建立
8.3  三维绘图的实施

第二篇  进阶语法
第九章  特殊资料型态的介绍
9.1  特殊的资料型态
9.2  结构的实施
9.3  指标的实施
9.4  系统变数的客制化和查询
第十章  字串的处理
10.1  字串操作的目的和种类
10.2  字串操作的实施
10.3  档案路径的处理
第十一章  装置环境的设定
11.1  装置环境的种类
11.2  绘图视窗的操作
11.3  设置绘图装置的方式
第十二章  颜色的运用
12.1  颜色的电脑表示法
12.2  颜色表单的设置
12.3  颜色模式的转换
第十三章  字体的选择
13.1  文字的电脑表示法
13.2  字体的种类
13.3  字形位置的改变
第十四章  控制指令的运用
14.1  运算子的种类
14.2  控制指令的种类
14.3  运算子和回圈的联合运用
第十五章  副程式的实施
15.1  程式的种类和执行方式
15.2  主副程式之间资讯的传递
15.3  错误讯息的处理
第十六章  一般资料的存取
16.1  一般资料的介绍
16.2  存取资料的基本执行方式
16.3  读取资料的进阶执行方式
第十七章  特定资料格式的存取
17.1  特定资料格式的种类
17.2  存取特定影像格式的实施
17.3  科学资料格式的相关资讯

第三篇  数学运算
第十八章  微积分的计算
18.1  差分的计算
18.2  一维积分的计算
18.3  二维以上积分的计算
第十九章  线性代数的执行
19.1  矩阵的建立
19.2  矩阵的运算
19.3  矩阵的应用
第二十章  统计值的估计
20.1  统计的函数
20.2  直方图的制作和应用
20.3  错误桿的制作
第二十一章  拟合的实施
21.1  拟合的功用
21.2  多项式拟合的实施
21.3  非线性拟合的实施
第二十二章  内插的运作
22.1  内插的定义和应用
22.2  一维和二维的内插
22.3  三维内插的实施

第四篇  实务应用
第二十三章  时间序列资料的绘制
23.1  时间格式的转换
23.2  时间轴的绘制
第二十四章  频谱的分析
24.1  频谱分析所需的函数
24.2  频谱分析的实施
24.3  讯号泸波的实施
第二十五章  地图的绘制
25.1  座标系统的转换
25.2  地图绘制的实施
25.3  地图和影像的套叠
第二十六章  动画档的建立
26.1  支援的动画格式
26.2  GIF动画档的制作
26.3  MPEG动画档的制作
第二十七章  数位影像的处理
27.1  像素位置的变换
27.2  影像处理的进阶技术
27.3  物体形状的萃取和分析
27.4  影像与画框的套叠
第二十八章  感兴趣区域的分析
28.1  滑鼠的控制
28.2  感兴趣区域的选择与发展
28.3  感兴趣区域的标示与统计
第二十九章  图形界面的设计
29.1  图形元件的介绍
29.2  处理界面事件的方式
29.3  图形界面程式的范例
第三十章  物件绘图的制作
30.1  物件绘图的介绍
30.2  物件绘图的实施
30.3  物件绘图的范例

参考书籍
英文索引
中英文对照表

图书序言

前言

  IDL(Interactive Data Language)是一个直译互动式的电脑语言,在科学和工程上已经有广泛的应用,尤其在医学和遥测方面。其指令语法简单易懂,接近人类的思考方式,其计算和绘图功能强大,可帮忙解决复杂的工作需求,所以深受科学家和工程师的喜爱。它与学习其它电脑语言一样,基本的概念和技巧易学,但要广泛、深入且精通,则需要不断地研读和练习。台湾的IDL 使用者不多,主要的原因是市面上的IDL书籍大部分是以英文书写,而IDL 内建的线上查询系统也是英文版,在语言的隔阂下,学生的学习效果自然下降,作者在此动机下,才提笔撰写。因学校工作繁忙,无法全时撰写,历经数年,才得以完成。

  本书的作者于 1989 年进入美国阿拉斯加大学费尔班克分校的地球物理研究所攻读博士学位。在学期间,师事 Dr. Daniel Weimer ,学习太空卫星资料分析和研究地球极区上空电离层的对流电场,Dr. Weimer 是 IDL 的专家,开始带领作者进入 IDL 的殿堂,作者因此开始感受到IDL程式撰写的简单性和方便性,也深深地感受到IDL强大资料处理和绘图功能的震撼,从此离不开IDL。博士毕业后,在台湾做博士后副研究员,到日本当研究讲师,然后前往美国做研究员,最后回到母校国立中央大学太空科学所任教,也都使用IDL进行做太空物理研究。因 IDL 是跨电脑平台,在做工作单位转换时,不需要学习新的程式语言,节省许多宝贵的时间。回台湾后,开授「高等程式设计」和「太空资料分析与模式化」二门课程,为课程教学需要,开始研读与 IDL相关的书籍和线上查询系统,在教学相长的作用下,让作者更深入了解 IDL 的概念和运作方式。在此感谢 Dr. Weimer 对作者在 IDL 方面的启发和教导。

  本书是根据作者长期使用 IDL 的经验和参考 IDL 的线上查询系统撰写而成,编排方式尽量简单易懂,并附上大量的范例,让读者快速地从范例中学习IDL指令的语法和关键字的运用,以期在最短的时间内达到学习的效果和工作的需求。而且,本书的大部分章节会配置至少一个表格,简单扼要地叙述每个章节的内容。进阶的读者可以只参阅表格内的重点,回忆曾经学习过的指令和语法。初学者则需要详细阅读各章节的内容,然后实际地操作练习,以掌握正确的使用方法。本书章节的编排是参照洪维恩教授编着的《Matlab 7 程式设计》书籍而订定,本书作者认为洪教授的书籍编排简单明了且有条理,各个章节独立,读者可以根据工作需求来参阅特定章节,以节省查询的时间。

  本书将完整地介绍 IDL 的基本概念和实施方式,对于IDL 的专业物件和视窗界面指令,只是做基本的介绍。本书主要是适用于IDL的初学者,如果想成为 IDL 的专业程式设计师,则需要阅读其它的专业书籍,甚至包括 C 语言撰写、资料库管理以及网页程式设计等主题。在熟悉 IDL 基本的物件和视窗界面之实施方式后,很容易继续学习进阶的物件和视窗界面之实施方式。本书作者相信, IDL 的基本指令精通后,许多复杂的计算和绘图工作都可完成,进阶的指令也是由基本的指令所写成,直接使用可以节省很多程式撰写的时间,但会受限于进阶指令执行流程的设计和规格,可能不会完全满足工作的需求。例如ENVI 软体是IDL 进阶的视窗界面,影像处理的功能强大,但必须熟悉ENVI界面的特定运作方式,才能灵活运用,另外ENVI软体也需要IDL来扩展其现有的功能。市面上也有许多第三者撰写的 IDL 进阶程式,如果刚好符合工作需求,也可以直接拿来使用,但不要太依赖,以后变成都会上网寻找特定程式,并不是自己写程式来解决工作上的问题。本书作者不是反对使用进阶的程式,只是希望读者能更熟悉且精通基本的指令,遇到特别的工作需求时,可以自己独立撰写程式。

  从IDL 7.0 版本开始,IDL公司推出新绘图系统(new graphics),提供一些绘图函数,可以简单地绘制复杂的图形,例如颜色桿、条形图以及箱型图等,但在本书中不介绍新绘图系统,因本书作者相信这些复杂的图形以IDL传统的绘图系统也能做到,只不过比较费时。新绘图系统是建立在物件的绘图和传统的指令语法上,等传统的绘图方式熟悉后,再从线上查询系统去学习新绘图系统,这些新绘图指令的掌握可以更得心应手。本书介绍的指令和关键字至少可以适用至IDL 6.0 版本,更低的版本也可能适用,但有少部分的指令或关键字会发生问题,当这种情况发生时,读者可以使用线上查询系统去做确认。在 IDL 中,有些指令所配合的关键字很多,本书只列出常用的关键字,作者不希望以本书去取代线上查询系统,希望读者先熟悉常用的关键字,然后再从线上查询系统扩展至其它特殊需求的关键字。对于各个指令的完整关键字集,读者可以查阅 IDL 系统的线上查询系统,注意的是,有些指令的关键字会互相冲突,不能同时使用,或者某一个关键字一旦使用,就会让另一个关键字失效。

  本书採取不精简的写作风格,有些内容会在不同章节中重复介绍,主要是为了各个章节的独立性和完整性,作者希望读者在同一章节学到与相同主题相关的IDL观念和技巧,尽量不要跳到其它章节去学习,以避免分心至其它主题,作者也极力避免重复过多的情况。本书附上的范例众多,读者需要反覆练习,直到熟练为止。有些范例针对相同的工作需求,却以不同方式来实施,一样都可达到目的,作者希望以这样的书写方式,让读者不要拘泥于某一种特别的方法,能够多方尝试来找出最适当的方法,另外也可传达「执行方式不只有一种」的概念,让读者能够灵活应用IDL程式语言来帮忙解决工作上的需求。在本书的范例中,如果指令叙述的前面包含提示符号「IDL>」,代表这个指令叙述可以直接输入,如果没有包含提示符号,则需要使用文字编辑器把所有的指令叙述键入成为一个档案,然后以指令「.RUN」实施编译与执行。

  对于初学者,作者建议读者先阅读第一章的IDL系统之基本操作、第二至四章的三维以下阵列之建立与运算、第六至七章的二维之基本影像绘图、第十四至十五章的控制指令之运用和副程式之实施、第十六章的一般资料之存取。当读者熟悉上述章节的内容后,则变成进阶使用者,自己可以依据不同的工作需求来选择适当的章节阅读,例如需要做三维绘图的读者,可继续阅读第五章和第八章的三维阵列之建立和绘图;需要做数学运算的读者,可跳至第三篇的微积分、线性代数、统计、拟合以及内插的实施;需要做数据讯号处理的读者,可研读第二十三至二十四章的时间序列资料之绘制和频谱之分析;需要做地图绘制的读者,可参照第二十五章的地图之绘制;需要做影像处理的读者,可参考第二十七至二十八章的数位影像之处理和感兴趣区域之分析。专业程式设计师可从第二十九至三十章获得图形界面制作和物件绘图的基本知识和概念。本书提供中英文对照表和英文索引,方便读者查阅特定内容的位置。本书范例的程式码可以从网页 www.ss.ncu.edu.tw/~jhshue/idl_programming.html 下载。

  有很多人的协助才能让这本书完成,感谢老婆(李碧惠)的全力支持,让作者没有后顾之忧;感谢儿子(许柏祥)提供的封面设计灵感,本书才有简单而有力的封面;感谢地科领域同事(吕凌霄、黄世任和黄健民)的激励,作者才没有半途而废;感谢助理(齐宇柔)和学生们(吴冠廷、徐稚婷、毕可为、黄冠瀚、陈沛羽、蔡承新、谢文杰、谢怡凯)的校稿,才能让本书得以完美呈现;感谢中大出版中心(李光华、周惠文、张翰璧、徐幸君)的审查、远流出版公司(简玉欣)的排版,以及科协股份有限公司(康念滇)的授权,本书才能顺利出版。

  本书封面的主插图是由IDL的物件绘图制作而成的,包含一个IDL标志和二个魔术方块,一个杂乱的魔术方块代表执行IDL前的工作状态,另一个整齐的魔术方块代表执行IDL后的工作状态,杂乱的魔术方块掉至IDL标志后变成整齐的魔术方块,就像生涩的苹果掉至牛顿的脑袋上后变成有条理的科学成果。IDL 程式语言的功能强大,可以帮助使用者将杂乱的工作状态变成整齐的工作状态,成就丰硕的研发成果。

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