wolfram-mathematica - 使用 Mathematica 编写小型或大型代码时如何调试？工作台？ mma 调试器？还是别的什么？

Question

在 mathkb.com，我发现了一个有趣的帖子 “对 Mathematica 调试器的另一篇评论”
(by berniethejet)谈论在 wolfram 工作台中的调试。

http://www.mathkb.com/Uwe/Threads/List.aspx/mathematica/20986

我认为这是一个值得讨论的好问题，我想听听使用工作台的一些经验，即使我从未接触过工作台。

工作台是一个真正的调试器，但是
观察者？它的优势是什么
数学？

你如何调试
当你写大或小
代码？ mabye 工作台用于调试小代码，而 mma 调试器用于大代码？

对于轻度和重度数学用户的调试有什么建议吗？

Answer 1

当您以有状态风格(变量、赋值等)进行编程时，调试器通常更有用 - 至少这是我的经验。对于惯用的 Mathematica 编程(基于函数/规则)，某些版本的 Print声明至少同样有效。你可以看看this发布一些调试打印实用程序的变体。我会加入我从 this 中获取的版本数学组帖子。

SetAttributes[ShowIt, HoldAll];
ShowIt[code_] :=
  Module[{y},
    Print[ToString[Unevaluated[code]], " = ", y = code];
    y]; 

这个想法是你可以将这样的函数调用插入到函数调用的“管道”中——它打印值，然后将它传递给下一个(周围)函数。作为一个简单的例子:

In[29]:= Map[#^2&,ShowIt@Select[Range[10],EvenQ]]
During evaluation of In[29]:= Select[Range[10], EvenQ] = {2,4,6,8,10}

Out[29]= {4,16,36,64,100}

在大多数情况下，这应该可以正常工作(除了那些周围函数保存其参数并对其进行非平凡操作的情况)。这种方法在 Mathematica 中非常有效的原因之一是函数式编程导致程序中(几乎)每个部分本身都有意义 - 因为一个函数的结果通常直接传递给封闭函数。

也就是说，您当然可以在交互式 session 中和 WorkBench 中使用调试器，使用“Debug As Mathematica”机制。虽然我自己经常使用 WorkBench，但我从来没有觉得这是必要的，但是 YMMV。

另一个有很大帮助的很棒的设施是内置的 Trace命令。我建议阅读有关它的文档 - 它有许多高级选项，可以自定义以提供很多帮助。我将举一个简单但不平凡的例子:跟踪归并排序算法的执行，使用以下(简单的)实现:

Clear[merge];
merge[{}, {x__}] := {x};
merge[{x__}, {}] := {x}
merge[{x__?NumericQ}, {y__?NumericQ}] /; First[{x}] <= First[{y}] := 
  Flatten[{First[{x}], merge[Rest[{x}], {y}]}];
merge[{x__?NumericQ}, {y__?NumericQ}] := merge[{y}, {x}];

Clear[mergesort];
mergesort[x : {} | {_}] := x;
mergesort[x : {__?NumericQ}] := 
 With[{splitlen = IntegerPart[Length[x]/2]}, 
   merge[mergesort[Take[x, splitlen]], mergesort[Drop[x, splitlen]]]]

我们将采用一个非常小的输入列表，只是为了减少输出的长度:

In[41]:= testlst = RandomInteger[10, 5]

Out[41]= {0, 6, 9, 8, 8}

您可以使用 Trace[mergesort[testlst]]; ，但输出不是很容易阅读，因为它包含所有步骤。通过使用

In[42]:= Trace[mergesort[testlst],_mergesort]

Out[42]= {mergesort[{0,6,9,8,8}],{mergesort[{0,6}],{mergesort[{0}]},
{mergesort[{6}]}},{mergesort[{9,8,8}],{mergesort[{9}]},{mergesort[{8,8}],
{mergesort[{8}]},{mergesort[{8}]}}}}

您可以非常清楚地了解递归函数调用。你可以更深入地追踪 merge的动态功能。为此，您必须处理 Trace 的结果(这也是一个 Mathematica 表达式!):

In[43]:= 
Cases[Trace[mergesort[testlst],_merge],merge[x__List]/;FreeQ[{x},mergesort]:> 
 HoldForm[merge[x]],Infinity]

Out[43]= {merge[{0},{6}],merge[{},{6}],merge[{8},{8}],merge[{},{8}],
merge[{9},{8,8}],merge[{8,8},{9}],merge[{8},{9}],merge[{},{9}],merge[{0,6},
{8,8,9}],merge[{6},{8,8,9}],merge[{},{8,8,9}]}

最后一个例子说明了这一点，即使很难配置 Trace直接过滤掉不需要的执行步骤，可以简单地对 Trace的结果进行后处理。使用标准意味着 Mathematica 提供了表达式解构(例如 Cases )。

我还要提一下 Mathematica 的专家用户和顾问 David Bailey 写了一个包 DebugTrace ，它应该是一个替代调试器。我还没有机会尝试它，但我相信它值得一试。

最后，虽然这与调试没有直接关系，但 WorkBench 有一个集成的单元测试框架 MUnit，我发现它非常有用。它在精神上类似于其他语言中众所周知的单元测试框架，例如 Java 的 JUnit。对于大规模开发，这可能是一个真正的帮助。

关于 WorkBench 的使用，我想说将它用于除最小项目(甚至为它们)之外的任何事情确实是值得的。它基于 Eclipse，您将获得相同的好东西，例如带有代码突出显示的编辑器、“转到函数定义”功能、导航、搜索、CVS/SVN 集成等。同时，您没有在交互性方面几乎失去了任何东西 - 当在“作为 Mathematica 运行”机制下工作时，您仍然可以在链接到 WorkBench 的交互式 Mathematica session 中开发新功能。对于涉及许多包的大型项目，我认为没有任何理由不使用它。