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Esercizi per oggi

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Esercizi per oggi

Esercizio 4.0

Statistiche con stride

  • L'esercizio richiede di calcolare la media e la deviazione standard usando una stride, ossia considerando solo un elemento ogni $N$ nel vettore.

  • È un metodo molto usato nelle serie temporali, dove valori consecutivi hanno una correlazione significativa che invaliderebbe l'uso della media e della deviazione standard tout court.

Statistiche con stride

  • Il mio testo dell'Esercizio 4.0 contiene alcune indicazioni in più;

  • In particolare, contiene il codice per verificare la correttezza delle nuove funzioni statistiche:

    void test_statistics_with_stride() {
  vector<double> v{1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0, 6.0};
  assert(are_close(mean(v, 1), 3.5));
  assert(are_close(mean(v, 2), 3.0));
  assert(are_close(mean(v, 3), 2.5));

  assert(are_close(stddev(v, 1), 1.707825127659933));
  assert(are_close(stddev(v, 2), 1.632993161855452));
  assert(are_close(stddev(v, 3), 1.5));

  cerr << "All the tests have passed. Hurrah! 🥳\n";
}

Compilatori C++

Compilatori C++

  • Ho aggiunto una pagina in cui ho raccolto un po' di informazioni su come installare compilatori C++.

  • Le istruzioni per Windows sono le più estese, ed elencano ben quattro modalità diverse per compilare programmi C++ sotto Windows.

  • Ci sono istruzioni (scarne) anche per Linux e Mac OS X.

  • Segnalatemi cosa non funziona, in modo che possa correggerlo.

Formattazione di numeri

Formattazione di numeri

  • Stampare dati usando formattazioni speciali in C++ è uno strazio!

  • Supponiamo di voler stampare le coordinate cartesiane di un punto:

    // Posizione di un punto 3D
double pos_x, pos_y, pos_z;

cout << "La posizione è (" << pos_x << ", "
     << pos_y, << ", " << pos_z << ")" << endl;

  • Questo codice è complicato da leggere, perché ci sono troppi operatori << (e infatti c'è un errore: lo trovate?). Già nel 2010 Herb Sutter scriveva che cout è a pain to use!

Formattare stringhe in C++20

  • Nel Luglio 2019 è stato annunciato che la release 2020 dello standard C++ avrebbe incluso una libreria per la formattazione di stringhe.

  • Questa libreria è ispirata ad alcune soluzioni introdotte negli scorsi anni in Python, C# e Rust, e l'approccio sta prendendo piede in molti altri linguaggi.

Un'analogia

std::format in C++20

  • La nuova libreria <format> permette di usare lo stesso meccanismo dell'autocertificazione nella slide precedente: si fornisce un template, ossia una stringa che va riempita in certi punti con i valori delle variabili

  • La libreria std::format usa {} al posto di ____:

    double pos_x, pos_y, pos_z;
cout << format("La posizione è ({}, {}, {})\n", pos_x, pos_y, pos_z);

  • Si può fare riferimento alle variabili usando il loro indice:

    cout << format("La posizione è ({0}, {1}, {2})\n", pos_x, pos_y, pos_z);

Formattazioni più elaborate

  • È possibile specificare il modo in cui un valore va scritto inserendo degli argomenti dentro {} dopo i due punti (:). Ad esempio, per formattare numeri floating-point con 2 cifre dopo la virgola si scrive {:.2f}

  • Se si vuole usare la notazione scientifica, si usa la lettera e: la scrittura {:.5e} indica che si richiedono 5 cifre dopo la virgola

  • Si può indicare il numero di caratteri da usare inserendo un numero subito dopo :: così {:5} chiede di usare almeno 5 caratteri per scrivere il valore. Questo è utile per allineare i campi nelle tabelle.

  • È possibile mettere insieme l'indice (0), l'ampiezza (5) e il numero di cifre dopo la virgola (.2) scrivendoli uno dopo l'altro: {0:5.2e}.

print e println

  • Nel C++23 vengono anche introdotte le funzioni print e println.

  • La differenza tra le due è che println aggiunge un ritorno a capo:

    // This line…
print("Hello, world!\n");

// is equivalent to this one
println("Hello, world!");   // No need to put '\n' at the end

  • Entrambe le funzioni possono essere usate come format:

    println("Coordinates: ({}, {}, {})", pos_x, pos_y, pos_z);

Il futuro… ora!

  • Il compilatore g++ sui computer del laboratorio supporta già format, ma non ancora print e println

  • Una libreria di formattazione completa, che implementa anche print e println e funziona anche su compilatori vecchi, è disponibile al sito github.com/fmtlib/fmt.

  • Per installarla, fate click col tasto destro sul link install_fmt_library e salvate il file nella cartella del vostro programma (con Windows, eseguitela in WSL), poi eseguitelo così:

    sh install_fmt_library

  • L'animazione seguente mostra come usarla nei vostri codici.

Differenze tra fmt e C++20

  • La libreria installata da install_fmt_library ha alcune differenze con lo standard C++20:

    1. Il namespace è diverso: è fmt:: anziché std::;

    2. Il file da includere è diverso.

  • Se usate #include "fmtlib.h", vi basterà usare sempre il namespace fmt::. Scrivete quindi fmt::print, fmt::println e fmt::format:

    fmt::println("The result is {:.3f} ± {:.3f}\n", mean, stddev);

Creazione di grafici

ROOT e Gnuplot

  • Nelle lezioni precedenti avete visto come usare ROOT per produrre grafici.

  • Nel laboratorio di TNDS, ROOT è usato come libreria C++, ossia come un insieme di classi invocabili all'interno dei vostri programmi.

  • Un'alternativa a ROOT, per coloro che hanno avuto problemi a installarlo sui propri laptop, è Gnuplot:

    • È facilmente installabile anche sotto Windows;
    • È usabile anche all'interno di programmi C++, mediante una piccola libreria.
<iframe src="https://player.vimeo.com/video/638755770?h=2e3e2ab3eb&badge=0&autopause=0&player_id=0&app_id=58479" width="1339" height="720" frameborder="0" allow="autoplay; fullscreen; picture-in-picture" allowfullscreen title="How to use Gnuplot"></iframe>

Chiamare Gnuplot dal C++

  • Ho sviluppato una libreria C++ che invoca Gnuplot all'interno di programmi C++. È disponibile all'indirizzo github.com/ziotom78/gplotpp.

  • Se avete anche voi problemi con ROOT, potete provare ad usarla: è più veloce e non richiede installazioni complesse. Inoltre funziona anche sotto Windows, se prima installate Gnuplot nel modo giusto.

  • Sui vostri laptop dovete scaricare il file gplot++.h nella cartella dove vi serve, oppure eseguite (sotto Linux/Mac OS X):

    Copia

  • Basta poi scrivere #include "gplot++.h" per usarla.

Vantaggi di gplot++

  • Visual Studio Code è in grado di visualizzare finestre di aiuto, se spostate il mouse sui comandi di plot.

  • Si possono passare direttamente array di vettori di tipo std::vector, invece di chiamare ripetutamente TGraph::SetPoint;

  • Non serve cambiare i Makefile per invocare root-config;

  • Se lavorate sui vostri computer, non serve ricordarsi di eseguire source root/bin/thisroot.sh;

  • Occupa appena 9 KB, quindi si può installare una copia dentro ogni cartella di esercizi;

Semplice esempio

#include "gplot++.h"

int main() {
  std::vector<double> values{1, 7, 3, 5, 8, -4};
  Gnuplot plt{};
  plt.plot(values);
  plt.show();  // IMPORTANT! If you forget this, you’ll see nothing!
}

Semplice esempio

{width=50%}

Salvare i plot in file

  • L'esempio precedente apre una finestra. Questa soluzione è comoda perché la finestra è «navigabile»: si può zoomare con il mouse come si fa in ROOT!

  • Per maggiore praticità è però meglio che salviate i plot in file PNG, che sono apribili direttamente in Visual Studio Code.

  • È sufficiente usare il metodo Gnuplot::redirect_to_png subito dopo aver creato una variabile di tipo Gnuplot:

    Gnuplot plt{};
plt.redirect_to_png("output.png");

// Now use plt.plot(...) as usual

Salvare i plot in file PNG

#include "gplot++.h"

int main() {
  std::vector<double> values{1, 7, 3, 5, 8, -4};
  Gnuplot plt{};

  // Save the plot in a PNG file
  plt.redirect_to_png("output.png");

  plt.plot(values);
  plt.show();  // IMPORTANT! If you forget this, you’ll see nothing!
}

Esempio più complesso

int main(void) {
  Gnuplot plt{};
  std::vector<double> x{1, 2, 3, 4, 5}, y{5, 2, 4, 1, 3};
  plt.multiplot(2, 1, "Title"); // Two plots in two rows

  plt.set_xlabel("X axis");
  plt.set_ylabel("Y axis");
  plt.plot(x, y, "x-y plot");
  plt.plot(y, x, "y-x plot", Gnuplot::LineStyle::LINESPOINTS);
  plt.show(); // Create the plot and move to the next row

  plt.set_xlabel("Value");
  plt.set_ylabel("Number of counts");
  plt.histogram(y, 2, "Histogram"); // Two bins
  plt.set_xrange(-1, 7);
  plt.set_yrange(0, 5);
  plt.show(); // Finalize the figure
}

Esempio più complesso

{width=50%}

Per esempi e documentazione, andate alla pagina github.com/ziotom78/gplotpp.

Qt Creator

Qt Creator

  • Mostro oggi come usare Qt Creator sui computer del laboratorio per creare e gestire progetti C++

  • Non è obbligatorio usarlo, anche perché non usa i Makefile: se dovete fare ancora pratica con essi, è meglio che continuiate ad usare Visual Studio Code!

  • Quanto mostro ora è riassunto in una pagina dedicata

title: Laboratorio di TNDS -- Lezione 4 author: Maurizio Tomasi date: "Martedì 15 Ottobre 2024" theme: white progress: true slideNumber: true background-image: ./media/background.png history: true width: 1440 height: 810 css:

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