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基于Python的天文软件命令行界面设计与实现

更新时间：2019-12-24 18:32:26 大小：2M 上传用户：songhuahua查看TA发布的资源 标签：python 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

天文数据处理软件的开发是天文技术研究的一个重要组成部分,如何为用户提供一个直观、快捷与友好的交互界面一直是软件开发人员关注的问题。在分析了当前主流命令行界面(CLI)技术与CASA软件命令行的一些不足的基础上,结合新一代中国太阳射电日像仪(CSRH)数据处理系统开发需求,设计并实现了一套基于Python语言的CSRH CLI用户界面系统。介绍了系统的实现框架和整体流程,并重点讨论了命令行中天文数据的数据类型定义、系统权限与视图控制、系统命令匹配、补全和联机帮助等技术难点的实现,进而通过软件开发中一个实际命令说明了在命令行框架下的模块开发方法,最后给出了命令行的运行界面与操作实例。研究成果已应用于太阳射电日像仪数据处理软件的开发中,取得了良好的效果,整个系统对其它天文软件的开发有较好的参考价值。


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Vol. 12 No. 2  
12  
2
期
天
文
研
究
与
技
术
第
卷
第
年
Apr．，2015  
ASTRONOMICAL RESEARCH AND TECHNOLOGY  
2015  
4
月
－ －  
CN 53 1189 /P ISSN 1672 7673  
*
Python  
基于  
的天文软件命令行界面设计与实现  
1
1，2  
1
1
，
陈 蒙 王 锋  
，
，
邓 辉 季凯帆  
( 1．  
，
昆明理工大学云南省计算机技术应用重点实验室 云南 昆明  
650500;  
2． ， 650011)  
中国科学院云南天文台 云南 昆明  
: ，  
摘要 天文数据处理软件的开发是天文技术研究的一个重要组成部分 如何为用户提供  
、 。  
一个直观 快捷与友好的交互界面一直是软件开发人员关注的问题 在分析了当前主流命令  
( CLI) CASA  
技术与  
，
行界面  
( CSRH)  
仪
软件命令行的一些不足的基础上 结合新一代中国太阳射电日像  
Python CSRH CLI  
用户界  
，
数据处理系统开发需求 设计并实现了一套基于  
语言的  
。 ，  
面系统 介绍了系统的实现框架和整体流程 并重点讨论了命令行中天文数据的数据类型定  
、
、 、 ，  
系统权限与视图控制 系统命令匹配 补全和联机帮助等技术难点的实现 进而通过软  
义
，
件开发中一个实际命令说明了在命令行框架下的模块开发方法 最后给出了命令行的运行界  
。 ，  
面与操作实例 研究成果已应用于太阳射电日像仪数据处理软件的开发中 取得了良好的效  
，
。
整个系统对其它天文软件的开发有较好的参考价值  
果
: ; ;  
关键词 命令行 交互技术 太阳射电日像仪  
－ － －  
: 1672 7673( 2015) 02 0196 08  
文章编号  
:
TP39  
:
A
中图分类号  
文献标识码  
， 。  
计算机软件技术的不断发展 推动了人机交互技术的长足进步 从传统的命令行  
( Command Line  
Interface，CLI) ，  
( Graphical User Interface，GUI) ， ( Natural  
到图形用户界面 再发展到当前的自然用户界面  
User Interface，NUI) 。  
，
界面技术使得用户与计算机之间的交互过程越来越简单 越来越便捷  
。
， ，  
无论界面技术如何发展 命令行技术作为一种基于文本命令的模式 一直被广大软件开发人员所  
－
［1 2］  
，
喜爱 这是由命令行技术的特点决定的  
。
，
一是命令行可以通过纯字符完成命令的输入 不需要频  
; ，  
繁地使用鼠标等其它交互手段 二是在熟练记忆命令的前提下 命令行的效率是所有的交互手段中最  
， 、 ， 。 ，  
高的 特别是对大量重复处理 批处理的时候 命令行优势明显 因此 无论图形界面技术如何发  
，
。
展
命令行均是主流软件考虑并保留的基本交互方式  
，
在天文数据处理领域 交互式数据语言  
( Interactive Data Language，IDL) 、CASA( Common Astronomy  
++  
AIPS、AIPS  
Software Applications)  
。CASA  
等天文软件均提供了命令行接口  
，
展起来 目前已经是射电天文领域最为常用的数据处理软件 其操作完全需要通过命令行实现 在  
软件在原有的  
基础上发  
，
，
，
使用中不难发现仍有一些不方便之处 主要表现在  
:
( 1)  
， 。 ， ，  
联机帮助功能不完备 不能分级提示 当用户不熟悉该软件时 联机帮助过程不详尽 不能  
，
获知命令参数的类型及格式 导致用户无法正确使用该命令  
。
( 2) 。CASA  
命令库没有进行有效分类  
， ， ，  
命令复杂 数量庞大 在没有分类的情况下 在大量的命  
，
令中查找所需要的命令 对于操作人员非常困难  
。
， 、  
从当前各类命令行界面的设计与特点来看 最为著名的是美国思科公司在其路由 交换机上实现  
， 、 、 、  
的命令行界面 可以实现命令的联机帮助 自动命令补全 全程命令参数提示 严格的数据校验等  
。
－
:
基金项目 中国科学院 国家自然科学基金委员会天文联合基金重点项目  
*
( U1231205) ;  
( 11103005，11263004) ;  
国家自然科学基金  
( 2013FA013，2013FA032)  
．
资助  
云南省应用基础基金重点项目  
－ －  
2014 06 17;  
－ －  
: 2014 07 22  
修定日期  
:
:
:
收稿日期  
作者简介  
通讯作者  
，
，
． :  
硕士 研究方向 计算机应用技术  
． Email: chenmeng@cnlab. net  
陈
蒙
女
，
，
． :  
教授 研究方向 计算机应用技术  
． Email: wangfeng@cnlab.net  
王
锋
男
197  
2
: Python  
蒙等 基于 的天文软件命令行界面设计与实现  
期
陈
， 。  
在其推出后 迅速成为全世界命令行交互软件的一个参考标准 国内外的后续产品都参考借鉴了思科  
( CISCO)  
。
公司  
的命令行风格  
－
［3 4］  
－
［5 6］  
，
( Chinese Solar Radio  
本文借鉴思科公司命令行的设计思路  
在新一代中国太阳射电日像仪  
－
Heliograph，CSRH)  
电天文当前流行的  
，
，
数据处理系统的开发中 设计并实现了命令行界面系统  
CSRHOS。  
该软件基于射  
Python  
， ，  
语言 以太阳射电日像仪数据处理系统为应用背景 通过多个视图实现不  
，
，
使
同的命令分类 在交互过程中可以进行有效的权限控制 并可以实现命令的自动补全和联机帮助  
，
用者无需记忆复杂的命令即可快速地输入命令 取得了较好的应用效果  
。
1
系统设计  
1. 1  
设计的需求分析  
，
天文软件与其它计算机应用软件相比并没有很大的特殊性 但针对一个望远镜的观测与数据处理  
， 。  
软件系统 软件的使用与交互仍有较明确的单一需求 包括  
: ( 1)  
，
交互命令要直观 输入的命令应尽  
; ( 2)  
， ，  
对输入的数据必须有较强的检验 确保数据输入的合法性 避免影响最终的数据处理  
可能简短  
; ( 3)  
结果  
具有较好的可扩展性等  
顺序的不同不应该影响数据的处理  
，
; ( 4)  
，
要
由于操作人员众多 尽可能不要让操作人员记忆太多的命令  
由于功能变化较大  
; ( 6)  
; ( 5)  
，
系统的鲁棒性要好 用户输入错误不会导致系统异常或崩溃  
输入  
; ( 7)  
， ，  
在输入命令时 为了避免命令歧义 要求命令关键字部分严  
， ， ，  
格区分大小写 但用户输入的各类参数应具有较好的灵活性 比如可以不区分大小写 要适应人的自  
。
然等 为此  
，CSRHOS-CLI  
:
的设计与实现应该达到如下要求  
( 1)  
。 ， ，  
为天文学家提供最为简单的交互方式 输入时 支持正常的光标移动 可以利用上下光标键  
， ; ，  
翻转已经发过的命令 避免重复输入 输入一个命令时 只要输入的内容可以完整且唯一地表明一个  
，
，
，
enable，  
en  
，
en  
如果没有其它命令以 开  
命令 则不需要再输入下去 比如 如果命令是  
en enable， 。  
用这样的技术简化用户输入  
当输入  
后
，
头
则
就可以唯一地表示  
( 2)  
。 ，  
支持自动补全 在用户输入一个命令的部分后 可以用  
Tab  
，
按键实现自动命令补全 比如用  
en ， Tab ， enable。  
后 按 键 则屏幕应自动出现  
户输入  
( 3)  
，
在输入过程中 随时允许用户输入问号  
( ?)  
。 ，  
实现联机帮助 用户在命令行提示符下 如果直  
? ， ;  
接按 号 则应该列出所有的可用命令 如果用户输入了  
e，  
?
，
e
则应显示所有的以  
在后面再按  
号
， ， ，  
开头的命令 用这样的方式 可以让用户即使没有看操作手册 也可以根据提示内容进行操作  
。
( 4)  
， ， ，  
在输入时要严格进行数据类型的匹配与校验 比如 如果要求用户输入一个观测时间 则应  
HH ∶ MM ∶ SS  
， ， ，  
格式 输入的内容必须是数字 不能是字符 输入的范围要合  
该判断用户输入的是不是  
－
00 23  
－
00 59  
，HH  
理
，MM  
之间  
。 ， ，  
之间 同时 也必须满足人们的使用习惯 上午  
8 ∶ 30  
必须在  
必须在  
，
8 ∶ 30 ∶ 0，  
。
这也是正确的格式  
分
则可以输入  
( 5)  
， ，  
能够提供不同的视图 将不同类型的命令分布在不同的视图下 以帮助用户快速地找到命  
，
。 ，  
避免大量的命令在一起不容易查找 比如针对星表计算的命令均放在一个视图下 把数据处理的  
令
，
均放在另一个视图等 就可以达到很好的命令分类效果  
。
( 6)  
， 。 ，  
在输入命令时要严格区分命令关键字部分大小写 而参数部分不需要区分大小写 例如 在  
－ －  
“planet 2012 11 22 0 ∶ 0 ∶ 0 sun”  
－
－
，
计算某星体在某一时刻的视位置信息 命令  
2012 11  
“PLANET  
。
计算太阳在  
22 ， planet  
零点的视位置 其中  
，sun  
为命令关键字  
，
为其中的一个参数 用户如果输入命令  
－
－
－ －  
“planet 2012 11 22 0 ∶ 0 ∶ 0 Sun”  
则错误 用户如果输入命令  
2012 11 22 0 ∶ 0 ∶ 0 sun”  
，
是正确的  
，Python  
语言开发完成 这是考虑到当前在射电天文领域 语言正在成为最主流的  
( 7)  
Python  
，
采用  
，SunPy  
Python 。  
在天文软件中的开发带来了有力的支撑  
语言  
等大量的基础支撑包的出现给  
系统构架  
根据上述需求  
命令输入与联机帮助 命令解析 校验与执行 权限与视图控制 模块载入  
1. 2  
，CSRHOS-CLI  
1，  
4
，
:
的系统架构设计如图  
命令行系统主要分为 大部分 分别是  
，
、
，
，
。( 1)  
命令输入与联机帮  

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