Design Pattern

最近小弱弱版主在看設計模式(design pattern)相關的書，寫一下我對它的感想。

我認為design pattern中相當重要的是繼承和polymorphism的概念：
繼承讓我們能定義一個基礎的型別，然後依據不同類型的物件，都繼承自這個基礎型別
Polymorphism則允許我們利用基礎型別的pointer，依據執行時指向的物件來取用它的資料。

從design pattern來看，Polymorphism有兩個最重要的功能：
1. 也就是上面提過的，是在執行期決定要執行哪個function，只要用父代的pointer去access繼承產生的子代，就可以視生成哪個物件來取用它的function，這也是一般教polymorphism時會提到最基本的用處，相信設計師都很清楚了。
2. 第二個功能延伸自第一個，利用polymorphism給予我們執行期時的彈性，延伸出來的是，在設計、修改時保有彈性（也就是Design Pattern），把每個不相干的部分給分開，讓我們不必要每次要新增功能、新增新的物件時，都要進到Implementation的層次做修改，浪費許多時間在尋找該加上新功能的地方；另外也能減少增加新東西時，因為相依關係而要重新編譯的部分。
事實上我認為第二個功能的重要性遠高於第一項，設計的彈性增進工作效率，才能將Object oriented的火力全面發揮出來。

說個自己想，沒什麼用的例子：
比如說我們要寫個選角色的程式好了，每個角色都有一個主要的招式master spark之類
所以說，最簡單的寫法就先設定一個基礎的角色：class character，內含一個main_spell()
然後各個角色繼承這個character.h，定義自己的main_spell()裡面要幹什麼，這時候所有角色的介面就一致了，可以用一個character的pointer來操作每一個角色的功能。
但這樣做其實不夠好，如果今天我們希望有些角色的main_spell不要動作怎麼辦？然後每個人招式又都不一樣？
我們可以打開每個角色的原始碼，然後重載(overload, 這個翻譯=w=)main_spell()
可是如果我們要加上10個角色呢？
所以Design Pattern就會要求，不止character，連main_spell也要是一個base class，不同的招式則是繼承它後修改，character則包含一個main_spell的pointer，用polymorphism的方式取得不同招式；如此一來，可以很方便的加上新的main_spell，只要新增main_spell的class即可，在character的介面卻完全不需要更動， 在維護跟更新上會更有效率。

這個composition over inheritance應該算是最基本的design pattern的概念了，Design Pattern所教的，就是過去神級的設計師，針對許多設計上的問題提出適當的解決方案(雖然感覺就是愈會變動的地方就會加上更多虛擬層，或是愈切愈細)，據說在STL裡面用上許多Design Pattern，如果小弱弱板主學有心得再上來獻醜。

參考資料：
1. Head First Design Pattern:
http://shop.oreilly.com/product/9780596007126.do
會用google的可以在後面加上pdf
2. http://sourcemaking.com/design_patterns
包山包海的Java/C++ source code

使用python自動回應php網頁

一、緣起：

這篇文的緣起是這樣的：修了一門課要交作業，要從server上把資料下載下來，剖析資料之後建立模型，把模型回傳給server，server會再產生資料。
以上的上傳下載要重複幾次，server的介面是利用php寫的。
這時候又回到我的哲學了：Working hard, after you know you are working smart.
手動下載、建模型、上傳，這並不是個smart的工作方式其一：來回數次用人做本來就慢；其二：也是最重要的一點，人做容易出錯，出錯就會GG要重做。Smart的工作方式不應該是這樣。

二、解決方案：

經過一些調查，我使用的是python urllib module，這是個超完整的python web module，於是就用這個來寫寫看。

問題一：用python來取得 html?
這部分urllib老早就寫好了，用如下的code，下面一行就可以把整個html以bytes的方式取出來： html = urllib.request.urlopen(hw_url).read()
如果要寫入檔案，在開檔的時候指定為'wb'就可以直接將html 寫到檔案中而不怕格式錯誤。 否則就要呼叫.decode(“utf-8”)的方式先轉換html的格式。
針對form filling的部分也有相對應的方式，可以用下面的方式把POST的訊息編碼，在urlopen的時候附加在後面。

data = {}
data['id'] = ID
form_data = urllib.parse.urlencode(data)
form_data = form_data.encode('utf-8') # data should be bytes
response = urllib.request.urlopen(php_url, form_data)

得到是相同可以用read()取得資料的方式，實地驗證過，會得到一個相同的html file。

問題二：取得最新的資料 - 使用正規表示法：
現在有了取得的html檔之後，要怎麼找出其中的連結？ 這裡用上了regular expression module re的方式，這大概是地表上最強大的字串比對工具。 該網頁中的檔案下載連結類似這樣的格式

<a href=\'LOL/XD.txt\'>

只要parse <a href>的標籤，很容易就能找到所有的連結檔了

links = re.findall(“<a\s+href\s*=\s*'(.*)'”, data, re.DOTALL)\

其中()就是我們要尋找的目標，會被存入links之中，成為一個list object，取出最後一個連結，就是我們要的最新版本的檔案了。
另一方面，當使用者要使用這個程式時，會需要輸入他們的學號以供使用，這部分也是使用re module來進行檢查：

re.match(“\s*[A-Za-z][0-9]{7,7}\s*”, string)

不match的話就會回傳None，讓程式再進行一次問話。

問題三：如何執行本地程式？
這個倒比較簡單，使用python subprocess即可簡單完成：

command = "./{0}".format(program_name)
 stdout = subprocess.check_output(command.split())

問題四：如何透過php上傳檔案？ 這地方問題就頭大了，查了很久一直不知道該怎麼寫比較好。後來是經強者我同學的提示，用的解決方案是httplib的解決方式： http://stackoverflow.com/questions/1270518/python-standard-library-to-post-multipart-form-data-encoded-data
很有趣的是，httplib的運作是先讀入根目錄，再由selector去要求根目錄下的某個檔案。
fields的部分為二元tuple組成的table，tuple前都為要填入form的name attribute，請愛用「觀看原始碼」自行找出對應的name attribute；
後者為要填入的值，例如fields = [(“name”,”yodalee”),(“nickname”,”garbage”)]
files的部分則是三元的tuple，依序為form的name attribute、filename、file的binary；第三個用open(file, 'rb')傳入即可；例如files = [(“model”, “test.txt”, open(“test.txt”, “rb”))] 

當個例子的code如下：

fields = [("id",ID), ("model_submit","")]
files = [("model", filename, open(filename, "rb").read())]

content_type, body = encode_multipart_formdata(fields, files)
h = httplib.HTTP(host)
h.putrequest('POST', selector)
h.putheader('content-type', content_type)
h.putheader('content-length', str(len(body)))
h.endheaders()
h.send(body)
errcode, errmsg, headers = h.getreply()
return h.file.read()

在id的欄位填入ID，model_submit欄位填入空白。
檔案則上傳filename所指的檔案。

上傳檔案，並取得結果存入h之中。

三、結論：

我只需要下個指令，就能把作業所有需要的檔案都準備完成，打包一下，作業就被秒殺了。雖然說我寫python code的時間其實遠超過我手動執行的時間，但整體而言輕鬆很多，這才是working smart！

 四、參考資料：

python urllib manual:
http://docs.python.org/3/howto/urllib2.html
httplib upload files(answer 2):
http://stackoverflow.com/questions/1270518/python-standard-library-to-post-multipart-form-data-encoded-data

五、致謝：

有關python httplib的使用，感謝AZ Huang同學的提點。
作業的部分，感謝Godgodmouse同學的指導。

將sonnet檔轉換到virtuoso上

做高頻電路討厭的就是，頻率太高的情況下，寄生的電容電感會在電路各處藏汙納垢(XD)。
所以在設計的過程，就需要跑很多電磁模擬，把這些寄生的效應一併考慮到模擬之中。
（會吃你一堆電腦的記憶體跟花一堆時間，這也是我為什麼有時間打這篇文章的原因，哈哈）
麻煩就在於，每次在電磁模擬軟體(實驗室用Sonnet)上畫完架構，然後開始跑，確定結果沒錯之後，又要在電路下線的軟體(實驗室用Virtuoso)上畫一遍。
最近學到，該怎麼把sonnet上的檔案匯到virtuoso上面，在這裡記錄一下。

理論上，我們只要把sonnet檔案匯出到GDSII檔，這是IC layout通用格式，幾乎所有的工具都支援；之後再從virtuoso讀入GDSII檔案即可。
遇到的麻煩是，在進行電磁模擬時，我們會在sonnet裡面建好電路一層一層的架構，但Virtuoso的環境卻是依所用的製程而定，它完全看不懂我們是在講什麼？
所以如果直接匯入的話，就會變成有些層virtuoso不知道該對應給誰，變得完全無法編輯，總之會出現各式各樣的問題。
幸好Virtuoso並沒有這麼笨，在匯入檔案的選項中，可以自行指定層與層的Map file，透過這個，理當能「無損的」將sonnet檔案匯入virtuoso中。

1. sonnet to GDSII：
在sonnet中，是將電路板切成一層一層不同的介質，然後可以在每層介質中填入金屬，去摸擬其中的電磁效應，我們要的就是這金屬的pattern。
下面是一個sonnet層數設定的截圖，從最上面的空氣……到最底層的substrate

合理的推斷，GDSII也是將一層一層的資料給記錄下來，但要怎麼知道？
我用的是開源的klayout打開gds下去看，得到如下的畫面：

發現到sonnet轉gds的規則很簡單，原本在sonnet設在第幾層的金屬，就會被轉到gds第幾層；很可惜的，sonnet中層與層間連接的via的資訊全都消失了，不過很多金屬不用重畫還是可以省下很多時間。

 2. GDSII to Virtuoso：
有了上面的資料之後，再來就是編寫map file: 一個map file 的格式如下：

#Cadence layer name　 Cadence layer purpose Stream layer number Stream data type
#
TopMetal2 drawing 0-63 0-63

每一行分為四個子資料，分別是：在此製程中的某層的名稱；該層的用途；對應在stream檔中的層數；該層的資料。
像上面這種寫法，會把0-63層的資料都變成TopMetal2。
purpose的部分，大概有drawing, pin, net三種可以選擇，但從sonnet過來的話大概都是要要轉成drawing的。
stream layer number就是方才用klayout看到的layer編號；stream data type這部分則不是很清楚，但sonnet轉出來好像也不會特別去設定。
根據上面的轉出來的資料，可以自行編寫對應的map，data type不清楚就用0-63全部截下來：

#Cadence layer name　 Cadence layer purpose Stream layer number Stream data type
#
TopMetal2 drawing 2 0-63
TopMetal1 drawing 3 0-63
MIM drawing 4 0-63
Metal5 drawing 6 0-63
Metal1 drawing 10 0-63

這樣各層就能夠轉換成功了：


不過另一方面，據說從sonnet匯入virtuoso時，有機會發生一些off-grid的問題，這就是一時之間無法解決的問題了。

結論：
這篇介紹了如何將電磁模擬軟體Sonnet上的繪圖，直接轉換到Cadence Virtuoso上面，我很喜歡 「work hard, after you know you are working smart」類似的話
如果可以直接匯入圖形(work smart)，就不要花時間重畫(work hard)了。
理論上如果你用的是Sonnect V13以上的話，其實Sonnet已經含有和Virtuoso的介面了。 http://www.sonnetsoftware.com/products/sonnet-suites/ef_translators_cvbridge.html

參考資料：
1. GDSII format description: http://www.buchanan1.net/stream_description.shtml
2. Layermap format description:
http://www-bsac.eecs.berkeley.edu/~cadence/tools/layermap.html
3. open source gds editor, klayout:
http://www.klayout.de/

放大器的級間穩定

做多級的RF的放大器時，除了看一般的stability factor K值外，還需要去測試電路每級放大器的級間穩定。
實驗室一直遵照學長流傳下來的投影片：將電路從中切開，一邊看stability circle，另一邊看ADS裡面的「Map1 circle」跟「Map2 circle」這個東西，然後看看兩個圓有沒有相交在一起，可是這個Map 1/2 circle是啥鬼東西？極間穩定又是什麼？

1. 極間穩定的意義：

先考慮上圖的模型，在一個主動的電晶體兩旁接上matching的電路，stability circle的定義是，在什麼樣的$\Gamma_L$(or $\Gamma_S$)下，會讓$\Gamma_{in}$(out) >1，在$\Gamma_{in}$(out) > 1時，電路幾乎確定會不穩定，將$\Gamma_{in}$(out)=1的邊線畫出來的圓，就是穩定圓(stability circle)。
電路設計完後，一定會看看stability factor K是否全頻帶都大於1，就是要確認電路整體的$\Gamma_{in}$(out)都在穩定的範圍內。
可是若我們把電路切開，這個模型就不適用了，前後接的不是被動的matching電路，這時候我們就要確保，前端的load stability circle，和向後端可能看到任何一點阻抗，都不會相交；否則很不巧的該阻抗出現，電路就不穩定了；這就是極間穩定背後的原理。

所以說map1/2 circle是啥鬼？從上面的定義來看，我認為它所畫的是：當source(load)呈現任何被動阻抗時（也就是實部小於一，落在smith chart上的任何阻抗），會在另一邊load(source)上呈現的阻抗。
實際用複數變換來驗證看看：
$\Gamma_{in} = w = \frac{a \Gamma_L+b}{c\Gamma_L+d}$
改換上式為下式，兩行的abcd並不是相同的：
$\Gamma_L = \frac{a \Gamma_{in}+b}{c \Gamma_{in}+d}$
a=1, b= $-S_{11}$, c= $S_{22}$, d= $-\Delta$
其中 $\Delta = S_{11}S_{22}-S_{12}S_{21}$
這個 $|\Gamma_L|=1$經轉換後會畫出一個圓，其圓心和半徑為：
$C_L = \frac{c^*d-a^*b}{a^2-c^2} = \frac{-S_{11}|S_{22}^2|+S_{12}S_{21}S_{22}^*+S_{11}}{1-|S22|^2} = S_{11}+\frac{S_{12}S_{21}S_{22}^*}{1-|S22|^2}$
$r = \frac{ad-bc}{a^2-c^2} = |\frac{S_{12}S_{21}}{1-|S22|^2}|$
若兩圓相交，就表示有load會讓$\Gamma_L$呈現某阻抗，而該阻抗會落在不穩定圓中，也就使電路在這級不穩定(新細明體：你死了Q_Q)

2. 實際資料：

Linux有問題先查manpage，ADS遇到鬼先問F1 help，結果help裡面解釋是這麼寫的：

Used in Small-signal S-parameter simulations: The function maps the set of terminations with unity magnitude at port 1 to port 2. The circles are defined by the loci of terminations on one port as seen at the other port. A source-mapping circle is created for each value of the swept variable(s). This measurement is supported for 2-port networks only.

大概的意思是一樣的，依著help的註解找到了計算的ael原始碼，下面是map2的原始碼：

defun map2_center_and_radius(sParam, center, radius)
{
    decl S12xS21 = sParam(1,2)*sParam(2,1);
    decl s11MagSq = pow(abs(sParam(1,1)),2);
     *center = sParam(2,2)+S12xS21*conj(sParam(1,1))/(1-s11MagSq);
     *radius = abs(S12xS21)/(1-s11MagSq);
}

可見所做的是以$S_{11}+\frac{S_{12}S_{21}S_{22}^*}{1-|S22|^2}$為圓心，$|\frac{S_{12}S_{21}}{1-|S22|^2}|$為半徑的圓，和我們所計算的結果相符。

附件：

如何在blogger裡面插入方程式？目前找到兩種解決方案
第一種是用這篇文章中所建議的方式：
http://www.codecogs.com/latex/integration/blogger/install.php
照著裡面的步驟做即可，不過它是將LaTeX轉成圖片，再替換掉原本的文字，所以很醜...
而且測試發現Firefox會當掉（媽的連IE都可以了…），原因不明。
第二種是現在的作法：
方法同上，但code是在下面這個blog裡面找到的
http://aishuxue.blogspot.tw/2012/01/latex-blogspot.html

<script src="http://cdn.mathjax.org/mathjax/latest/MathJax.js" type="text/javascript">
MathJax.Hub.Config({
 extensions: ["tex2jax.js","TeX/AMSmath.js","TeX/AMSsymbols.js"],
 jax: ["input/TeX", "output/HTML-CSS"],
 tex2jax: {
     inlineMath: [ ['$','$'], ["\\(","\\)"] ],
     displayMath: [ ['$$','$$'], ["\\[","\\]"] ],
 },
 "HTML-CSS": { availableFonts: ["TeX"] }
});
</script>

這個結果超漂亮的啊！！！，實在太強了！
在chrome跟firefox裡面都可以用，IE我倒不知道，反正懶得理他。

致謝：

本篇文章感謝503實驗室強者我同學曾奕恩，以及強者我學長陳柏翰學長在複數變換方面的指導。

c++ static 修飾詞

最近寫基因演算法的project，有需要使用到C++ class的static variable，因為我之前這個東西怎麼寫都會出錯，這次好不容易在強者陳仕勳(GodGodMouse)的指導下成功寫出可以用的static，在這裡記錄一下怎麼使用C++的Static(是說這些文章也多到滿出來了)。

靜態物件static的標記包括：在主體程式中使用，在函式中使用，和在class中作為靜態資料使用。
總歸三種使用方式，都是要在程式的各處中使用共有的一份資料，下面針對三種使用方式，分別寫明使用方法及使用的時機： 

1. Main程式：

在global 的地方使用static，可以讓該變數由程式的全域變數變成檔案內的全域變數，使用static的全域變數幾乎永遠是好習慣，畢竟其他程式設計師在用你的程式時只想把你的程式當黑箱子，要是哪個全域變數名字相衝……那大概不是一兩個幹字可以解決的問題，例如下文中的debug變數，我每個檔案都想要有debug變數，這時就要加上static。
簡單的例子，我們幾個cpp檔裡面都有一個debug變數(總不能main裡的叫maindebug，gui裡的叫guidebug吧？)，如果不加上static

//main.cpp
int debug  = 0; 
//src1.cpp
int debug  = 0; 

這樣在最後編譯的時候，g++ main.o src1.o的階段，就會回傳錯誤，因為debug在這裡被重複定義。 因此，請為全域變數加上static。

Static int debug = 0

或者，與static相對的就是extern，宣告變數是在別的檔案裡有定義，這時候不能再給初始值(因為初始值是從別的檔案來的)：

extern char* filename;

2. 在函數裡使用：

在函數裡加上static的變數，不同於一般的變數「在函數執行時起始，於函數終結時清除」，static變數在程式一執行時即被宣告。我想這個已經芭樂到不能再芭樂的地步了，例子也不勝枚舉，如果我們要輸出某函數被call幾次，請愛用static。

Void function(){
 static int i=0;
 cout << ++i << endl;
}

3. 在class裡使用：

在class裡使用，其功用在於，這個class產生的任何一個object(or instance if you like)，都可看到static的變數或函數。 比如說我project寫的基因演算法的程式，經由隨機產生了10000個子代，每個子代都要對某一筆測試資料進行處理，看看結果好不好；這時候當然不可能每一個子代都保留一份測試資料的副本(記憶體不用錢也不是這樣花的吧…)，就要用static的方式保存資料，讓每個子代都能看到。
在class裡面用會複雜一點，假設現在有一個叫static_test的class，架構如下：

//static_test.h
class static_test { 
public:
    static int static_var;
    static void output();
    int i;
};

所以我們宣告了一個static的integer跟一個static 的function，在.h宣告中，大部分的東西是一樣的。
但在定義式裡，就有些不同，由於static物件在是class共有的一部分，宣告class物件時並不會初始化static的物件，因此在.cpp裡面第一件事就是先初始化static物件：

//static_test.cpp
int static_test::static_var;

要不要給初始值沒什麼關係，但這行指明：static_test中有一個static_var，不寫這行編譯時會出現undefined reference to static_var。 取用static物件時，也要用'::'指明：我要取用static_test的物件，例如：

cout << static_test::static_var << endl;
static_test::static_var = 10;

static function是類似的事情，每一個class都可以取用這個function，但static function裡面，只能用到static的member，因為它並非任何一個object的function，自然不能取用其中的內容，就如文中的output()不能取用 i 這個變數。
據說static member最常用的地方是統計目前程式中生成了幾個object，在contructor中對static member+1，destruct的時候-1，不過作者到目前還是沒遇到相關的場合，所以…就算了吧，能用就好。

 4. 致謝： 

本篇文章，感謝陳仕勳(GodGodMouse)強者的指導。