Python-Interoperabilität

Swift For TensorFlow unterstützt die Python-Interoperabilität.

Sie können Python-Module aus Swift importieren, Python-Funktionen aufrufen und Werte zwischen Swift und Python konvertieren.

import PythonKit
print(Python.version)

3.6.9 (default, Oct  8 2020, 12:12:24) 
[GCC 8.4.0]

Einstellen der Python-Version

Standardmäßig durchsucht Swift beim import Python Systembibliothekspfade nach der neuesten installierten Version von Python. Um eine bestimmte Python Installation zu verwenden, stellte die PYTHON_LIBRARY Umgebungsvariable auf die libpython gemeinsam genutzten Bibliothek durch die Installation zur Verfügung gestellt. Beispielsweise:

export PYTHON_LIBRARY="~/anaconda3/lib/libpython3.7m.so"

Der genaue Dateiname unterscheidet sich in Python-Umgebungen und -Plattformen.

Alternativ können Sie die Umgebungsvariable PYTHON_VERSION , die Swift anweist, Systembibliothekspfade nach einer passenden Python-Version zu durchsuchen. Beachten Sie, dass PYTHON_LIBRARY Vorrang vor PYTHON_VERSION .

Im Code können Sie auch die Funktion PythonLibrary.useVersion , die dem Festlegen von PYTHON_VERSION .

// PythonLibrary.useVersion(2)
// PythonLibrary.useVersion(3, 7)

Hinweis: Sie sollten PythonLibrary.useVersion direkt nach dem import Python PythonLibrary.useVersion , bevor Sie Python-Code aufrufen. Es kann nicht zum dynamischen Wechseln von Python-Versionen verwendet werden.

Setzen Sie PYTHON_LOADER_LOGGING=1 , um die Debug-Ausgabe für das Laden der Python-Bibliothek PYTHON_LOADER_LOGGING=1 .

Grundlagen

In Swift repräsentiert PythonObject ein Objekt aus Python. Alle Python-APIs verwenden PythonObject Instanzen und geben sie PythonObject .

Grundtypen in Swift (wie Zahlen und Arrays) können in PythonObject konvertiert PythonObject . In einigen Fällen (für Literale und Funktionen, die PythonConvertible Argumente verwenden) erfolgt die Konvertierung implizit. Verwenden Sie den PythonObject Initialisierer, um einen Swift-Wert explizit in PythonObject PythonObject .

PythonObject definiert viele Standardoperationen, einschließlich numerischer Operationen, Indizierung und Iteration.

// Convert standard Swift types to Python.
let pythonInt: PythonObject = 1
let pythonFloat: PythonObject = 3.0
let pythonString: PythonObject = "Hello Python!"
let pythonRange: PythonObject = PythonObject(5..<10)
let pythonArray: PythonObject = [1, 2, 3, 4]
let pythonDict: PythonObject = ["foo": [0], "bar": [1, 2, 3]]

// Perform standard operations on Python objects.
print(pythonInt + pythonFloat)
print(pythonString[0..<6])
print(pythonRange)
print(pythonArray[2])
print(pythonDict["bar"])

4.0
Hello 
slice(5, 10, None)
3
[1, 2, 3]

// Convert Python objects back to Swift.
let int = Int(pythonInt)!
let float = Float(pythonFloat)!
let string = String(pythonString)!
let range = Range<Int>(pythonRange)!
let array: [Int] = Array(pythonArray)!
let dict: [String: [Int]] = Dictionary(pythonDict)!

// Perform standard operations.
// Outputs are the same as Python!
print(Float(int) + float)
print(string.prefix(6))
print(range)
print(array[2])
print(dict["bar"]!)

4.0
Hello 
5..<10
3
[1, 2, 3]

PythonObject definiert Konformitäten mit vielen Standard-Swift-Protokollen:

• Equatable
• Comparable
• Hashable
• SignedNumeric
• Strideable
• MutableCollection
• Alle ExpressibleBy_Literal Protokolle

Beachten Sie, dass diese Konformitäten nicht typsicher sind: Abstürze treten auf, wenn Sie versuchen, die Protokollfunktionalität einer inkompatiblen PythonObject Instanz zu verwenden.

let one: PythonObject = 1
print(one == one)
print(one < one)
print(one + one)

let array: PythonObject = [1, 2, 3]
for (i, x) in array.enumerated() {
  print(i, x)
}

True
False
2
0 1
1 2
2 3

Um Tupel von Python in Swift zu konvertieren, müssen Sie die Arität des Tupels statisch kennen.

Rufen Sie eine der folgenden Instanzmethoden auf:

• PythonObject.tuple2
• PythonObject.tuple3
• PythonObject.tuple4

let pythonTuple = Python.tuple([1, 2, 3])
print(pythonTuple, Python.len(pythonTuple))

// Convert to Swift.
let tuple = pythonTuple.tuple3
print(tuple)

(1, 2, 3) 3
(1, 2, 3)

Python eingebaut

Greifen Sie über die globale Python Oberfläche auf Python-Buildins zu.

// `Python.builtins` is a dictionary of all Python builtins.
_ = Python.builtins

// Try some Python builtins.
print(Python.type(1))
print(Python.len([1, 2, 3]))
print(Python.sum([1, 2, 3]))

<class 'int'>
3
6

Python-Module importieren

Verwenden Sie Python.import , um ein Python-Modul zu importieren. Es funktioniert wie das Schlüsselwort import in Python .

let np = Python.import("numpy")
print(np)
let zeros = np.ones([2, 3])
print(zeros)

<module 'numpy' from '/tmpfs/src/tf_docs_env/lib/python3.6/site-packages/numpy/__init__.py'>
[[1. 1. 1.]
 [1. 1. 1.]]

Verwenden Sie die Python.attemptImport , um einen sicheren Import durchzuführen.

let maybeModule = try? Python.attemptImport("nonexistent_module")
print(maybeModule)

nil

Konvertierung mit numpy.ndarray

Die folgenden Swift-Typen können in und aus numpy.ndarray :

• Array<Element>
• ShapedArray<Scalar>
• Tensor<Scalar>

Die Konvertierung ist nur erfolgreich, wenn der dtype von numpy.ndarray mit dem generischen Parametertyp Element oder Scalar kompatibel ist.

Bei Array ist die Konvertierung von numpy nur erfolgreich, wenn numpy.ndarray 1-D ist.

import TensorFlow

let numpyArray = np.ones([4], dtype: np.float32)
print("Swift type:", type(of: numpyArray))
print("Python type:", Python.type(numpyArray))
print(numpyArray.shape)

Swift type: PythonObject
Python type: <class 'numpy.ndarray'>
(4,)

// Examples of converting `numpy.ndarray` to Swift types.
let array: [Float] = Array(numpy: numpyArray)!
let shapedArray = ShapedArray<Float>(numpy: numpyArray)!
let tensor = Tensor<Float>(numpy: numpyArray)!

// Examples of converting Swift types to `numpy.ndarray`.
print(array.makeNumpyArray())
print(shapedArray.makeNumpyArray())
print(tensor.makeNumpyArray())

// Examples with different dtypes.
let doubleArray: [Double] = Array(numpy: np.ones([3], dtype: np.float))!
let intTensor = Tensor<Int32>(numpy: np.ones([2, 3], dtype: np.int32))!

[1. 1. 1. 1.]
[1. 1. 1. 1.]
[1. 1. 1. 1.]

Bilder anzeigen

Sie können Bilder mit matplotlib wie in Python-Notizbüchern matplotlib anzeigen.

// This cell is here to display plots inside a Jupyter Notebook.
// Do not copy it into another environment.
%include "EnableIPythonDisplay.swift"
print(IPythonDisplay.shell.enable_matplotlib("inline"))

('inline', 'module://ipykernel.pylab.backend_inline')

let np = Python.import("numpy")
let plt = Python.import("matplotlib.pyplot")

let time = np.arange(0, 10, 0.01)
let amplitude = np.exp(-0.1 * time)
let position = amplitude * np.sin(3 * time)

plt.figure(figsize: [15, 10])

plt.plot(time, position)
plt.plot(time, amplitude)
plt.plot(time, -amplitude)

plt.xlabel("Time (s)")
plt.ylabel("Position (m)")
plt.title("Oscillations")

plt.show()

Use `print()` to show values.