파이썬 상호 운용성

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Swift For TensorFlow는 Python 상호 운용성을 지원합니다.

Swift에서 Python 모듈을 가져오고, Python 함수를 호출하고, Swift와 Python 간에 값을 변환할 수 있습니다.

import PythonKit
print(Python.version)

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

Python 버전 설정

기본적으로 import Python 때 Swift는 설치된 Python의 최신 버전에 대한 시스템 라이브러리 경로를 검색합니다. 특정 Python 설치를 사용하려면 PYTHON_LIBRARY 환경 변수를 설치 시 제공되는 libpython 공유 라이브러리로 설정하세요. 예를 들어:

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

정확한 파일 이름은 Python 환경과 플랫폼에 따라 다릅니다.

또는 Swift가 일치하는 Python 버전에 대한 시스템 라이브러리 경로를 검색하도록 지시하는 PYTHON_VERSION 환경 변수를 설정할 수 있습니다. PYTHON_LIBRARY 는 PYTHON_VERSION 보다 우선합니다.

코드에서는 PYTHON_VERSION 설정과 동일한 PythonLibrary.useVersion 함수를 호출할 수도 있습니다.

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

참고: import Python 직후, Python 코드를 호출하기 전에 PythonLibrary.useVersion 실행해야 합니다. Python 버전을 동적으로 전환하는 데 사용할 수 없습니다.

Python 라이브러리 로딩에 대한 디버그 출력을 보려면 PYTHON_LOADER_LOGGING=1 설정합니다.

기초

Swift에서 PythonObject Python의 객체를 나타냅니다. 모든 Python API는 PythonObject 인스턴스를 사용하고 반환합니다.

Swift의 기본 유형(숫자 및 배열 등)은 PythonObject 로 변환 가능합니다. 어떤 경우에는( PythonConvertible 인수를 사용하는 리터럴 및 함수의 경우) 변환이 암시적으로 발생합니다. Swift 값을 PythonObject 로 명시적으로 캐스팅하려면 PythonObject 이니셜라이저를 사용하세요.

PythonObject 숫자 연산, 인덱싱 및 반복을 포함한 많은 표준 연산을 정의합니다.

// 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 많은 표준 Swift 프로토콜에 대한 적합성을 정의합니다.

  • Equatable
  • Comparable
  • Hashable
  • SignedNumeric
  • Strideable
  • MutableCollection
  • 모든 ExpressibleBy_Literal 프로토콜

이러한 적합성은 유형에 안전하지 않습니다. 호환되지 않는 PythonObject 인스턴스에서 프로토콜 기능을 사용하려고 하면 충돌이 발생합니다.

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

튜플을 Python에서 Swift로 변환하려면 튜플의 개수를 정적으로 알아야 합니다.

다음 인스턴스 메서드 중 하나를 호출합니다.

  • 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 내장

전역 Python 인터페이스를 통해 Python 내장 기능에 액세스하세요. 

// `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 모듈 가져오기

Python.import 사용하여 Python 모듈을 가져옵니다. 이는 Python 의 import 키워드처럼 작동합니다. 

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.]]

안전한 가져오기를 수행하려면 던지기 함수 Python.attemptImport 를 사용하세요. 

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

nil

numpy.ndarray 사용한 변환

다음 Swift 유형을 numpy.ndarray 로 변환하거나 그 반대로 변환할 수 있습니다.

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

numpy.ndarray 의 dtype Element 또는 Scalar 일반 매개변수 유형과 호환되는 경우에만 변환이 성공합니다.

Array 의 경우 numpy.ndarray 1D인 경우에만 numpy 에서의 변환이 성공합니다. 

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.]

이미지 표시

Python 노트북에서와 마찬가지로 matplotlib 사용하여 이미지를 인라인으로 표시할 수 있습니다. 

// 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()

png

Use `print()` to show values.