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Python encalcul

scientifique

RomaricDAVID

Bibliographie

Concepts debase dePython

A lorigine dumonde (desnumericiens) :les tableaux enPython

Numpy

Fonctionnementde f2py

Matplotlib

Modulespython

Structurationdes modules

Python en calcul scientifique

Romaric DAVID

Ecole dAutomne Informatique Scientifique1er Octobre 2008

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Numpy


Matplotlib

Modulespython


Plan

1 Concepts de base de Python

2 A lorigine du monde (des numericiens) : les tableaux enPython

NumpyFonctionnement de f2py

3 Matplotlib

4 Modules python

5 Structuration des modules

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Numpy


Matplotlib

Modulespython


Quelques caracteristiques dePython I

Langage interprete portabilite du code : il suffit davoirun interpreteur (Python dans notre cas) sur la machine

reduction de la duree du cycle de developpement parsuppression de la phase de compilation.

Python est concu pour inciter le programmeur a ecrire desprogrammes clairs, documentes, et concis.Mais encore. . .

Programmes clairs : lindentation est obligatoire enPython.

Fonctions documentees :docstring, une chane de caracteres decrivant lefonctionnement de la fonction ;

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Matplotlib

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Quelques caracteristiques dePython II

Concis : le nombre important de structures de donneesdeja existantes permet de se concentrer sur lalgorithmedu programme a resoudre.

Langage qui a plu a la communaute numerique

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Numpy


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Plan




3 Matplotlib

4 Modules python


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Matplotlib

Modulespython


Tableaux en python I

Python bien diffuse dans la communaute numerique, enraison de ces modules permettant lutilisation de grandstalbeaux et doperations math courantes et facilementaccessibles

Module array du langage Tableaux Contigus Typecode definissant le type de donnees Pas doperations math ! ! !

Extension numpy Tableaux contigus Operations math (FFT, Algebre lineaire, generateurs

aleatoires)

Utilisation routines optimisees du systeme si presentes

array

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Numpy


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Tableaux en python II

Structure en memoire dun tableau numpy (emprunte a KonradHinsen, CNRS, Orleans) :

Exemple de code

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Numpy


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Tableaux en python III

>>> import numpy>>> a=numpy . z e r o s ( ( 3 , 4 ) , dtype= f )>>> aa r r a y ( [ [ 0 . , 0 . , 0 . , 0 . ] ,

[ 0 . , 0 . , 0 . , 0 . ] ,[ 0 . , 0 . , 0 . , 0 . ] ] , d type=f l o a t 3 2 )

Fichier Exemples/Numpy/first numpy array

Exemples/Numpy/first_numpy_array

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Numpy


Matplotlib

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More on numpy I

Comment est construit numpy ?

Noyaux de calculs C/Fortran

Interfaces avec python

Python utilise comme driver (+ standardistion des appelsaux fonctions)

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Numpy


Matplotlib

Modulespython


Une application de numpy : f2py

f2py : automatisation interfacage Python / Fortran Definition (assistee) dune interface (entrees, sorties) Compilation automatique dun wrapper, depuis un fichier

source fortran ou depuis une bibliotheque

Utilisation de ce wrapper comme dun nouveau modulePython

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Numpy


Matplotlib

Modulespython


Fonctionnement de f2py I

Interet du fichier dinterfacage :

Squelette construit par f2py Non intrusion dans le code . . . ) Directives (commentaires) possibles dans le fichier source

Consequences sur la lisibilite du code :

Permet dindiquer explicitement quels sont les operandesde sortie et dentree (pas toujours tres clair en Fortran...)

resultat = fonction(operande1, operande2, ... Depend de la specification des variables (intent)

Syntaxe des intent

intent(in) : variable dentree dans la procedure intent(out) : variable de sortie. Sera recuperee comme

resultat dans le code python

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Fonctionnement de f2py II

intent(copy) : la valeur de la variable dorigine seraconservee

intent(overwrite) : la valeur de la variable dorigine nestpas recopiee avant utilisation ecrasee par celle de lavaleur de sortie. Utile pour eviter de copier.Fonctionnement par defaut

Le principe de fonctionnement general est representeci-dessous :

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Fonctionnement de f2py III

Fig.: Principe de fonctionnement de f2py

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f2py : dernieres remarques

Caracteristiques principales :

Du petit exemple aux grosses bibliotheques Interfacage de code C egalement Limitations : Types derives Fortran 90 Autre generateur dinterfaces : Forthon

Quelles fonctions wrapper avec f2py ?

les routines de calcul consommatrices en temps, du coeurdu probleme

les routines dE/S en Fortran (joke)Dans un code couple python/fortran, python est charge duhousekeeping (allant jusquau pre/post traitement), fortran ducalcul dur. En fortran, penser fonctions plutot que codecomplet.

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Plan




3 Matplotlib

4 Modules python


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Matplotlib : Un trace simple I

Voici le code du sinus :

from py l ab import

# D e f i n i t i o n de l a s e r i e de donnees en x : de 0 a 2 par pas de 0 .1t = arange ( 0 . 0 , 2 . 0 , 0 . 0 1 )

# Courant a l t e r n a t i f p a r f a i ts = 230 s i n (2 p i t )# Plo t a b s i s c e s , o rdonneess u bp l o t (211)p l o t ( t , s )t i t l e ( r $\Pi =3.14 \ s i n (2 \ t imes \omega t ) $ )

s u bp l o t (212)

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Matplotlib : Un trace simple II

n , h , p=h i s t ( s )p l o t ( t )t i t l e ( r Histogramme )s a v e f i g ( s i n u s . pdf )show ( )

Fichier Exemples/Matplotlib/sinus.py

Exemples/Matplotlib/sinus.py

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Matplotlib : Un trace simple III

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3 Matplotlib

4 Modules python


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Forme que peut prendre un module

un fichier mod.so (cas que nous avons vu jusqua present) un fichier mod.py un repertoire mod contenant obligatoirement un fichier

init.py qui sera interprete. Ce repertoire estprioritaire sur le fichier. Sil est present, le fichier mod.pysera ignore.

Une variable ou un fonction v dun module m serareferencee par m.v.

mod.somod.pymod__init.py__mod.py

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Modulespython


Une hierarchie volontairementcomplexe. . .

Fig.: Hierarchie de modules

BibliographieConcepts de base de Python l'origine du monde (des numriciens) : les tableaux en PythonNumpyFonctionnement de f2py

MatplotlibModules pythonStructuration des modules

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