Swift Numerics 开源库:让 Swift 更适合数值计算

阅读数:914 2019 年 12 月 18 日 09:00

Swift Numerics开源库:让Swift更适合数值计算

苹果的工程师 Steve Cannon 说, Swift Numerics 是一个新的 Swift 开源库,它试图填补 Swift 标准库(Standard Library)的空白。目前,它包含两个模块,分别用于实数和复杂的数学计算,但是在它的路线图上有更多的内容

按照目前的决策,Swift Numerics 依然保持在其自身的包中,而不是位于标准库中,这主要是因为编译器的一些限制,这些限制阻碍了新 API 的实现,因为实现的方式必须要满足 Swift 对跨语言版本源代码稳定性的承诺。尽管如此,并不排除 Swift Numerics 将来可能会转移到标准库的可能性。无需多言,只有那些足够通用的特性才能考虑加入到标准库之中。

Swift Numerics 是一个模块化的库,这意味着我们可以只导入所需的模块。例如,如下展现了如何只导入Complex模块:

复制代码
import Complex

另外,我们还可以按照这些写法导入整个 Numerics API:

复制代码
import Numerics

Real模块定义了三个协议:ElementaryFunctionsRealFunctionsReal,Cannon 说,最后一个是其中最重要的。

Real描述了一个浮点类型,它提供了完整的数字函数集,比如explogcospow等等。其强大之处在于,借助它,我们可以编写通用的代码,这些代码能够无缝地集成到 Swift 未来会添加的新浮点类型中,比如Float16Float128。上文提到的另外两个协议用于分区(partition)函数,它们可以很容易地扩展至比实数更通用的数字字段,或者扩展至非实数字段。后者包括像exp2exp10gammalogGamma等众多的函数。

Complex数字构建在Real之上:

复制代码
public struct Complex<RealType> where RealType: Real { ...}

借助简单直接的语法,我们可以针对复杂数字进行基本的计算操作:

复制代码
import Complex// 声明一个复杂数字:let z: Complex<Double> = 2 + 3 * .iprint(z) // (2.0, 3.0)print(z.real) // 2.0print(z.imaginary) // 3.0let w = Complex<Double>(1, -2.5)let zz = z + zzlet p = z * Complex(0, 2.5)

据 Cannon 所言,与 C 代码相比,Swift Numerics 提供了更好的性能。这主要是由于对 0 和 NaN 的处理进行了简化。虽然 C(和 c++)倾向于区分不同类型的 0 和 NaNs,但是 Swift Numerics 倾向于丢失一些信息来简化代码,这减少了程序员保持安全性和正确性的开销,并带来了显著的速度优化。

最后值得一提的是,Swift Numerics 依然处于活跃的开发之中,未来会加入更多的类型,包括 Float16( https://github.com/apple/swift-numerics/issues/8 )、超过 64 位的固定宽度的整数、表示多维同构数据的 ShapedArray 协议等。

原文链接

Swift Numerics Aims to Make Swift Suitable for Numerical Computing

评论

发布