在Python 2.7即将停止支持时,我们为你带来了一份python 3.x迁移
目前,Python 科学栈中的所有主要项目都同时支持 Python 3.x 和 Python 2.7,不过,这种情况很快即将结束。去年 11 月,Numpy 团队的一份声明引发了数据科学社区的关注: 这一科学计算库即将放弃对于 Python 2.7 的支持 ,全面转向 Python 3。Numpy 并不是唯一宣称即将放弃 Python 旧版本支持的工具,pandas 与 Jupyter notebook 等很多产品也在即将放弃支持的名单之中。对于数据科学开发者而言,如何将已有项目从 Python 2 转向 Python 3 成为了正在面临的重大问题。来自莫斯科大学的 Alex Rogozhnikov 博士为我们整理了一份代码迁移指南。 Python 3 功能简介 Python 是机器学习和其他科学领域中的主流语言,我们通常需要使用它处理大量的数据。Python 兼容多种深度学习框架,且具备很多优秀的工具来执行数据预处理和可视化。 但是,Python 2 和 Python 3 长期共存于 Python 生态系统中,很多数据科学家仍然使用 Python 2。2019 年底,Numpy 等很多科学计算工具都将停止支持 Python 2,而 2018 年后 Numpy 的所有新功能版本将只支持 Python 3。 为了使 Python 2 向 Python 3 的转换更加轻松,我收集了一些 Python 3 的功能,希望对大家有用。 使用 pathlib 更好地处理路径 pathlib 是 Python 3 的默认模块,帮助避免使用大量的 os.path.joins: from pathlib import Path dataset = 'wiki_images' datasets_root = Path('/path/to/datasets/') train_path = datasets_root / dataset / 'train' test_path = datasets_root / dataset / 'test' for image_path in train_path.iterdir(): with image_path.open() as f: # note,open is a method of Path object # do something with an image Python 2 总是试图使用字符串级联(准确,但不好),现在有了 pathlib,代码安全、准确、可读性强。 此外,pathlib.Path 具备大量方法,这样 Python 新用户就不用每个方法都去搜索了: p.exists() p.is_dir() p.parts() p.with_name('sibling.png') # only change the name,but keep the folder p.with_suffix('.jpg') # only change the extension,but keep the folder and the name p.chmod(mode) p.rmdir() pathlib 会节约大量时间,详见: 文档:https://docs.python.org/3/library/pathlib.html; 参考信息:https://pymotw.com/3/pathlib/。 类型提示(Type hinting)成为语言的一部分 PyCharm 中的类型提示示例: Python 不只是适合脚本的语言,现在的数据流程还包括大量步骤,每一步都包括不同的框架(有时也包括不同的逻辑)。 类型提示被引入 Python,以帮助处理越来越复杂的项目,使机器可以更好地进行代码验证。而之前需要不同的模块使用自定义方式在文档字符串中指定类型(注意:PyCharm 可以将旧的文档字符串转换成新的类型提示)。 下列代码是一个简单示例,可以处理不同类型的数据(这就是我们喜欢 Python 数据栈之处)。 def repeat_each_entry(data): """ Each entry in the data is doubled """ index = numpy.repeat(numpy.arange(len(data)),2) return data[index] 上述代码适用于 numpy.array(包括多维)、astropy.Table 和 astropy.Column、bcolz、cupy、mxnet.ndarray 等。 repeat_each_entry(pandas.Series(data=[0,1,2],index=[3,4,5])) # returns Series with Nones inside 这是一个两行代码。想象一下复杂系统的行为多么难预测,有时一个函数就可能导致错误的行为。明确了解哪些类型方法适合大型系统很有帮助,它会在函数未得到此类参数时给出提醒。 def repeat_each_entry(data: Union[numpy.ndarray,bcolz.carray]): 如果你有一个很棒的代码库,类型提示工具如 MyPy 可能成为集成流程中的一部分。不幸的是,提示没有强大到足以为 ndarrays/tensors 提供细粒度类型,但是或许我们很快就可以拥有这样的提示工具了,这将是 DS 的伟大功能。 类型提示 → 运行时的类型检查 默认情况下,函数注释不会影响代码的运行,不过它也只能帮你指出代码的意图。 但是,你可以在运行时中使用 enforce 等工具强制进行类型检查,这可以帮助你调试代码(很多情况下类型提示不起作用)。 @enforce.runtime_validation def foo(text: str) -> None: print(text) foo('Hi') # ok foo(5) # fails @enforce.runtime_validation def any2(x: List[bool]) -> bool: return any(x) any ([False,False,True,False]) # True any2([False,False]) # True any (['False']) # True any2(['False']) # fails any ([False,None,"",0]) # False any2([False,0]) # fails 函数注释的其他用处 如前所述,注释不会影响代码执行,而且会提供一些元信息,你可以随意使用。 例如,计量单位是科学界的一个普遍难题,astropy 包提供一个简单的装饰器(Decorator)来控制输入量的计量单位,并将输出转换成所需单位。 # Python 3 from astropy import units as u @u.quantity_input() def frequency(speed: u.meter / u.s,wavelength: u.m) -> u.terahertz: return speed / wavelength frequency(speed=300_000 * u.km / u.s,wavelength=555 * u.nm) # output: 540.5405405405404 THz,frequency of green visible light 如果你拥有 Python 表格式科学数据(不必要太多),你应该尝试一下 astropy。你还可以定义针对某个应用的装饰器,用同样的方式来控制/转换输入和输出。 通过 @ 实现矩阵乘法 下面,我们实现一个最简单的机器学习模型,即带 L2 正则化的线性回归: # l2-regularized linear regression: || AX - b ||^2 + alpha * ||x||^2 -> min # Python 2 X = np.linalg.inv(np.dot(A.T,A) + alpha * np.eye(A.shape[1])).dot(A.T.dot(b)) # Python 3 X = np.linalg.inv(A.T @ A + alpha * np.eye(A.shape[1])) @ (A.T @ b) 下面 Python 3 带有 @ 作为矩阵乘法的符号更具有可读性,且更容易在深度学习框架中转译:因为一些如 X @ W + b[None,:] 的代码在 numpy、cupy、pytorch 和 tensorflow 等不同库下都表示单层感知机。 使用 ** 作为通配符 递归文件夹的通配符在 Python2 中并不是很方便,因此才存在定制的 glob2 模块来克服这个问题。递归 flag 在 Python 3.6 中得到了支持。 import glob # Python 2 found_images = glob.glob('/path/*.jpg') + glob.glob('/path/*/*.jpg') + glob.glob('/path/*/*/*.jpg') + glob.glob('/path/*/*/*/*.jpg') + glob.glob('/path/*/*/*/*/*.jpg') # Python 3 found_images = glob.glob('/path/**/*.jpg',recursive=True) python3 中更好的选择是使用 pathlib: # Python 3 found_images = pathlib.Path('/path/').glob('**/*.jpg') Print 在 Python3 中是函数 Python 3 中使用 Print 需要加上麻烦的圆括弧,但它还是有一些优点。 使用文件描述符的简单句法: print >>sys.stderr,"critical error" # Python 2 print("critical error",file=sys.stderr) # Python 3 在不使用 str.join 下输出 tab-aligned 表格: # Python 3 print(*array,sep='t') print(batch,epoch,loss,accuracy,time,sep='t') 修改与重新定义 print 函数的输出: # Python 3 _print = print # store the original print function def print(*args,**kargs): pass # do something useful,e.g. store output to some file 在 Jupyter 中,非常好的一点是记录每一个输出到独立的文档,并在出现错误的时候追踪出现问题的文档,所以我们现在可以重写 print 函数了。 在下面的代码中,我们可以使用上下文管理器暂时重写 print 函数的行为: @contextlib.contextmanager def replace_print(): import builtins _print = print # saving old print function # or use some other function here builtins.print = lambda *args,**kwargs: _print('new printing',*args,**kwargs) yield builtins.print = _print with replace_print(): <code here will invoke other print function> 上面并不是一个推荐的方法,因为它会引起系统的不稳定。 print 函数可以加入列表解析和其它语言构建结构。 # Python 3 result = process(x) if is_valid(x) else print('invalid item: ',x) f-strings 可作为简单和可靠的格式化 默认的格式化系统提供了一些灵活性,且在数据实验中不是必须的。但这样的代码对于任何修改要么太冗长,要么就会变得很零碎。而代表性的数据科学需要以固定的格式迭代地输出一些日志信息,通常需要使用的代码如下: # Python 2 print('{batch:3} {epoch:3} / {total_epochs:3} accuracy: {acc_mean:0.4f}±{acc_std:0.4f} time: {avg_time:3.2f}'.format( batch=batch,epoch=epoch,total_epochs=total_epochs,acc_mean=numpy.mean(accuracies),acc_std=numpy.std(accuracies),avg_time=time / len(data_batch) )) # Python 2 (too error-prone during fast modifications,please avoid): print('{:3} {:3} / {:3} accuracy: {:0.4f}±{:0.4f} time: {:3.2f}'.format( batch,total_epochs,numpy.mean(accuracies),numpy.std(accuracies),time / len(data_batch) )) 样本输出: 120 12 / 300 accuracy: 0.8180±0.4649 time: 56.60 f-strings 即格式化字符串在 Python 3.6 中被引入: # Python 3.6+ print(f'{batch:3} {epoch:3} / {total_epochs:3} accuracy: {numpy.mean(accuracies):0.4f}±{numpy.std(accuracies):0.4f} time: {time / len(data_batch):3.2f}') 另外,写查询语句时非常方便: query = f"INSERT INTO STATION VALUES (13,'{city}','{state}',{latitude},{longitude})" 「true division」和「integer division」之间的明显区别 对于数据科学来说这种改变带来了便利(但我相信对于系统编程来说不是)。 data = pandas.read_csv('timing.csv') velocity = data['distance'] / data['time'] Python 2 中的结果依赖于『时间』和『距离』(例如,以米和秒为单位)是否被保存为整数。 在 Python 3 中,结果的表示都是精确的,因为除法的结果是浮点数。 另一个案例是整数除法,现在已经作为明确的运算: n_gifts = money // gift_price # correct for int and float arguments 注意,该运算可以应用到内建类型和由数据包(例如,numpy 或 pandas)提供的自定义类型。 推荐:Python核心团队计划2020年停止支持Python2,NumPy宣布停止支持计划表 [Python核心团队计划在2020年停止支持Python 2。NumPy项目自2010年以来一直支持Python 2和Python 3,并且发现支持Python 2对我们有限的资源增加了负担;因此,我们最终计划 严格排序 # All these comparisons are illegal in Python 3 3 < '3' 2 < None (3,4) < (3,None) (4,5) < [4,5] # False in both Python 2 and Python 3 (4,5) == [4,5] 防止不同类型实例的偶然性的排序。 sorted([2,'1',3]) # invalid for Python 3,in Python 2 returns [2,3,'1'] 在处理原始数据时帮助发现存在的问题。 旁注:对 None 的合适检查是(两个版本的 Python 都适用): if a is not None: pass if a: # WRONG check for None pass 自然语言处理的 Unicode s = '您好' print(len(s)) print(s[:2]) 输出: Python 2: 6n�� Python 3: 2n 您好. x = u'со' x += 'co' # ok x += 'со' # fail Python 2 在此失败了,而 Python 3 可以如期工作(因为我在字符串中使用了俄文字母)。 在 Python 3 中 strs 是 Unicode 字符串,对非英语文本的 NLP 处理更加方便。 还有其它有趣的方面,例如: 'a' < type < u'a' # Python 2: True 'a' < u'a' # Python 2: False from collections import Counter Counter('Möbelstück') Python 2: Counter({'xc3': 2,'b': 1,'e': 1,'c': 1,'k': 1,'M': 1,'l': 1,'s': 1,'t': 1,'xb6': 1,'xbc': 1}) Python 3: Counter({'M': 1,'ö': 1,'ü': 1,'k': 1}) 这些在 Python 2 里也能正确地工作,但 Python 3 更为友好。 保留词典和**kwargs 的顺序 在 CPython 3.6+ 版本中,字典的默认行为类似于 OrderedDict(在 3.7+版本中已得到保证)。这在字典理解(和其他操作如 json 序列化/反序列化期间)保持顺序。 import json x = {str(i):i for i in range(5)} json.loads(json.dumps(x)) # Python 2 {u'1': 1,u'0': 0,u'3': 3,u'2': 2,u'4': 4} # Python 3 {'0': 0,'1': 1,'2': 2,'3': 3,'4': 4} 它同样适用于**kwargs(在 Python 3.6+版本中):它们的顺序就像参数中显示的那样。当设计数据流程时,顺序至关重要,以前,我们必须以这样繁琐的方式来编写: from torch import nn # Python 2 model = nn.Sequential(OrderedDict([ ('conv1',nn.Conv2d(1,20,5)),('relu1',nn.ReLU()),('conv2',nn.Conv2d(20,64,('relu2',nn.ReLU()) ])) # Python 3.6+,how it *can* be done,not supported right now in pytorch model = nn.Sequential( conv1=nn.Conv2d(1,5),relu1=nn.ReLU(),conv2=nn.Conv2d(20,relu2=nn.ReLU()) ) 注意到了吗?名称的唯一性也会被自动检查。 迭代地拆封 # handy when amount of additional stored info may vary between experiments,but the same code can be used in all cases model_paramteres,optimizer_parameters,*other_params = load(checkpoint_name) # picking two last values from a sequence *prev,next_to_last,last = values_history # This also works with any iterables,so if you have a function that yields e.g. qualities,# below is a simple way to take only last two values from a list *prev,last = iter_train(args) 默认的 pickle 引擎为数组提供更好的压缩 # Python 2 import cPickle as pickle import numpy print len(pickle.dumps(numpy.random.normal(size=[1000,1000]))) # result: 23691675 # Python 3 import pickle import numpy len(pickle.dumps(numpy.random.normal(size=[1000,1000]))) # result: 8000162 节省 3 倍空间,而且速度更快。实际上,类似的压缩(不过与速度无关)可以通过 protocol=2 参数来实现,但是用户通常会忽略这个选项(或者根本不知道)。 更安全的解析 labels = <initial_value> predictions = [model.predict(data) for data,labels in dataset] # labels are overwritten in Python 2 # labels are not affected by comprehension in Python 3 关于 super() Python 2 的 super(...)是代码错误中的常见原因。 # Python 2 class MySubClass(MySuperClass): def __init__(self,name,**options): super(MySubClass,self).__init__(name='subclass',**options) # Python 3 class MySubClass(MySuperClass): def __init__(self,**options): super().__init__(name='subclass',**options) 关于 super 和方法解析顺序的更多内容,参见 stackoverflow: https://stackoverflow.com/questions/576169/understanding-python-super-with-init-methods 更好的 IDE 会给出变量注释 在使用 Java、C# 等语言编程的过程中最令人享受的事情是 IDE 可以提供非常好的建议,因为在执行代码之前,所有标识符的类型都是已知的。 而在 Python 中这很难实现,但是注释可以帮助你: 以清晰的形式写下你的期望 从 IDE 获取良好的建议 这是一个带变量注释的 PyCharm 示例。即使你使用的函数不带注释(例如,由于向后兼容性),它也能工作。 多种拆封(unpacking) 在 Python3 中融合两个字典的代码示例: x = dict(a=1,b=2) y = dict(b=3,d=4) # Python 3.5+ z = {**x,**y} # z = {'a': 1,'b': 3,'d': 4},note that value for `b` is taken from the latter dict. 可以在这个链接中查看 Python2 中的代码对比:https://stackoverflow.com/questions/38987/how-to-merge-two- dictionaries-in-a-single-expression aame 方法对于列表(list)、元组(tuple)和集合(set)都是有效的(a、b、c 是任意的可迭代对象): [*a,*b,*c] # list,concatenating (*a,*c) # tuple,concatenating {*a,*c} # set,union 对于*args 和 **kwargs,函数也支持额外的 unpacking: Python 3.5+ do_something(**{**default_settings,**custom_settings}) # Also possible,this code also checks there is no intersection between keys of dictionaries do_something(**first_args,**second_args) 只带关键字参数的 API 我们考虑这个代码片段: model = sklearn.svm.SVC(2,'poly',2,0.5) 很明显,代码的作者还没熟悉 Python 的代码风格(很可能刚从 cpp 和 rust 跳到 Python)。不幸的是,这不仅仅是个人偏好的问题,因为在 SVC 中改变参数的顺序(adding/deleting)会使得代码无效。特别是,sklearn 经常会重排序或重命名大量的算法参数以提供一致的 API。每次重构都可能使代码失效。 在 Python3,库的编写者可能需要使用*以明确地命名参数: class SVC(BaseSVC): def __init__(self,*,C=1.0,kernel='rbf',degree=3,gamma='auto',coef0=0.0,... ) 现在,用户需要明确规定参数 这种机制使得 API 同时具备了可靠性和灵活性。 小调:math 模块中的常量 # Python 3 math.inf # 'largest' number math.nan # not a number max_quality = -math.inf # no more magic initial values! for model in trained_models: max_quality = max(max_quality,compute_quality(model,data) 小调:单精度整数类型 Python 2 提供了两个基本的整数类型,即 int(64 位符号整数)和用于长时间计算的 long(在 C++变的相当莫名其妙)。 Python 3 有一个单精度类型的 int,它包含了长时间的运算。 isinstance(x,numbers.Integral) # Python 2,the canonical way isinstance(x,(long,int)) # Python 2 isinstance(x,int) # Python 3,easier to remember 其他 Enums 有理论价值,但是 字符串输入已广泛应用在 python 数据栈中。 Enums 似乎不与 numpy 交互,并且不一定来自 pandas。 协同程序也非常有希望用于数据流程,但还没有出现大规模应用。 Python 3 有稳定的 ABI Python 3 支持 unicode(因此ω = Δφ / Δt 也 okay),但你最好使用好的旧的 ASCII 名称 数据科学特有的代码迁移问题(以及如何解决它们) 停止对嵌套参数的支持:
然而,它依然完美适用于不同的理解:
通常,理解在 Python 2 和 3 之间可以更好地「翻译」。 map(),.keys(),.values(),.items(),等等返回迭代器,而不是列表。迭代器的主要问题有: 没有琐碎的分割和 无法迭代两次。 将结果转化为列表几乎可以解决所有问题。 遇到问题请参见 Python 问答:我如何移植到 Python 3?(https://eev.ee/blog/2016/07/31/python-faq-how-do-i-port-to-python-3/) 用 python 教机器学习和数据科学的主要问题 课程作者应该首先花时间解释什么是迭代器,为什么它不能像字符串那样被分片/级联/相乘/迭代两次(以及如何处理它)。 Python 2 与 Python 3 共存了近 10 年,时至今日,我们必须要说:是时候转向 Python 3 了。 研究和生产代码应该更短,更易读取,并且在迁移到 Python 3 代码库之后明显更加的安全。 现在大多数库同时支持 2.x 和 3.x 两个版本。但我们不应等到流行工具包开始停止支持 Python 2 才开始行动,提前享受新语言的功能吧。 您可能感兴趣的文章:
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