监视函数调用和变量值



如何在Python脚本中查看哪些函数被调用以及所有变量值?

我刚刚发现了Python的不确定性软件包,我想弄清楚它是如何工作的,这样我就可以向老板解释了。

基本上,我看不出不确定性是如何实际计算的。这可能是因为我还不知道Python是如何工作的。

对于初学者,我如何查看c是如何计算的?

import uncertainties
from uncertainties import ufloat
a = ufloat(1,3)
b = ufloat(2,4)
c = a + b  # How does this work??
print c

如果您想了解如何计算,pdb确实是一个解决方案。

然而,使用像pdb这样的调试器,很难从高层了解正在发生的事情。这就是为什么阅读代码也很有用的原因。例如,如果您想知道a+b的作用,可以检查type(a).__add__是否存在,因为如果存在,它将处理添加。不确定性一揽子计划就是这样。

也就是说,__add__确实是通过一种通用机制在不确定性中实现的,而不是专门编码的,所以我可以告诉你它实现背后的想法,因为这似乎是你最终想要的。

在您的示例中,abVariable对象:

>>> from uncertainties import ufloat                                            
>>> a = ufloat(1, 3)
>>> b = ufloat(2, 4)
>>> type(a)
<class 'uncertainties.Variable'>

那么c = a + b实际上是ab的线性函数,由其相对于ab的导数表示:

>>> c = a + b
>>> type(c)
<class 'uncertainties.AffineScalarFunc'>
>>> c.derivatives
{1.0+/-3.0: 1.0, 2.0+/-4.0: 1.0}

如果你知道一个函数相对于其变量的导数,你就可以很容易地从其变量的标准差中得到其标准差的近似值。

因此,实施不确定性一揽子计划背后的主要思想是,价值要么是:

  • 以标准差描述的随机变量如x=3.14±0.0.1和y=0±0.01(Variable对象)
  • 或函数的线性近似(AffineScalarFunc对象:"仿射"因为它们是线性的,"标量"因为它们的值是实的,而"func"是因为它们是函数)

举一个更复杂的例子,z=2*x+sin(y)在(x,y)=(3.14,0)中近似为2*x+y。在实现中,由于近似是线性的,因此只存储关于变量的导数:

>>> x = ufloat(3.14, 0.01)
>>> y = ufloat(0, 0.01)
>>> from uncertainties.umath import sin
>>> z = 2*x + sin(y)
>>> type(z)
<class 'uncertainties.AffineScalarFunc'>
>>> z.derivatives
{3.14+/-0.01: 2.0, 0.0+/-0.01: 1.0}

因此,不确定性包所做的主要工作是计算任何涉及变量的函数的导数。这是通过自动微分的有效方法来实现的。具体来说,当您执行类似a+b的操作时,Python会自动调用Variable.__add__()方法,该方法通过计算a+b相对于其变量的导数来创建一个新的线性函数(导数都是一,因为a相对于a的导数是一,对于b也是一样)。更一般地,添加函数,而不是纯变量:f(a,b) + g(a,b)相对于ab的导数是用链式规则计算的。这就是自动微分的工作方式,这也是不确定性包中实现的内容。这里的关键函数是uncertainties.wrap()。它是整个包中最大、最复杂的函数,但代码中有大量注释,并且提供了有关该方法的详细信息。

导数然后给出最终函数的标准差,作为变量标准差的函数(AffineScalarFunc.std_dev()的代码非常简单:更困难的任务是自动计算导数)。

忽略uncertainties模块的具体情况,Python提供了sys.settrace函数,该函数可用于实现Smiliey应用程序跟踪器等功能

例如,来自文档:

在一个终端窗口中,运行监视器命令:

$ smiley monitor

在第二个终端窗口中,使用smiley来运行应用程序。这示例使用smiley源中testapp目录中的test.py树

$ smiley run ./test.py
args: ['./test.py']
input = 10
Leaving c() [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
Leaving b()
Leaving a()

监视器会话将显示执行路径和本地变量应用程序。

Starting new run: ./test.py
test.py:   1: import test_funcs
test.py:   1: import test_funcs
test_funcs.py:   1: import sys
test_funcs.py:   1: import sys
test_funcs.py:   3: def gen(m):
test_funcs.py:   8: def c(input):

您可以看看Python调试器:http://docs.python.org/2/library/pdb.html

正如您所知,调试器的设计目的是让您在执行过程中观察程序的各个部分的移动。

您可能还想在https://github.com/lebigot/uncertainties/

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