python3 通過 pybind11 使用Eigen加速程式碼

好問雷發表於2020-12-05
Python

python是很容易上手的程式語言，但是有些時候使用python編寫的程式並不能保證其執行速度（例如：while 和 for），這個時候我們就需要藉助c++等為我們的程式碼提速。下面是我使用pybind11呼叫c++的Eigen庫的簡單介紹:

第一步：準備系統和IDE：

  • Windows 10 
  • vs2015 (用於除錯c++程式碼)
  • vscode (除錯python程式碼)

第二步：python虛擬環境：

  1. 建立虛擬python虛擬環境： 在vscode的terminal中執行   
    python -m venv env

     

  2. 下載 Eigen: 將Eigen解壓到當前目錄命名為 eigen-3.3.8
  3. 在vscode的terminal中啟用虛擬環境： 
     ./env/Scripts/Activate.ps1

    

    

    　　
    

    4. 

  4. 安裝pybind11: 

    

    pip install pybind11
    

    

     
    

    5. 

  5. 安裝numpy==1.19.3（使用1.19.4可能會有問題）:

    

     pip install numpy==1.19.3 
    

    

     
    

    6. 



第三步：使用vs2015編寫cpp_python.cpp, 並保證沒有bug




#include <Eigen/Dense>
using namespace std
using namespace Eigen
MatrixXd add_mat(MatrixXd A_mat, MatrixXd B_mat)
{
    return A_mat + B_mat;
}




第四步：使用pybind11為cpp_python.cpp新增python介面


 




// cpp_python.cpp : 此檔案包含 "main" 函式。程式執行將在此處開始並結束。
//
#include <pybind11/pybind11.h>
#include <pybind11/eigen.h>
#include<pybind11/numpy.h>
#include<fstream>
#include<iostream>
#include <Eigen/Dense>
using namespace std;
using namespace Eigen;

MatrixXd add_mat(MatrixXd A_mat, MatrixXd B_mat)
{
	return A_mat + B_mat;
}

namespace py = pybind11;
PYBIND11_MODULE(add_mat_moudle, m)
{
	m.doc() = "Matrix add";//解釋說明
	m.def("mat_add_py"/*在pyhon中使用的函式名*/, &add_mat);
}




第五步：設定setup.py用來編譯c++程式碼




from setuptools import setup
from setuptools import Extension

add_mat_module = Extension(name='add_mat_moudle',  # 模組名稱
                           sources=['cpp_python.cpp'],    # 原始碼
                           include_dirs=[r'.\eigen-3.3.8',
                                        r'.\env\Scripts',     # 依賴的第三方庫的標頭檔案
                                         r'.\env\Lib\site-packages\pybind11\include']
                           )

setup(ext_modules=[add_mat_module])




 第六步：編譯測試




這是我當前的工作目錄



 


 注意：我的cpp_python.cpp和setup.py是在同一個資料夾下。


 




執行: "python .\setup.py build_ext --inplace"就會得下面的結果，生成.pyd檔案表明我們已經編譯成功。




 




執行測試：


 




 


 


 


 


 


 




　　






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