c++ - 使用 Boost-Python 计算 python 中定义的函数的导数

Question

我想编写一个 Boost-Python 程序来从用户那里获取一个符号 python 函数并在我的程序中评估它的导数。

例如，用户提供了一个 python 文件 (Function.py)，它定义了一个函数，如 F = sin(x)*cos(x)。

然后我想使用 Sympy 的符号微分能力访问 F'(x)（F(x) 的导数）。我不想使用数值微分。

有没有办法使用 Boost-Python 在 C++ 中使这样的函数 F'(x) 可访问。

Answer 1

这是一些可以帮助您入门的代码。

主.cpp：

#include <boost/python.hpp>
#include <iostream>

using namespace boost::python;

int main(void) {
    Py_Initialize();

    object main_module = import("__main__");
    object main_namespace = main_module.attr("__dict__");

    exec("from __future__ import division\n"
        "from sympy import *\n"
        "x = symbols('x')\n"
        "f = symbols('f', cls=Function)\n"
        "f = cos(x) * sin(x)\n"
        "f1 = lambda u: diff(f).subs(x, u);\n",
        main_namespace);

    exec("result = f1(1.0)", main_namespace);
    double res = extract<double>(main_namespace["result"]);
    std::cout << "Out: " << res << std::endl;

    return 0;
}

编译命令，替换为您的路径和编译器：

$ clang++ -I"/usr/local/Cellar/python/2.7.3/Frameworks/Python.framework/Versions/Current/Headers/" -L"/usr/local/Cellar/python/2.7.3/Frameworks/Python.framework/Versions/Current/lib/" -lpython2.7 main.cpp

它可以编译，但现在对我不起作用。希望它有所帮助。

Answer 2

我不是 SymPy 专家，但也许这可以帮助你：

您可以定义一个 Python 方法，如：

def f(x):
  return sin(x)*cos(x)

您可以使用以下方法创建一个可评估函数f1作为f的导数：

from sympy import *
x = symbols('x')
f1 = lambdify(x, diff(f(x)))

可以使用 boost::python 从 C++ 调用此函数 f1。您可以为函数 f1 创建一个对象，使用() 运算符调用该函数并使用extract<>将结果转换为双精度。

这是一个例子：

  namespace py = boost::python;

  Py_Initialize();

  py::object main_module = py::import("__main__");
  py::object main_dict   = main_module.attr("__dict__");

  py::exec(
    "def f(x):\n"
    "  return  sin(x)*cos(x)\n",
    main_dict
  );

  py::exec(
    "from sympy import *\n"
    "x = symbols('x')\n"
    "f1 = lambdify(x, diff(f(x)))\n",
     main_dict
  );

  py::object f1 = main_dict["f1"];
  std::cout << py::extract<double>(f1(0.0)) << std::endl;
  std::cout << py::extract<double>(f1(1.0)) << std::endl;

  return 0;