视学算法报道

编辑：小舟

转载自公众号：机器之心

你的代码中有数学公式吗？

数学是数据科学和机器学习的重要基础，数学运算的结果对于机器学习项目而言是至关重要的。在编写代码时，我们常常需要定义数学公式的计算形式。像 S=r^2 这样简单的数学公式，大概不会出现拼写错误。但如果是下面这样的公式呢？

图源：知乎用户 @马啃菠箩

还记得数学老师密密麻麻的板书吗？人们习惯于手写公式的运算过程。而如果计算机编程语言能够显示出类似于手写公式的计算过程，检查公式运算是否准确就可以轻松多了吧。

近日，GitHub 上一个名叫 handcalcs 的开源库就解决了这个问题。

项目地址：https://github.com/connorferster/handcalcs

handcalcs 库：将 Python 计算代码转换为 Latex 公式

handcalcs 库可将 Python 计算代码自动渲染为 Latex 公式，呈现方式类似于手写的公式计算：先编写符号公式，再代入具体数字，最后得出结果。

正如上面的演示样例所示，计算机能够识别的公式形式是：

而人们更习惯的是如下形式的数学公式：

handcalcs 的功能就是，将数学公式和运算过程以人们更容易理解的形式展示出来。

数学计算的结果往往会影响后续代码的运行过程，而复杂的数学公式更容不得一点错漏，因此对于包含较多复杂数学公式的 Python 代码，用 handcalcs 进行自查或许是有必要的。

如何使用 handcalcs？

那么，这个开源库要如何应用呢？

基本用法 1：Jupyter 单元格魔法函数

handcalcs 的设计初衷是在 Jupyter Notebook 或 Jupyter Lab 中作为单元格魔法函数来使用。

首先，引入 handcalcs 模块并运行单元格：

import handcalcs.render

接下来，在想要使用 handcalcs 的单元格上面添加一行魔法函数 %%render：

%%render

例如：

%%render
a = 2
b = 3
c = 2*a + b/3

如果系统安装了 Latex 环境，你还可以将 notebook 导出成 pdf 格式文件。

基本用法 2：函数装饰器 @handcalc()

除了在 Jupyter cell 中使用外，在 Python 的函数中也可以使用 handcalcs。

首先导入 @handcalc() 装饰器：

from handcalcs.decorator import handcalc

然后编写函数。注意：函数必须 return locals()：

@handcalc()
def my_calc(x, y, z):a = 2*x / yb = 3*ac = (a + b) / zreturn locals()

@handcalc(left: str = "", right: str = "", jupyter_display: bool = False)

返回一个由 (latex_code: str, locals: dict) 组成的元组，其中 locals 是函数命名空间范围内所有变量的字典。

其他功能

有些公式的参数量较多，如果按照常规的格式显示在一列，会浪费大量空间。而使用 handcalcs，只需添加注释标签# Parameters 就能让参数以三列的形式显示出来：

而有些公式的计算过程非常繁琐，也会占用大量显示空间，只需使用标签# Short 就能让运算过程的显示行数减少：

反之，如果你比较喜欢推导等式对齐的方式，可以使用# Long 标签显示。

有时你并不需要代入数值计算，只需要以符号的形式显示数学计算公式。那么，你需要使用# Symbolic 标签：

handcalcs 的功能本身还可以解决编程中的小问题，即在 Python 中，显示多个变量的值通常需要多个 print() 语句，而使用 handcalcs 能让事情变得简单许多：

很多开发者喜欢用_表示公式中的下标，handcalcs 可以将其显示出来，甚至多级下标也可以通过嵌套的形式得到显示。

数学公式中经常出现希腊字母（如「pi」、「eta」等），只要在代码中编写出对应的英文名，比如 alpha、beta，handcalcs 就可以显示出希腊字母：

不只是简单的数学公式，复杂公式也不在话下，比如含有积分的公式：

缺陷

虽然用处多多，但项目作者表示，handcalcs 仍存在一些小缺陷。

首先，handcalcs 并不适用于 collections 这种数据类型，例如 list、tuple、dict 等。

其次是在变量名方面，handcalcs 是针对 Jupyter 环境设计的。如果在 notebook 上重复使用变量名，则可能导致错误的数学运算。

handcalcs 虽然有些小瑕疵，但它对开发者而言颇有帮助。感兴趣的话，快来动手试一下吧！

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