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りんごがでている

何か役に立つことを書きます

株式会社リブセンスのTechNightに参加してきました

リブセンスのエンジニアの方にJuliaの話をしてほしいとの話を受けまして、LTですがJuliaのお話をしてきました。 このようなエンジニア中心の勉強会を毎月行っているようです。

LT大会「TechNight」、7/27(月) 19:30〜開催します。 | LIVESENSE made* f:id:bicycle1885:20150727192213j:plain

せっかくですので、このブログ記事で内容を簡単にまとめておこうと思います。 タイトルは「Juliaは何処から来たのか、Juliaとは何か、Juliaは何処へ行くのか」ということで、Juliaの発端と機能、それに今後どうなっていくのかを簡単にお話しました。

事前にJuliaを知っているかということを尋ねたのですが、20人ほどいるなかで、ひとりだけ去年ちょっと触ってみたという方がいらっしゃいました。 それ以外の方は、Juliaのことを初めて知ったようです。

Juliaは何処から来たのか

Juliaの開発はボストンのMITで始まり、現在でも開発の中心になっています。

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Founders

言語を始めにつくった人達は次の4人です。

Jeffはプログラミング言語スペシャリストで、femtolispという非常に小さいSchemeのような言語の実装を作っています。これは、Julia本体のフロントエンド部分にも使われています。 Edelman先生はMITの教授であり、JeffのPh.D.の指導教員でもあるようです。 より詳しい経緯はWIREDの記事にもなっていますので、読んでみてください。

www.wired.com

Repository

開発はすべてGitHubでオープンに行われていて、だれでも参加することができます。

github.com

Why They Created Julia

そもそも何故新しいプログラミング言語が必要なのでしょうか。 その理由は、Juliaの最初のブログ記事で説明されています。

Why We Created Julia

In short, because we are greedy.

一言で言えば、貪欲だからだ。

これは、先ほどのブログの冒頭からの引用です。 どういう意味かは記事を読んでいただけると分かるのですが、まとめると、

  • Rubyのように動的性質を持っていて、
  • Cのように高速で、
  • Lispのようにマクロもあって、
  • Rのように統計が得意で、
  • Perlのように文字列処理もできて、
  • MATLABのように線形代数もできる
  • シンプルでオープンでインタラクティブな言語がほしい

ということになります。そして、それを実現したのがJuliaです。

Juliaとは何か

Juliaの見た目を知るためにクイックソートのコード例を示します。

quicksort(xs::Vector) = quicksort!(copy(xs))

function quicksort!(xs::Vector, lo=1, hi=endof(xs))
    if lo < hi
        p = partition(xs, lo, hi)
        quicksort!(xs, lo, p - 1)
        quicksort!(xs, p + 1, hi)
    end
    return xs
end

function partition(xs, lo, hi)
    pivot = div(lo + hi, 2)
    pvalue = xs[pivot]
    xs[pivot], xs[hi] = xs[hi], xs[pivot]
    j = lo
    @inbounds for i in lo:hi-1
        if xs[i] <= pvalue
            xs[i], xs[j] = xs[j], xs[i]
            j += 1
        end
    end
    xs[j], xs[hi] = xs[hi], xs[j]
    return j
end

多くのスクリプト言語と共通するのは、

  • 簡潔な文法 (MATLAB風)
  • 変数の型宣言が不要
  • 引数の型指定が不要

というところでしょう。 一方、あまり見られない特徴としては、

が挙げられます。 型推論JITコンパイルで、変数の型が決定できるときには非常に高速なコードが生成されます。 マクロはLispに強い影響を受けていて、Cプリプロセッサのような文字列置き換えでなく、式を書き換えることができるものです。 コンパクトなデータ構造というのは、型定義の際にそのデータ構造が占める容量が決定でき、各メンバーへのポインターなど余計なサイズを取らないということです。

Juliaの書きやすさと表現力は、標準ライブラリに現れています。 Juliaの標準ライブラリはほぼすべてJuliaで書かれており、Cのライブラリの呼び出しもJuliaから簡単にできます。 f:id:bicycle1885:20150728015130p:plain

そして、先ほどのクイックソートは、型指定などは無いにも関わらず、とても高速に動きます。 同じように書いたC言語並みの速度です。 さらに、動的にコードを生成しますので、例えば浮動小数点数でなく整数に対しても、コードを変更したりせず高速に動きます。

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数値型

元々科学技術計算を目的として作られていますので、数値型が豊富です。 符号付き整数型は8bit, 16bit, 32bit, 64bit, 128bitがそれぞれ用意されており、 Int8からInt128までわかり易い名前がついています。 同様に、符号なしの整数はUint64などと定義されています。 浮動小数点数も16bit, 32bit, 64bitがあり、Float64などと表記されます。 他には複素数有理数、任意精度の数値の型もあらかじめ用意されています。

線形代数

ベクトルや行列の積や線形方程式の解、LU分解やSVDなども標準ライブラリにあり、 実装はOpenBLASやLAPACKなどの高速な実装を呼び出しますので、パフォーマンスも十分です。

多重ディスパッチ

Juliaの根幹をなす重要な機能が多重ディスパッチです。 これは、引数の型の組み合わせにより実行されるメソッドが切り替わるものです。

例えば、標準ライブラリにあるsum関数を考えると、 sum([1,2,3])sum(trues(4))で異なる実装のメソッドが呼び出されます。 [1,2,3]の型はVector{Int}であり、trues(4)の型はBitVectorで、両者で(高速な)和の計算方法は異なります。 そのため、多重ディスパッチを利用して、別々に実装しているわけです。 この時に注目して欲しいのは、引数の型が型推論により決定できる場合は、呼び出しのオーバーヘッドがない点です。 このような特徴から、標準ライブラリでも多重ディスパッチは多用されています。

マクロ

@show@assertなど、デバッグなどに便利はマクロが多数存在しています。 マクロはJuliaの式を実行前に書き換えることができるメタプログラミング機能です。 例えば、@show xとするだけで、変数xの値が、x => 42のように変数名付きで表示されます。 これは、普通の関数には不可能な仕組みです。

コード生成

自分の書いた関数や、ライブラリのコードが実際にどのように実行されるかは、@code_llvm@code_nativeマクロを使えば確認できます。 それぞれ、コンパイルしたLLVM IRとネイティブのコードを表示してくれるため、最適化などの際に非常に重要です。

Juliaは何処へ行くのか

Juliaのバージョンは、以下の様なものがあります。2015年7月末の時点では、v0.3が最新版です。

  • v0.1 ← 未開の地
  • v0.2 ← もはや郷愁の念
  • v0.3 ← いまここ
  • v0.4 ← もうすぐ
  • v0.5 ← 来年・再来年あたり
  • v1.0 ← 未定

v0.4の新機能は、こちらで確認できます。

julia/NEWS.md at master · JuliaLang/julia · GitHub

Ecosystem

現在600以上のパッケージがあり現在も増え続けています。

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Julia Package Listing

Conference

先月にはJuliaCon 2015もありました。実ははるばるボストンまで行ってきたのでした。

様々な分野の方々がJuliaを実際に使っていて、とてもよい印象を持っているようです。

JuliaCon 2015: Boston, MA.

強力なスポンサーもついており、ムーア財団やBlack Rock, Intelなどが出資しています。 JuliaConにもGoogle, Facebook, Intelといった会社の方々がたくさん来ていました。

Julia Computing

Juliaの創始者達が、スタートアップを始めたようです。 Juliaのコンサル業などをしており、Julia自体は今後もオープンであり続けるようです。

venturebeat.com

JuliaTokyo

我々はJuliaTokyoというユーザグループを立ち上げ、年に数回勉強会も開いています。 次回はまだ未定ですが、是非都合が合えば参加してみてください。

JuliaTokyo #4 - connpass

質疑

いくつか現地で質疑や雑談で話したことを簡単にまとめておきます。

  • Q1. 去年Juliaを使ったとき(v0.2)、起動がとても遅かったが、いまはどうなのか。
  • A1. 最新リリース版のv0.3では、標準ライブラリにプリコンパイル機能が入ったので、起動時間は大幅に短縮された。さらに次期バージョン(v0.4)では、外部パッケージのプリコンパイル機能が入るので、パッケージの読み込みも高速化する。

  • Q2. Webなどのツールはどうなのか。

  • A2. JuliaWebグループがサーバなどの環境を整備している。Juliaは各種専門グループがいくつかあり、オープンにツールを開発している。

  • Q3. Juliaはどういう使われ方を想定しているのか。

  • A3. Juliaは汎用プログラミング言語になることを目指している。インターフェースからコアの計算までを一つの言語で書けることを目指しつつ、数値計算のみならずPythonのように汎用的に使われるようにしようとしている。また、Juliaを組み込んで使う方法もドキュメントに記載されており、そのように別のツールの内部で使われる方向もあると思う。

  • Q4. 何かJuliaには問題はないのか。

  • A4. パフォーマンス上の落とし穴がいくつかある。基本的には型推論がうまく動かないコードや、オブジェクト生成に関する誤解が原因。マニュアルにPerformance Tipsのセクションがあるので、読むと良い。

  • Q5. JuliaのIDEみたいなのがあった気がするが、どうしたのか。

  • A5. Julia Studioは死んだ。現在はLight Tableとうまく連携するJunoというツールがあるので、これを使うと良さそう。個人的にはvimを使っている。

  • Q6. プレゼンに使っているそのツールはなにか。

  • A6. IPython Notebookというもの。ローカルでJuliaの処理系が動いており、ブラウザからコードを実行し結果を確認できる。最近JupyterというツールとしてPythonに依存しない機能が分離し、JuliaやPythonのみならず、RやRubyなど様々な言語も実行できる。

所感

割りと多くの方がJuliaに興味を持ってくれたようでした。 ウェブの企業だと、プログラミング言語自体の実行性能を気にすることはあまり無いようですが、分析系の人達は今のRなどに不満があって、速くなるのならJuliaを使ってみるのもいいかもしれないと言っていました。 Juliaのマニュアルの日本語化は需要があるようで、完成すれば普及に一役買うかもしれません。