Лабораторная работа «Трансляторы Python»

В данной работе Вам предстоит познакомиться с различными интерпретаторами Python3 на примере задачи вычисления множества Мандельброта, а так же измерить производительность интерпретатора. Работу интерпретаторов предстоит проверить на трех примерах:

вычисление на чистом Python без Typing Hints,
с использованием Typing Hints,
с использованием библиотеки numpy.

Задание

Для заданных Вам из данного ниже списка интерпретаторов, необходимо сделать следующие действия:

Установить интерпретатор, удобным вам способом (если это необходимо).
Запустить ими тестовые функции из раздела «Тестовые функции». Если тестовая функция не запускается, объясните причину.
Измерьте время выполнения функций с помощью кода из раздела «Замер производительности», а так же полное время работы и запуска скрипта.

Интерпретаторы

CPython - версии 3.8 или 3.9,
CPython - версии 3.11 или 3.12
Pypy 5.7
Последний PyPy для Python 3.9
Jython
Ironpython
Pyodide
Xeus
GraalPy
Pyston

Тестовые функции

Чистый Python без аннотаций типов

def linspace(start, stop, n):
    if n == 1:
        yield stop
        return
    h = (stop - start) / (n - 1)
    for i in range(n):
        yield start + h * i

def mandelbrot(pmin = -2.5, pmax= 1.5, qmin = -2, qmax= 2,
                ppoints = 200, qpoints = 200, max_iterations = 300, infinity_border = 100):
    image = [[0 for i in range(qpoints)] for j in range(ppoints)]
    for ip, p in enumerate(linspace(pmin, pmax, ppoints)):
        for iq, q in enumerate(linspace(qmin, qmax, qpoints)):
            c = p + 1j * q
            z = 0
            for k in range(max_iterations):
                z = z ** 2 + c
                if abs(z) > infinity_border:
                    image[ip][iq] = 1
                    break
    return image

Чистый Python с аннотациями типов

def linspace(start, stop, n):
    if n == 1:
        yield stop
        return
    h = (stop - start) / (n - 1)
    for i in range(n):
        yield start + h * i

def mandelbrot(pmin: float = -2.5, pmax: float = 1.5, qmin: float = -2, qmax: float = 2,
                ppoints: int = 200, qpoints: int = 200, max_iterations: int = 300, infinity_border: float = 100) -> list[list[int]]:

    image: list[list[int]] = [[0 for i in range(qpoints)] for j in range(ppoints)]
    for ip, p in enumerate(linspace(pmin, pmax, ppoints)):
        for iq, q in enumerate(linspace(qmin, qmax, qpoints)):
            c: complex = p + 1j * q
            z: complex  = 0
            for k in range(max_iterations):
                z = z ** 2 + c
                if abs(z) > infinity_border:
                    image[ip][iq] = 1
                    break
    return image

Python + numpy

import numpy as np

def mandelbrot(pmin = -2.5, pmax = 1.5, qmin = -2, qmax = 2,
            ppoints = 200, qpoints = 200, max_iterations = 300, infinity_border= 100):

    image = np.zeros((ppoints, qpoints))

    for ip, p in enumerate(np.linspace(pmin, pmax, ppoints)):
        for iq, q in enumerate(np.linspace(qmin, qmax, qpoints)):
            c = p + 1j * q
            z = 0
            for k in range(max_iterations):
                z = z ** 2 + c
                if abs(z) > infinity_border:

                    image[ip, iq] = 1
                    break
    return image

Замер производительности

Для замера времени выполнения самой функции, используйте код ниже:

tic = time.perf_counter_ns()
image = mandelbrot()
toc = time.perf_counter_ns()
print((toc - tic)/1_000_000_000, "s")

Помимо описанного, вам необходимо подобным способом провести измерения времени выполнения функции вместе с запуском всего скрипта и интерпретатора.

time python3 your_script.py