李雨蒙

近日，Julia編程語言的1.0新版本一經(jīng)推出就受到整個人工智能界的關(guān)注，其中最主要的原因就是它史無前例地結(jié)合了C 語言的速度、Ruby 的靈活、Python 的通用性，支持并行處理，易于學(xué)習(xí)與使用，尤其適合科學(xué)和工程的計算。正如Julia的創(chuàng)始人之一，Viral Shah所說：“如果你是數(shù)學(xué)家、科學(xué)家或是工程師，那么從前當(dāng)你選擇一門編程語言時，會從它的速度角度去考慮，比C++或Java，又或是從語言的易學(xué)程度出發(fā)，就像Matlab、R或者是Python。而我們創(chuàng)造了一種兩者兼?zhèn)涞恼Z言，就是Julia?！?h3>研發(fā)的初衷

隨著人工智能中機器學(xué)習(xí)的發(fā)展，科學(xué)界對于計算的速度和性能的要求越來越高，而目前許多編程語言都存在各自的局限性。Julia的研究團(tuán)隊野心勃勃，希望能夠博采眾長，吸取各家編程語言的特點，正如 Julia 團(tuán)隊發(fā)表的講話中所言：“我們想要一種擁有自由許可，開放源碼的語言，我們希望它擁有C語言的速度，R語言的動態(tài)；易于理解，帶有真實口語指令，同時擁有Matlab一樣清晰的數(shù)學(xué)符號，如Python一樣的通用，R簡捷的統(tǒng)計功能，Perl自然的字串，并且是交互式和可編譯的。”

為提高速度，Julia團(tuán)隊研究了所有導(dǎo)致大多數(shù)動態(tài)語言變慢的因素，并仔細(xì)研究可以消除哪些因素。比如，動態(tài)語言通常允許數(shù)組元素和對象字段保存任何類型的值。然而，研究表明，即使在這些語言中，具有常量類型的同構(gòu)數(shù)組和字段也非常普遍。所以，他們在設(shè)計 Julia 時利用了這一點，更容易添加類型限制，并在任何可能的情況下默認(rèn)使用類型統(tǒng)一的集合。

Julia 1.0的新特性

一個充滿活力，欣欣向榮的地區(qū)往往是圍繞著一種語言而生的，世界各地的人們在不斷地精煉和塑造Julia，最終達(dá)到研究人員所期望的目標(biāo)。Julia 項目由麻省理工學(xué)院教授 Alan Edelman 領(lǐng)導(dǎo)，其大部分關(guān)鍵發(fā)展成果都來自麻省理工學(xué)院的 Julia 實驗室，也有超過 700 名志愿者參與了 1.0 版本的制作。經(jīng)過大量的修正完善，目前的1.0版本具有以下的特點：

快速：Julia自設(shè)計之初就施行最高標(biāo)準(zhǔn)操作， 通過LLVM 為多平臺編譯有效本地代碼。

通用性：運用多種調(diào)配手段，Julia可以更加簡單地表達(dá)多種以目標(biāo)為導(dǎo)向、功能性的編程模式，比如提供異步I/O 、過程控制、登錄、性能分析、程序安裝管理等等。

動態(tài)： Julia 是被動態(tài)輸入的， 就像是一種腳本語言，對于互動作用有很強的支撐作用。

科技：Julia擅長帶有語法的數(shù)字運算，適用于數(shù)學(xué)領(lǐng)域，包含多種數(shù)值數(shù)據(jù)類型。Julia的多種調(diào)配是定義數(shù)字和類數(shù)組數(shù)據(jù)的一個自然適應(yīng)過程。

可選擇性： Julia擁有豐富的描述性數(shù)據(jù)，選擇范圍多樣，可用于闡明和鞏固程序。

可組合：Julia的數(shù)據(jù)包可以自然地組合在一起工作。

圍繞著Julia 1.0 的新功能，研究人員有針對性地建立了一些新的外部程序包，比如數(shù)據(jù)處理，以及修補后的操作系統(tǒng)。利用新的缺損支持技術(shù)，Julia 1.0最重要的新功能就是承諾語言API（應(yīng)用程序接口）的穩(wěn)定性：在1.0系統(tǒng)中書寫的編碼在未來的1.1、1.2 系統(tǒng)中仍然可以繼續(xù)使用，語言可以被完全拷貝。

另外，異類結(jié)構(gòu)支撐也得到大幅度的提升，Julia編譯器從內(nèi)部構(gòu)件被進(jìn)一步的解耦。Intel KNL系列硬件可直接使用Julia，Nvidia的GPU 也可以通過CUDAnative.jl來直接編程（無須編寫CUDA代碼），而 支持Google TPU的接口也在進(jìn)一步的研發(fā)中。

不過，Julia 1.0的新特點不僅僅體現(xiàn)在穩(wěn)定性方面，同時還推出了多種新型、強大的創(chuàng)新語言功能。比如：

全新的嵌入程序包極大地提升了性能，相比過去安裝程序和其他操作更加便捷。同時，支持單項程序的環(huán)境，記錄正在工作程序的精準(zhǔn)狀態(tài)，可能是與他人共享的程序，亦或是與未來的工作有關(guān)。最后，重新設(shè)計的部分包括對私人程序包和程序儲藏進(jìn)行無縫技術(shù)支持。用戶可以使用常用的開源程序體系中的工具安裝和管理私人程序包。

Julia 對于缺失值擁有全新的規(guī)范表示。能夠代表和處理缺失數(shù)據(jù)對于統(tǒng)計和數(shù)據(jù)科學(xué)是至關(guān)重要的部分。在過去版本的Julia中，聯(lián)合體的性能較慢，1.0版本中的速度已經(jīng)可以匹敵C或C++系統(tǒng)中缺失數(shù)據(jù)表示的速度，同時更加通用和靈活。

帶有適當(dāng)語法的傳播是語言的核心特點之一。Julia1.0很容易擴展傳播范圍，在GPUs（圖形處理器）和其他向量化硬件上定制類別，完善最有效的技術(shù)指令，為未來進(jìn)一步的性能升級奠定基礎(chǔ)。

除了高性能，Julia 還有一些與眾不同的特性。比如，Julia 能夠訪問異常廣泛的編程堆棧。你可以利用良好的性能操作比特和字節(jié)（并查看匯編代碼），同時也可以處理高階函數(shù)、設(shè)計宏定義、進(jìn)行面向?qū)ο缶幊?，所有這一切都可以很好地融合在一起。

機器學(xué)習(xí)領(lǐng)域的應(yīng)用

除了上述特點， 研究人員為Julia的代碼轉(zhuǎn)換注入重要機制，可以使Julia進(jìn)行事后分析（post-hoc analysis）并且實現(xiàn)原有代碼的擴展。越過程序員的指令，如分析、調(diào)試，最終可以完成機器學(xué)習(xí)中的自動微分（Automatic Differentiation），對于機器學(xué)習(xí)而言，Julia還可以對硬件加速器上的原生代碼生成，提供很好的支持。無論是深度學(xué)習(xí)、機器學(xué)習(xí)還是 AI 方面，Julia 的數(shù)學(xué)語法使其成為理想的表達(dá)算法，支持 GPU 加速和處理數(shù) TB 的數(shù)據(jù)。同時，豐富的機器學(xué)習(xí)生態(tài)系統(tǒng)還提供監(jiān)督學(xué)習(xí)算法（如回歸、決策樹）、無監(jiān)督學(xué)習(xí)算法（如聚類）、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)和馬爾可夫鏈蒙特卡羅包等。

從實際應(yīng)用來說，Julia 已經(jīng)用于自動駕駛汽車、機器人和 3D 打印機，還廣泛應(yīng)用于精準(zhǔn)醫(yī)療、增強現(xiàn)實、基因組學(xué)及風(fēng)險管理。在用戶方面，Julia 的下載量已經(jīng)超過 200 萬次。作為一種開放源碼語言，很難將這個數(shù)字轉(zhuǎn)換為真實用戶數(shù)量。此外，在 Julia Computing 方面，已經(jīng)有來自 700 所大學(xué)和 1000 多家公司的用戶下載或使用了 Julia。

根據(jù) Julia 研究人員所說，在7項基礎(chǔ)算法的測試中，Julia 比 Python 快 20 倍，比 R 快 100 倍，比 Matlab 快 93 倍?，F(xiàn)在，Julia 語言主要應(yīng)用在科學(xué)領(lǐng)域，下載對象包括谷歌、臉書和美國能源部等機構(gòu)。未來，Julia 很可能擴展其目標(biāo)人群，應(yīng)用于更多領(lǐng)域，成為世界主流的編程語言。

編譯自Julialang官網(wǎng)

（責(zé)任編輯 姜懿翀）