【Mojo】AI编程语言Mojo简介

简介: Mojo,一门像 Python 一样简单、像 C++ 一样快速的新编程语言,一门用于构建人工智能应用程序的革命性新编程语言

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前言

作为这俩年最火的行业,AI无出其右,AI编程的代表性语言主要使Python、C/C++。Python因其简单易学、丰富的库支持和强大的社区力量,在AI领域占据了主导地位。Python不仅能够作为“胶水”语言与其他语言互操作,还提供了大量的工具库,极大地扩展了其应用范围和能力。C/C++则因其高性能和对硬件的直接访问能力,在深度学习和科学计算等需要高性能计算的任务中被广泛应用。C/C++是许多底层算法库的实现语言。然而,随着AI技术的发展,传统的编程语言在满足现代AI应用的需求时显得力不从心。这些语言往往不原生支持张量操作和并行计算,也不容易适应多样化的硬件环境。Mojo 就是在这样的背景下,Mojo是Modular 创造的第一个专门为 MLIR设计的主要语言,主要是解决在构建平台来统一全球 ML/AI 基础设施时,整个堆栈的编程过于复杂的问题。创造出来的一种新的且可扩展的编程模型,可以针对人工智能领域普遍存在的加速器和其他异构系统,专门为 MLIR设计的主要语言,这使得 Mojo 在为 AI 工作负载编写系统级代码时具有独特的强大功能。

一、Mojo简介

Mojo 是第一个使用 MLIR(一种编译器基础设施,非常适合从 CPU 和 GPU 到各种 AI ASIC 的异构硬件)从头开始构建的编程语言。Modular 将 Mojo 设计为 Python 的超集,那么Mojo到底是一门什么样的语言呢?Mojo官网是这样介绍的,截图如下:
image.png

我给大家翻译过来就是:Mojo是一门专门为AI开发者提供的编程语言,将 Python 的可用性与 C 的性能相结合,解锁了 AI 硬件无与伦比的可编程性和 AI 模型的可扩展性。

Mojo指导文档是这样介绍的,截图如下:
image.png

翻译过来就是:Mojo 是一种新的编程语言,它通过将最好的 Python 语法与系统编程和元编程相结合,弥合了研究和生产之间的差距。使用 Mojo,您可以编写比 C 更快的可移植代码,并与 Python 生态系统无缝互操作。

通过Mojo官网的介绍,我们大致可以了解到如下信息:

1.它可以编写比C更快的可移植代码,据称比Python快35000倍。

2.它可以与Python生态系统无缝互操作,支持Python的核心功能,如异步/等待、错误处理和可变参数。

简单来事,就是Python语言和C语言,不管在性能还是通用型方面,都可以完全碾压二者,从此开发人员再也不用频繁的学习各种各样的语言了,真正做到了Mojo在手,妈妈再也不用担心我的工作了。不过玩笑归玩笑,Mojo能说出这样的话,也是有其实力的,毕竟谁也不会搬起石头砸自己的脚,更何况他搬起的不是石头,二是Python和C这么俩座石山。下面让我们继续深入学习Mojo,解开心中的疑惑。

五、Mojo优势

1.兼容Python语法 :Mojo完全兼容 Python 语法,Python开发者可以轻松上手,不需要再花大力气学习一门新的语言。

2.兼容Python 库:兼容很多现有的Python科学计算库,比如。

3.卓越的性能:比 Python 快 35000 倍。

4.单一语言写作:无需单独掌握C++或Python;仅使用 Mojo 执行这两种功能,正真做到了一鱼俩吃。

5.并行处理:Mojo 使用 MLIR 在专用 AI 硬件单元上进行矢量化、线程化处理。

6.模型更容易扩展:升级模型比以往任何时候都容易。

六、Mojo功能介绍

1.函数

Mojo 支持两种类型的函数:deffn函数。您可以将任一声明与任何函数(包括该main()函数)一起使用,但它们具有不同的默认行为。

1)def功能

def函数提供与 Python def函数相同的动态性和灵活性。例如,此函数在 Python 和 Mojo 中的工作方式相同:

def greet(name):
    greeting = "Hello, " + name + "!"
    return greeting

在 Mojo 中,您还可以选择指定参数类型和返回类型。您还可以使用var、带或不带显式类型来声明变量。

def greet(name: String) -> String:
    var greeting = "Hello, " + name + "!"
    return greeting

这样,编译器可以确保它name是一个字符串,并且返回类型也是一个字符串。

2)fn功能

fn函数提供严格的类型检查和额外的内存安全性。它基本上强制您在 中写入可选的内容def,并确保您不会意外地改变收到的参数。例如,下面是与上面相同的函数,使用fn

fn greet(name: String) -> String:
    var greeting = "Hello, " + name + "!"
    return greeting

就函数调用者而言,def函数fn是可以互换的。也就是说,没有什么是def可以做的fn(反之亦然)。不同的是,与def函数相比,fn 函数内部更加严格。

2.变量

变量是保存值或对象的名称。 Mojo 中的所有变量都是可变的——它们的值可以改变。

1)未声明的变量

def函数或 REPL 环境中,您可以创建仅包含名称和值的变量。例如:

name = "Sam"

声明的变量没有var跟随 s

2)声明的变量

您可以使用关键字声明变量var。例如:

var name = "Sam"
var user_id: Int

name变量被初始化为字符串“Sam”。该user_id变量未初始化,但它具有声明的类型Int(整数值)。所有声明的值都是类型化的——要么使用 类型注释显式地定义,要么在使用值初始化时隐式地定义。

由于声明的变量是强类型的,因此您不能为变量分配不同类型的值,除非这些类型可以 隐式转换。例如,以下代码将无法编译:

var user_id: Int = "Sam"

3.结构体

Mojo 结构是一种数据结构,允许您封装对抽象(例如数据类型或对象)进行操作的字段和方法。 字段是保存与结构相关的数据的变量,方法 是结构内部的函数,通常作用于字段数据。

例如,如果您正在构建图形程序,则可以使用结构体来定义 struct,Image该结构体具有用于存储有关每个图像(例如像素)的信息的字段以及对其执行操作(例如旋转图像)的方法。

大多数情况下,Mojo 的结构格式旨在为程序中使用的高级数据类型提供静态、内存安全的数据结构。例如,Mojo 标准库中的所有数据类型(例如IntBoolStringTuple)都被定义为结构体。

1)结构体定义

您可以定义一个MyPair带有两个字段的简单结构体,如下所示:

struct MyPair:
    var first: Int
    var second: Int

但是,您无法实例化此结构,因为它没有构造函数方法。所以这里用一个构造函数来初始化这两个字段:

struct MyPair:
    var first: Int
    var second: Int

    fn __init__(inout self, first: Int, second: Int):
        self.first = first
        self.second = second

请注意,该方法中的第一个参数__init__()inout self。现在,忽略inout(这是一个参数约定,声明self是一个可变引用);您现在需要知道的是这 self必须是第一个参数。它引用当前的结构实例(它允许方法中的代码引用“自身”)。当你调用构造函数时,你永远不会传递一个值self——Mojo会自动传递它。

2)结构体对象创建

一旦有了构造函数,您就可以创建一个实例MyPair并设置字段:

var mine = MyPair(2,4)
print(mine.first)

4.模块和包

Mojo 提供了一个打包系统,允许您组织代码库并将其编译为可导入的文件。本页介绍了有关如何将代码组织成模块和包(这很像 Python)的必要概念,并向您展示如何使用命令创建打包的二进制文件mojo package

要了解 Mojo 包,您首先需要了解 Mojo 模块。 Mojo 模块是单个 Mojo 源文件,其中包含适合导入它的其他文件使用的代码。例如,您可以创建一个模块来定义如下所示的结构:

struct MyPair:
    var first: Int
    var second: Int

    fn __init__(inout self, first: Int, second: Int):
        self.first = first
        self.second = second

    fn dump(self):
        print(self.first, self.second)

请注意,这段代码没有任何main()功能,因此无法执行 mymodule.mojo。但是,您可以将其导入到另一个具有函数的文件中 main()并在那里使用它。

例如,以下是如何导入MyPair名为 的文件,main.mojo 该文件与 位于同一目录中mymodule.mojo

from mymodule import MyPair

fn main():
    var mine = MyPair(2, 4)
    mine.dump()

或者,您可以导入整个模块,然后通过模块名称访问其成员。例如:

import mymodule

fn main():
    var mine = mymodule.MyPair(2, 4)
    mine.dump()

您还可以使用 为导入的成员创建别名as,如下所示:

import mymodule as my

fn main():
    var mine = my.MyPair(2, 4)
    mine.dump()

在此示例中,仅当mymodule.mojo与 位于同一目录中 时才有效main.mojo。目前,.mojo如果文件驻留在其他目录中,则无法将它们作为模块导入。

六、Mojo牛刀小试

1.Mojo安装

Mojo SDK 目前可用于在 Apple 芯片上运行的 Ubuntu Linux 系统和 macOS 系统。对 Windows 的支持即将推出。Mojo SDK 包含本地 Mojo 开发所需的一切,包括 Mojo 标准库和Mojo 命令行界面 (CLI)。 Mojo CLI可以启动REPL编程环境、编译和运行Mojo源文件、格式化源文件等。

我们还发布了Visual Studio Code 的 Mojo 扩展, 以提供一流的开发人员体验,包括代码完成、快速修复和 Mojo API 的悬停帮助等功能。

1.打开终端并安装modular命令行工具:

curl -s https://get.modular.com | sh -

2.然后使用以下命令登录您的模块化帐户:

modular auth

3.现在您可以安装 Mojo SDK:

modular install mojo

4.设置环境变量以便您可以访问 mojoCLI,如果您使用的是 Bash,请运行以下命令:

MOJO_PATH=$(modular config mojo.path) \
  && BASHRC=$( [ -f "$HOME/.bash_profile" ] && echo "$HOME/.bash_profile" || echo "$HOME/.bashrc" ) \
  && echo 'export MODULAR_HOME="'$HOME'/.modular"' >> "$BASHRC" \
  && echo 'export PATH="'$MOJO_PATH'/bin:$PATH"' >> "$BASHRC" \
  && source "$BASHRC"

2.Mojo使用

安装 MAX SDKMojo SDK后,您可以使用 Mojo CLI来构建和运行 Mojo 程序。因此,让我们创建一个经典的入门程序,以三种不同的方式打印“Hello, world!”。

在开始之前,请确保按照安装过程中所述设置MODULAR_HOME和环境变量,以便您可以运行以下 命令:PATH``mojo

mojo --version

首先,让我们使用 Mojo REPL,它允许您在命令提示符下编写和运行 Mojo 代码:

  1. 要启动 REPL 会话,请mojo在终端中输入并按Enter。
  2. 然后键入print("Hello, world!")并按Enter两次(需要一个空行来指示表达式的结尾)。

就是这样!例如:

$ mojo
Welcome to Mojo! 🔥

Expressions are delimited by a blank line.
Type `:quit` to exit the REPL and `:mojo help repl` for further assistance.

1> print("Hello, world!")
2.
Hello, world!

您可以在 REPL 中编写任意数量的代码。您可以按Enter开始新行并继续编写代码,当您希望 Mojo 评估代码时,按Enter两次。如果有需要打印的内容,Mojo 会打印它,然后将提示返回给您。

现在让我们在 Mojo 源文件中编写代码并使用以下 mojo命令运行它:

1.hello.mojo创建一个名为(或)的文件hello.🔥并添加以下代码:

fn main():
    print("Hello, world!")

这就是你所需要的。保存文件并返回到您的终端。

现在使用以下命令运行它mojo

mojo hello.mojo

它应该立即打印消息:

Hello, world!

小节

请注意,Mojo 仍然是一种非常年轻的语言,所以还有很多东西还没有建立起来。同样,还有很多文档还没有写出来。但我们很高兴能与您分享 Mojo 并获得您的反馈。

虽然Mojo作为一种为AI / ML量身定制的快速,与Python兼容的语言显示出前景,但它不太可能在不久的将来完全取代Python。Python 受益于庞大的生态系统、社区以及数据科学和 ML 领域的根深蒂固。充其量,Mojo可能会成为Python的补充语言,用于速度至关重要的地方。

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