چرا پایتون موج بعدی در محاسبات علوم زمین است؟
چرا همه جا حرف از پایتون است؟ شاید شما هم از همکارانتان درباره پایتون شنیده باشید، یا ارجاعی به این زبان در ارائه یا کنفرانسی دیده باشید. بیایید ببنیم پایتون چه مزایایی دارد و چه امکاناتی را در محاسبات علوم زمین فراهم می کند. پایتون ویژگی ها و توانایی هایی را در محاسبات علمی فراهم می کند که حال حاضر در ابزارهای موجود کمتر شاهد آن هستیم.
پایتون زبانی مدرن، تفسیری، شی گرا و متن باز است که در انواع نرم افزار های مهندسی استفاده می شود. با وجود اینکه دو دهه از عمر پایتون می گذرد اما بیش از چند سال از فراهم شدن بسته های استاندارد علمی موردنیاز برای محاسبات علمی توسط جامعه توسعه دهنده و کاربرد آن در علوم زمین نمی گذرد. پایتون اکنون پلتفرمی قدرتمند و نظام یافته در علوم جوی و اقیانوسی است که انواع کارها، از تحلیل داده ها تا محاسبات توزیع شده، رابط گرافیکی کاربری تا سامانه اطلاعات جغرافیایی را دربر می گیرد. در میان این ویژگی های برجسته پایتون سینتکس کوتاه اما طبیعی آن برای آرایه ها و همچنین غیر آرایه ها است که سبب شفافیت و خوانایی زیاد برنامه ها می شود، بطوری که می گویند پایتون شبه برنامه قابل اجراست. همچنین چون پایتون زبانی تفسیری است نیاز نیست زمان اضافه را صرف تنطیم کامپایلر و لینکر کنید. علاوه بر این ها ساختمان داده مدرن و طبیعت شی گرای این زبان باعث می شود که برنامه نوشته شده در این زبان قدرت مندتر و پایدارتر باشد. در نهایت، ذات متن باز پایتون سبب می شود که از حمایت گروه بزرگی از توسعه دهندگان هم در صنعت و هم در علم استفاده کند و بدین ترتیب برنامه شما می تواند از ده ها هزار بسته موجود استفاده کند. از جمله این بسته ها می توان از بسته های تجسم سازی، کتاب خانه های عددی، متصل کننده به زبان های کامپایل شونده و دیگر زبان ها، نهان ساز های حافظه، خدمات دهنده وب، ایجاد کننده رابط کاربری گرافیکی برای کامپیوترهای رومیزی و همینطور موبایل، نام برد. در بسیاری از زمینه ها چندین بسته برای هریک از محدوده های ذکر شده بالا وجود دارد و شما محدود به یک سازنده و یا حتی یک جامعه توسعه دهنده که بسته را فراهم می آورد نیستید.
برخی زبان های دیگر مانند فرترن نیز از سینتکس آرایه ها پشتیبانی می کنند، اما قدرت منحصر به فرد پایتون در بهم پیوستگی داخلی و جامعیت ابزار های آن است که هرکدام از آن ابزارها می توانند از نوع آوری های دیگر جوامع نیز بهره مند شوند. به نمونه ای از محاسبات در علوم زمین دقت کنید: ما می خواهیم پدیده ای را بررسی کنیم و تصمیم بگیریم داده ها را آنالیز کنیم یا به سمت مدل سازی ها هدایت کنیم. بنابر این به آرشیو داده مراجعه می کنیم و آنها را دریافت می کنیم یا پارامترهایی را کد مدل را تغییر می دهیم و پس اجرای آن از فایل خروجی مدل برای نوشتن برنامه آنالیز استاتیکی با MATLAB یا IDL استفاده می کنیم. در آخر هم با استفاده از Line plot یا Contour plot تجسم سازی داده ها را انجام می دهیم. بطور کلی برای انجام این کار از ابزار های زیادی مثل: شل اسکریپت برای دریافت و مدریت فایل، ابزار های یونیکس برای ساخت و مدریت کامپایل کد، IDL یا MATLAB برای آنالیز و تجسم سازی داده ها استفاده می شود. هر ابزار از دیگر ابزار ها جدا است و ارتباط میان آنها از طریق فایل ها انجام می گیرد. اما در پایتون، همه ابزار ها از محیط تفسیری یکسانی استفاده می کنند، جریان داده ها از طریق فایل ها صورت نمی گیرد و می توانیم به هر متغیر در هر ابزار و در هر زمان (منطقی) دسترسی داشته باشیم. درنتیجه محیط کاری ما قدرتمند تر و منعطف تر می شود. علاوه بر این، وسعت ابزارهای پایتون سبب می شود مهمترین قابلیت هایی را که نیاز حتی اگر توسعه دهنده نیز الویت های خود را تغییر دهد باز هم به احتمال زیاد موجود باشند.
پایتون با وجود این مزایا مشکلاتی نیز دارد، از جمله اینکه کد خالص پایتون نسبت به کد زبان های کامپایل شوند کندتر اجرا می شود، کتاب خانه های علمی کمتری نسبت به زبانی مانند فرترن وجود دارد، و مستندات و پشتیبانی برای کاربران جدید علم نسبتا پراکنده است. ابزارهایی برای غلبه بر محدودیت سرعت وجود دارد، تعداد کتابخانه های علمی نیز در حال افزایش است، و منابع پشتیبانی علمی در حال قوی تر شدن است، با این وجود، اینها مسئله های واقعی هستند که در حال حاضر وجود دارند. اما برای بیشتر برنامه های کاربردی علوم زمین نکات قوت پایتون از نکات ضعف آن بیشتر است.
جامعه علوم زمین شروع به شناختن مزایای منحصر به فرد پایتون کرده که در نتیجه آن جمعیت کاربران در حال افزایش است. اکنون پذیرش پایتون توسط کاربران علوم زمین تنها محدود به کاربران اولیه نیست و حمایت سازمانی نیز از پایتون شروع شده است که شامل گروه هایی در برنامه تشخیص مدل آب و هوا آزمایشگاه های ملی لارنس لیورمور، آزمایشگاه سیستم های اطلاعات کامپیوتر NCAR، و مرکز داده های جوی بریتانیا می باشد.
