Python有时用起来确实很慢,我敢打赌你肯定抱怨过这一点,尤其是那些用惯了C,C ++或Java的人。
但其实很多时候,Python的效率并没有达到它应有的速度,有一些让它马达开足的小技巧,一起来学习吧!
1.避免使用全局变量
import mathsize = 10000
for x in range(size):
for y in range(size):
z = math.sqrt(x) + math.sqrt(y)
许多程序员一开始都会用Python语言编写一些简单的脚本。编写脚本时,通常直接使用全局变量,就像上面这段代码。
但由于全局变量和局部变量的实现方式不同,全局变量中定义的代码要比在函数中定义的函数运行起来慢得多。把脚本语句放入函数中,通常运行速度可提高15%-30%。如下所示:
import mathdef main():
size = 10000
for x in range(size):
for y in range(size):
z = math.sqrt(x) +math.sqrt(y)main()
2.避免数据重复
避免无意义的数据复制
def main():
size = 10000
for _ in range(size):
value = range(size)
value_list = [x for x in value]
square_list = [x * x for x invalue_list]main()
这段代码中,value_list完全没有必要,这会创建不必要的数据结构或复制。
def main():
size = 10000
for _ in range(size):
value = range(size)
square_list = [x * x for x invalue]main()
另一个原因在于Python的数据共享机制过于偏执,没有很好理解或信任内存模型,例如滥用copy.deepcopy()函数。我们可以删除此类代码中的复制操作。
交换值时无需使用中间变量
def main():
size = 1000000
for _ in range(size):
a = 3
b = 5
temp = a
a = b
b = tempmain()
上述代码在交换值时创建了一个临时变量temp。如果没有中间变量,代码会更加简洁,运行速度也更快。
def main():
size = 1000000
for _ in range(size):
a = 3
b = 5
a, b = b, amain()
使用字符串联方法join ,而不是‘+’
import string
from typing import Listdef concatString(string_list: List[str]) -》 str:
result = ‘’
for str_i in string_list:
result += str_i
return resultdef main():
string_list =list(string.ascii_letters * 100)
for _ in range(10000):
result =concatString(string_list)main()
另一要点是a+b对字符串进行拼接,由于在Python中字符串是不可变的对象,所以实际上a和b分别复制到了应用程序的新内存空间中。
因此,如果拼接n个字符串会产生“ n-1”个中间结果,则每个字符串都会产生应用和复制内存所需的中间结果,从而严重影响操作效率。
在使用join()串联字符串时,首先计算需要应用的总内存空间,然后立即申请所需的内存,再把每个字符串元素复制到内存中。
import string
from typing import Listdef concatString(string_list: List[str]) -》 str:
return ‘’.join(string_list)defmain():
string_list = list(string.ascii_letters* 100)
for _ in range(10000):
result =concatString(string_list)main()
3.避免使用以下函数属性
避免访问模块和函数属性
import mathdef computeSqrt(size:int):
result = []
for i in range(size):
result.append(math.sqrt(i))
return resultdef main():
size = 10000
for _ in range(size):
result = computeSqrt(size)main()
use(属性访问运算符)会触发特定方法,例如getattribute()和getattr(),这些方法将执行字典操作,会产生额外的时间消耗。
通过使用import语句,可以消除属性访问:
from math import sqrtdefcomputeSqrt(size: int):
result = []
for i in range(size):
result.append(sqrt(i))
return resultdef main():
size = 10000
for _ in range(size):
result = computeSqrt(size)main()
前文中我们讨论了局部变量可以比全局变量实现更快查找,对于经常访问的变量(如sqrt),可以通过更改为局部变量以加快操作速度。
import mathdef computeSqrt(size:int):
result = []
sqrt = math.sqrt
for i in range(size):
result.append(sqrt(i))
return resultdef main():
size = 10000
for _ in range(size):
result = computeSqrt(size)main()
避免类属性访问
import math
from typing import Listclass DemoClass:
def __init__(self, value: int):
self._value = value
def computeSqrt(self, size: int)-》 List[float]:
result = []
append = result.append
sqrt = math.sqrt
for _ in range(size):
append(sqrt(self._value))
return resultdef main():
size = 10000
for _ in range(size):
demo_instance = DemoClass(size)
result =demo_instance.computeSqrt(size)main()
避免的原理也适用于类的属性,并且访问self._value的速度要比访问局部变量的速度要慢。通过把需要频繁访问的类属性分配给局部变量,可以提高代码执行速度。
import math
from typing import Listclass DemoClass:
def __init__(self, value: int):
self._value = value
def computeSqrt(self, size: int)-》 List[float]:
result = []
append = result.append
sqrt = math.sqrt
value = self._value
for _ in range(size):
append(sqrt(value))
return resultdef main():
size = 10000
for _ in range(size):
demo_instance = DemoClass(size)
demo_instance.computeSqrt(size)main()
4.避免不必要的抽象
class DemoClass:
def __init__(self, value: int):
self.value = value@property
def value(self) -》 int:
return self._value@value.setter
def value(self, x: int):
self._value = xdef main():
size = 1000000
for i in range(size):
demo_instance = DemoClass(size)
value = demo_instance.value
demo_instance.value = imain()
每当使用其他处理层(例如装饰器、属性访问、描述符)封装代码时,代码运行的速度也会变慢。在大多数情况下,重新检查是否有必要使用属性访问器定义是很有必要的。
使用getter/setter函数访问属性通常是被C++/C++程序员遗忘的一种编码样式。如果确实没有必要,就使用简单属性就好。
class DemoClass:
def __init__(self, value: int):
self.value = valuedef main():
size = 1000000
for i in range(size):
demo_instance = DemoClass(size)
value = demo_instance.value
demo_instance.value = imain()
5.选择合适的数据结构
众所周知,列表是Python中的动态数组。当预分配的内存空间用完时,会预分配一定的内存空间,然后继续向其中添加元素。然后复制之前的所有原始元素,形成一个新的内存空间,在插入新元素之前销毁先前的内存空间。
因此,如果频繁添加或删除,或者添加或删除的元素数量太大,列表的效率就会变低,目前最好使用collections.deque。
此双端队列具有堆栈和队列的特性,并且可以在两端以O(1)复杂度执行插入和删除操作。
列表搜索操作非常耗时。当需要频繁查找某些元素或按顺序频繁访问这些元素时,保持列表 对象有序的情况下使用二分法,使用二进制搜索以提高搜索效率,但二进制搜索仅适用于有序元素。
另一个常见的要求是找到最小值或最大值。此时,可以使用heapq模块列出转换为堆的列表,因此获取最小值的时间复杂度为O(1)。
6.循环优化
使用 for 循环代替while 循环
def computeSum(size: int) -》int:
sum_ = 0
i = 0
while i 《 size:
sum_ += i
i += 1
return sum_def main():
size = 10000
for _ in range(size):
sum_ = computeSum(size)main()
要知道,Python中的for循环要比while循环快得多。
def computeSum(size: int) -》int:
sum_ = 0
for i in range(size):
sum_ += i
return sum_def main():
size = 10000
for _ in range(size):
sum_ = computeSum(size)main()
使用隐式for循环,而不是显式for循环
对于上面的示例,可以进一步使用隐式for循环替换显式for循环
def computeSum(size: int) -》int:
return sum(range(size))def main():
size = 10000
for _ in range(size):
sum = computeSum(size)main()
减少内部循环的计算
from math import sqrtdef main():
size = 10000 for x in range(size):
for y in range(size):
z = sqrt(x) + sqrt(y)main()
在上述for循环中的代码sqrt(x)中,在训练期间每次都需要进行重新计算,这会增加时间消耗。
import mathdef main():
size = 10000for x in range(size):
sqrt_x = sqrt(x)
for y in range(size):
z = sqrt_x + sqrt(y)main()
7.使用 numba.jit
继续遵循上述示例,并在此基础上使用numba.jit。Python函数JIT可以编译为机器代码用以执行,这能大大提高了代码执行速度。
import numba@numba.jit
def computeSum(size: float) -》 int:
sum = 0
for i in range(size):
sum += i
return sumdef main():
size = 10000
for _ in range(size):
sum = computeSum(size)main()
8.代码优化原则
上文已经介绍了许多加速Python代码的技术。在编写代码的过程中,我们需要了解代码优化的一些基本原理,这可是“实用知识”。
第一个基本原则就是不要过早优化代码。
许多人一开始编写代码时就致力于性能优化,“加快正确程序的速度要比确保快速程序的正确运作容易得多。”优化代码的前提是确保代码可以正常工作。过早的优化可能会忽略对总体性能指标的掌握,并且在获得总体结果之前不要颠倒顺序。
第二个基本原则是权衡优化代码的成本。
优化代码是有代价的,想要解决所有性能问题几乎不可能。通常面临的选择是时间换空间或空间换时间,还需要考虑开发成本。
第三个原则是不要优化无关紧要的部分。
如果优化代码的每个部分后,这些变更会让代码变得难以阅读和理解。如果代码运行缓慢,首先必须找到代码运行缓慢的位置(通常是内部循环),重点优化代码运行缓慢的地方。对于其他位置,时间的损失影响很小。