问题:Python-创建具有初始容量的列表
像这样的代码经常发生:
l = []
while foo:
#baz
l.append(bar)
#qux
如果您要将数千个元素添加到列表中,这真的很慢,因为必须不断调整列表的大小以适应新元素。
在Java中,您可以创建具有初始容量的ArrayList。如果您知道列表的大小,这将大大提高效率。
我知道这样的代码通常可以重构为列表理解。但是,如果for / while循环非常复杂,则这是不可行的。我们的Python程序员有什么对等的地方吗?
回答 0
def doAppend( size=10000 ):
result = []
for i in range(size):
message= "some unique object %d" % ( i, )
result.append(message)
return result
def doAllocate( size=10000 ):
result=size*[None]
for i in range(size):
message= "some unique object %d" % ( i, )
result[i]= message
return result
结果。(评估每个功能144次并平均持续时间)
simple append 0.0102
pre-allocate 0.0098
结论。没关系。
过早的优化是万恶之源。
回答 1
Python列表没有内置的预分配。如果您确实需要列出清单,并且需要避免附加的开销(并且您应该验证这样做),则可以执行以下操作:
l = [None] * 1000 # Make a list of 1000 None's
for i in xrange(1000):
# baz
l[i] = bar
# qux
也许您可以通过使用生成器来避免使用此列表:
def my_things():
while foo:
#baz
yield bar
#qux
for thing in my_things():
# do something with thing
这样,列表并不会全部存储在内存中,而只是根据需要生成。
回答 2
短版:使用
pre_allocated_list = [None] * size
预先分配一个列表(也就是说,能够解决列表的“大小”元素,而不是通过追加逐步形成列表)。即使在大型列表上,此操作也非常快。分配新对象,这些对象以后将分配给列表元素,将花费更长的时间,并且在性能方面将成为程序中的瓶颈。
长版:
我认为应该考虑初始化时间。由于在python中所有内容都是引用,因此将每个元素设置为None还是某个字符串都没关系-两种方式都只是引用。如果要为每个要引用的元素创建新对象,则将花费更长的时间。
对于Python 3.2:
import time
import copy
def print_timing (func):
def wrapper (*arg):
t1 = time.time ()
res = func (*arg)
t2 = time.time ()
print ("{} took {} ms".format (func.__name__, (t2 - t1) * 1000.0))
return res
return wrapper
@print_timing
def prealloc_array (size, init = None, cp = True, cpmethod=copy.deepcopy, cpargs=(), use_num = False):
result = [None] * size
if init is not None:
if cp:
for i in range (size):
result[i] = init
else:
if use_num:
for i in range (size):
result[i] = cpmethod (i)
else:
for i in range (size):
result[i] = cpmethod (cpargs)
return result
@print_timing
def prealloc_array_by_appending (size):
result = []
for i in range (size):
result.append (None)
return result
@print_timing
def prealloc_array_by_extending (size):
result = []
none_list = [None]
for i in range (size):
result.extend (none_list)
return result
def main ():
n = 1000000
x = prealloc_array_by_appending(n)
y = prealloc_array_by_extending(n)
a = prealloc_array(n, None)
b = prealloc_array(n, "content", True)
c = prealloc_array(n, "content", False, "some object {}".format, ("blah"), False)
d = prealloc_array(n, "content", False, "some object {}".format, None, True)
e = prealloc_array(n, "content", False, copy.deepcopy, "a", False)
f = prealloc_array(n, "content", False, copy.deepcopy, (), False)
g = prealloc_array(n, "content", False, copy.deepcopy, [], False)
print ("x[5] = {}".format (x[5]))
print ("y[5] = {}".format (y[5]))
print ("a[5] = {}".format (a[5]))
print ("b[5] = {}".format (b[5]))
print ("c[5] = {}".format (c[5]))
print ("d[5] = {}".format (d[5]))
print ("e[5] = {}".format (e[5]))
print ("f[5] = {}".format (f[5]))
print ("g[5] = {}".format (g[5]))
if __name__ == '__main__':
main()
评价:
prealloc_array_by_appending took 118.00003051757812 ms
prealloc_array_by_extending took 102.99992561340332 ms
prealloc_array took 3.000020980834961 ms
prealloc_array took 49.00002479553223 ms
prealloc_array took 316.9999122619629 ms
prealloc_array took 473.00004959106445 ms
prealloc_array took 1677.9999732971191 ms
prealloc_array took 2729.999780654907 ms
prealloc_array took 3001.999855041504 ms
x[5] = None
y[5] = None
a[5] = None
b[5] = content
c[5] = some object blah
d[5] = some object 5
e[5] = a
f[5] = []
g[5] = ()
如您所见,仅列出对同一None对象的大量引用就花费很少的时间。
前置或扩展花费的时间更长(我没有平均任何东西,但是运行几次后,我可以告诉您扩展和附加花费的时间大致相同)。
为每个元素分配新对象-这是最耗时的时间。S.Lott的答案就是这样做-每次都格式化一个新字符串。这不是严格要求的-如果要预分配一些空间,只需列出一个None,然后随意将数据分配给list元素。不管是在创建列表时还是在创建列表之后生成数据,用哪种方式生成数据都比添加/扩展列表花费更多的时间。但是,如果您想要一个人口稀少的列表,那么从“无”列表开始肯定会更快。
回答 3
使用Python的方式是:
x = [None] * numElements
或您希望预先弹出的任何默认值,例如
bottles = [Beer()] * 99
sea = [Fish()] * many
vegetarianPizzas = [None] * peopleOrderingPizzaNotQuiche
[编辑:买者自负的[Beer()] * 99
语法创建一个 Beer
,然后填充与99次的引用数组相同的单个实例]
Python的默认方法可能非常有效,尽管随着您增加元素数量,效率会下降。
比较
import time
class Timer(object):
def __enter__(self):
self.start = time.time()
return self
def __exit__(self, *args):
end = time.time()
secs = end - self.start
msecs = secs * 1000 # millisecs
print('%fms' % msecs)
Elements = 100000
Iterations = 144
print('Elements: %d, Iterations: %d' % (Elements, Iterations))
def doAppend():
result = []
i = 0
while i < Elements:
result.append(i)
i += 1
def doAllocate():
result = [None] * Elements
i = 0
while i < Elements:
result[i] = i
i += 1
def doGenerator():
return list(i for i in range(Elements))
def test(name, fn):
print("%s: " % name, end="")
with Timer() as t:
x = 0
while x < Iterations:
fn()
x += 1
test('doAppend', doAppend)
test('doAllocate', doAllocate)
test('doGenerator', doGenerator)
与
#include <vector>
typedef std::vector<unsigned int> Vec;
static const unsigned int Elements = 100000;
static const unsigned int Iterations = 144;
void doAppend()
{
Vec v;
for (unsigned int i = 0; i < Elements; ++i) {
v.push_back(i);
}
}
void doReserve()
{
Vec v;
v.reserve(Elements);
for (unsigned int i = 0; i < Elements; ++i) {
v.push_back(i);
}
}
void doAllocate()
{
Vec v;
v.resize(Elements);
for (unsigned int i = 0; i < Elements; ++i) {
v[i] = i;
}
}
#include <iostream>
#include <chrono>
using namespace std;
void test(const char* name, void(*fn)(void))
{
cout << name << ": ";
auto start = chrono::high_resolution_clock::now();
for (unsigned int i = 0; i < Iterations; ++i) {
fn();
}
auto end = chrono::high_resolution_clock::now();
auto elapsed = end - start;
cout << chrono::duration<double, milli>(elapsed).count() << "ms\n";
}
int main()
{
cout << "Elements: " << Elements << ", Iterations: " << Iterations << '\n';
test("doAppend", doAppend);
test("doReserve", doReserve);
test("doAllocate", doAllocate);
}
在我的Windows 7 i7上,64位Python提供
Elements: 100000, Iterations: 144
doAppend: 3587.204933ms
doAllocate: 2701.154947ms
doGenerator: 1721.098185ms
尽管C ++提供(使用MSVC构建,64位,启用了优化)
Elements: 100000, Iterations: 144
doAppend: 74.0042ms
doReserve: 27.0015ms
doAllocate: 5.0003ms
C ++调试版本生成:
Elements: 100000, Iterations: 144
doAppend: 2166.12ms
doReserve: 2082.12ms
doAllocate: 273.016ms
这里的要点是,使用Python可以将性能提高7-8%,并且如果您认为自己正在编写高性能的应用程序(或者正在编写用于Web服务的内容或其他内容),那么这是不容小at的,但是您可能需要重新考虑您选择的语言。
另外,这里的Python代码并不是真正的Python代码。在此切换到真正的Pythonesque代码可提供更好的性能:
import time
class Timer(object):
def __enter__(self):
self.start = time.time()
return self
def __exit__(self, *args):
end = time.time()
secs = end - self.start
msecs = secs * 1000 # millisecs
print('%fms' % msecs)
Elements = 100000
Iterations = 144
print('Elements: %d, Iterations: %d' % (Elements, Iterations))
def doAppend():
for x in range(Iterations):
result = []
for i in range(Elements):
result.append(i)
def doAllocate():
for x in range(Iterations):
result = [None] * Elements
for i in range(Elements):
result[i] = i
def doGenerator():
for x in range(Iterations):
result = list(i for i in range(Elements))
def test(name, fn):
print("%s: " % name, end="")
with Timer() as t:
fn()
test('doAppend', doAppend)
test('doAllocate', doAllocate)
test('doGenerator', doGenerator)
这使
Elements: 100000, Iterations: 144
doAppend: 2153.122902ms
doAllocate: 1346.076965ms
doGenerator: 1614.092112ms
(在32位中,doGenerator比doAllocate做得更好)。
在这里,doAppend和doAllocate之间的差距明显更大。
显然,这里的差异仅适用于您执行多次以上的操作,或者在负载较重的系统上执行的操作,这些数据将按数量级进行扩展,或者正在处理更大的清单。
这里的重点是:用pythonic方式获得最佳性能。
但是,如果您担心常规的高级性能,则Python是错误的语言。最根本的问题是,由于装饰器等(https://wiki.python.org/moin/PythonSpeed/PerformanceTips#Data_Aggregation#Data_Aggregation)等Python功能,Python函数调用传统上比其他语言慢300倍。
回答 4
正如其他人提到的那样,最简单的方法是预先植入带有NoneType
对象的列表。
话虽这么说,您应该先了解Python列表的实际工作方式,然后再决定是否需要这样做。在列表的CPython实现中,始终在开销空间的情况下创建底层数组,并且数组的大小逐渐变大( 4, 8, 16, 25, 35, 46, 58, 72, 88, 106, 126, 148, 173, 201, 233, 269, 309, 354, 405, 462, 526, 598, 679, 771, 874, 990, 1120, etc)
,因此几乎不经常调整列表的大小。
由于这种行为,大多数 list.append()
功能O(1)
对于追加而言都是复杂的,仅当跨越这些边界之一时才具有增加的复杂度,此时复杂度将为O(n)
。这种行为导致S. Lott的答案中执行时间的最小增加。
资料来源:http : //www.laurentluce.com/posts/python-list-implementation/
回答 5
我运行@ s.lott的代码,并通过预分配产生了10%的相同性能提升。使用生成器尝试了@jeremy的想法,并且能够比doAllocate更好地看到gen的性能。对于我的项目,10%的改善很重要,因此感谢大家,因为这对我们有很大帮助。
def doAppend( size=10000 ):
result = []
for i in range(size):
message= "some unique object %d" % ( i, )
result.append(message)
return result
def doAllocate( size=10000 ):
result=size*[None]
for i in range(size):
message= "some unique object %d" % ( i, )
result[i]= message
return result
def doGen( size=10000 ):
return list("some unique object %d" % ( i, ) for i in xrange(size))
size=1000
@print_timing
def testAppend():
for i in xrange(size):
doAppend()
@print_timing
def testAlloc():
for i in xrange(size):
doAllocate()
@print_timing
def testGen():
for i in xrange(size):
doGen()
testAppend()
testAlloc()
testGen()
testAppend took 14440.000ms
testAlloc took 13580.000ms
testGen took 13430.000ms
回答 6
如果您使用的numpy具有更多类似C的数组,则会引起对Python中预分配的担忧。在这种情况下,预分配问题与数据的形状和默认值有关。
如果要在大量列表上进行数值计算并需要性能,请考虑使用numpy。
回答 7
对于某些应用程序,词典可能是您所需要的。例如,在find_totient方法中,我发现使用字典更方便,因为我没有零索引。
def totient(n):
totient = 0
if n == 1:
totient = 1
else:
for i in range(1, n):
if math.gcd(i, n) == 1:
totient += 1
return totient
def find_totients(max):
totients = dict()
for i in range(1,max+1):
totients[i] = totient(i)
print('Totients:')
for i in range(1,max+1):
print(i,totients[i])
这个问题也可以通过预先分配的列表来解决:
def find_totients(max):
totients = None*(max+1)
for i in range(1,max+1):
totients[i] = totient(i)
print('Totients:')
for i in range(1,max+1):
print(i,totients[i])
我觉得这不是那么优雅,而且容易出错,因为我存储的None会在我不小心使用错误的情况下引发异常,并且因为我需要考虑地图可以避免的边缘情况。
确实,字典的效率不高,但是正如其他人所评论的那样,速度的微小差异并不总会带来重大的维护风险。
回答 8
据我了解,python列表已经与ArrayLists非常相似。但是,如果您想调整这些参数,我会在网上发现这篇帖子可能很有趣(基本上,只需创建自己的ScalableList
扩展名即可):
http://mail.python.org/pipermail/python-list/2000-May/035082.html