盤(pán)點(diǎn)提高 Python 代碼效率的方法

更新時(shí)間：2014年07月03日 09:26:29 投稿：hebedich

本人用 Python 快兩年了，平時(shí)只是用它來(lái)寫(xiě)點(diǎn)小小的分析腳本，以方便快捷為主，也沒(méi)怎么考慮代碼效率問(wèn)題。最近想給自己升升級(jí)，提高一下代碼的檔次。于是找了一堆效率相關(guān)的文章，做了些實(shí)驗(yàn)，總結(jié)一下。

第一招：蛇打七寸：定位瓶頸

首先，第一步是定位瓶頸。舉個(gè)簡(jiǎn)單的栗子，一個(gè)函數(shù)可以從1秒優(yōu)化到到0.9秒，另一個(gè)函數(shù)可以從1分鐘優(yōu)化到30秒，如果要花的代價(jià)相同，而且時(shí)間限制只能搞定一個(gè)，搞哪個(gè)？根據(jù)短板原理，當(dāng)然選第二個(gè)啦。

一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的程序員在這里一定會(huì)遲疑一下，等等？函數(shù)？這么說(shuō)，還要考慮調(diào)用次數(shù)？如果第一個(gè)函數(shù)在整個(gè)程序中需要被調(diào)用100000次，第二個(gè)函數(shù)在整個(gè)程序中被調(diào)用1次，這個(gè)就不一定了。舉這個(gè)栗子，是想說(shuō)明，程序的瓶頸有的時(shí)候不一定一眼能看出來(lái)。還是上面那個(gè)選擇，程序員的你應(yīng)該有感覺(jué)的，大多數(shù)情況下：一個(gè)「可以」從一分鐘優(yōu)化到30秒的函數(shù)會(huì)比一個(gè)「可以」從1秒優(yōu)化到0.9秒的函數(shù)更容易捕獲我們的注意，因?yàn)橛泻艽蟮倪M(jìn)步空間嘛。

所以，這么多廢話講完，獻(xiàn)上第一招，profile。這是 python 自帶的定位程序瓶頸的利器！雖然它提供了三種選項(xiàng)profile，cProfile，hotshot。還分為內(nèi)置和外置。但是，個(gè)人覺(jué)得一種足矣，外置cProfile。心法如下：

python -m profile 逗比程序.py

這招的效果會(huì)輸出一系列東西，比如函數(shù)被調(diào)用了幾次，總時(shí)間多少，其中有多少是這個(gè)函數(shù)的子函數(shù)花費(fèi)的，每次花多少時(shí)間，等等。嘛一圖勝千言：

filename:lineno(function): 文件名：第幾行（函數(shù)名）
ncalls: 這貨一共調(diào)用了幾次
tottime: 這貨自己總共花了多少時(shí)間，也就是要除掉內(nèi)部函數(shù)小弟們的花費(fèi)
percall: 平均每次調(diào)用花的時(shí)間，tottime 除以 ncalls
cumtime: 這貨還有它的所有內(nèi)部函數(shù)小弟們的總花費(fèi)
percall: 跟上面那個(gè) percall 差不多，不過(guò)是 cumtime 除以 ncalls
找到最值得優(yōu)化的點(diǎn)，然后干吧。

第二招：一蛇禪：只需一招

記得剛開(kāi)始接觸 Python 的時(shí)候，有一位學(xué)長(zhǎng)告訴我，Python 有一個(gè)牛逼的理想，它希望每一個(gè)用它的人能寫(xiě)出一模一樣的程序。Python 之禪有云：

There should be one-- and preferably only one --obvious way to do it

所以 Python 系專業(yè)的禪師提供了一些常用功能的 only one 的寫(xiě)法。本人看了一下傳說(shuō)中的PythonWiKi:PerformanceTips，總結(jié)了幾個(gè)「不要醬紫」「要醬紫」。

合并字符串的時(shí)候不要醬紫：

s = "" for substring in list: s += substring

要醬紫：

s = "".join(slist)

格式化字符串的時(shí)候不要醬紫：

out = "<html>" + head + prologue + query + tail + "</html>"

要醬紫：

out = "<html>%s%s%s%s</html>" % (head, prologue, query, tail)

可以不用循環(huán)的時(shí)候就不要用循環(huán)，比如不要醬紫：

newlist = [] for word in oldlist: newlist.append(word.upper())

要醬紫：

newlist = map(str.upper, oldlist)

或者醬紫：

newlist = [s.upper() for s in oldlist]

字典初始化，比較常用的：

wdict = {} for word in words: if word not in wdict: wdict[word] = 0 wdict[word] += 1

如果重復(fù)的 word 太多了的話，可以考慮用醬紫的模式來(lái)省掉大量判斷：

wdict = {} for word in words: try: wdict[word] += 1 except KeyError: wdict[word] = 1

盡量減少 function 調(diào)用次數(shù)，用內(nèi)部循環(huán)代替，比如，不要醬紫：

x = 0 def doit1(i): global x x = x + i list = range(100000) t = time.time() for i in list: doit1(i)

要醬紫：

x = 0 def doit2(list): global x for i in list: x = x + i list = range(100000) t = time.time() doit2(list)

第三招：蛇之狙擊：高速搜索

這一招部分來(lái)源于IBM:Python 代碼性能優(yōu)化技巧，搜索算法的最高境界是O(1)的算法復(fù)雜度。也就是 Hash Table。本人幸本科的時(shí)候?qū)W了點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。知道 Python 的 list 使用類似鏈表的方法實(shí)現(xiàn)的。如過(guò)列表很大的話，在茫茫多的項(xiàng)里面用 if X in list_a 來(lái)做搜索和判斷效率是非常低的。

Python 的 tuple 我用得非常少，不評(píng)論。另兩個(gè)我用得非常多的是 set 和 dict。這兩個(gè)就是用的類似 Hash Table 的實(shí)現(xiàn)方法。

所以盡量不要醬紫：

k = [10,20,30,40,50,60,70,80,90] for i in xrange(10000): if i in k: #Do something continue

要醬紫：

``` k = [10,20,30,40,50,60,70,80,90] k_dict = {i:0 for i in k}

先把 list 轉(zhuǎn)換成 dictionary

for i in xrange(10000): if i in k_dict: #Do something continue ```

找 list 的交集，不要醬紫：

list_a = [1,2,3,4,5]
list_b = [4,5,6,7,8]
list_common = [a for a in list_a if a in list_b]

要醬紫：

list_a = [1,2,3,4,5]
list_b = [4,5,6,7,8]
list_common = set(list_a)&set(list_b)

第四招：小蛇蛇……：想不出來(lái)名字了，就是各種小 Tips

變量交換不需要中間變量：a,b = b,a (這里有個(gè)神坑，至今記憶深刻：True,False = False,True)
如果使用 Python2.x，用 xrange 代替 range，如果用 Python3.x，range 已經(jīng)是 xrange 了，xrange 已經(jīng)木有了。xrange 不會(huì)像 range 一樣生成一個(gè)列表，而是生成一個(gè)迭代器，省內(nèi)存。
可以用 x>y>z 代替 x>y and y>z。效率更高，可讀性也更好。當(dāng)然理論上 x>y
add(x,y) 一般會(huì)比 a+b 要快？這個(gè)本人有所懷疑，實(shí)驗(yàn)了一下，首先 add 不能直接用，要 import operator，第二，我的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示 add(x,y) 完全沒(méi)有 a+b 快，更何況還要犧牲可讀性。
while 1 確實(shí)比 while True 要快那么一點(diǎn)點(diǎn)。做了兩次實(shí)驗(yàn)，大概快了15%左右。
第五招：無(wú)蛇勝有蛇：代碼之外的性能

代碼之外嘛，除了硬件之外，就是編譯器了，這里隆重推薦 pypy。pypy是一種叫做 just-in-time 的即時(shí)編譯器。這個(gè)編譯器的特點(diǎn)就是編譯一句跑一句，和靜態(tài)的編譯器的區(qū)別嘛，我在知乎上看到一個(gè)非常形象的比喻：

假定你是一個(gè)導(dǎo)演，靜態(tài)編譯就是讓演員把整個(gè)劇本背下來(lái)吃透，然后連續(xù)表演一個(gè)小時(shí)。動(dòng)態(tài)編譯就是讓演員表演兩分鐘，然后思考一下，再看一下劇本，再表演兩分鐘……

動(dòng)態(tài)編譯和靜態(tài)編譯各有所長(zhǎng)，看你演的是電影還是話劇了。

此外還有一個(gè) Cython 可以在 python 里內(nèi)置一些 C 的代碼。我用的非常少，但是關(guān)鍵時(shí)刻確實(shí)有效。

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