列表推导和功能函数是否比"for loops"更快?

Eri*_*ans 130 python performance for-loop list-comprehension map-function

在Python的性能方面,是一个列表理解,还是比for循环更快的map(),filter()和reduce()等函数?从技术上讲,为什么它们"以C速度运行",而"for循环以python虚拟机速度运行"?

假设在我正在开发的游戏中,我需要使用for循环绘制复杂且巨大的地图.这个问题肯定是相关的,因为如果列表理解确实更快,那么为了避免滞后(尽管代码的视觉复杂性),这将是一个更好的选择.

小智 126

以下是基于经验的粗略指导和有根据的猜测.您应该timeit或者描述您的具体用例以获取更难的数字,这些数字可能偶尔会不同意以下内容.

列表推导通常比精确等效的for循环(实际上构建列表)快一点,很可能是因为它不必append在每次迭代时查找列表及其方法.但是,列表推导仍然会执行字节码级循环:

>>> dis.dis(<the code object for `[x for x in range(10)]`>)
 1           0 BUILD_LIST               0
             3 LOAD_FAST                0 (.0)
       >>    6 FOR_ITER                12 (to 21)
             9 STORE_FAST               1 (x)
            12 LOAD_FAST                1 (x)
            15 LIST_APPEND              2
            18 JUMP_ABSOLUTE            6
       >>   21 RETURN_VALUE
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使用列表推导代替构建列表的循环,无意义地累积无意义值列表然后抛弃列表,由于创建和扩展列表的开销,因此通常较慢.列表推导不是神奇的,本质上比旧的循环更快.

至于功能列表处理功能:虽然这些都是用C语言编写,并可能超越Python编写的相同的功能,它们是不是一定是最快的选择.如果函数也是用C语言写的,那么预计会有一些加速.但是大多数情况下使用lambda(或其他Python函数),重复设置Python堆栈帧等的开销会减少任何节省.简单地在线执行相同的工作,没有函数调用(例如,列表理解而不是mapfilter)通常会稍快一些.

假设在我正在开发的游戏中,我需要使用for循环绘制复杂且巨大的地图.这个问题肯定是相关的,因为如果列表理解确实更快,那么为了避免滞后(尽管代码的视觉复杂性),这将是一个更好的选择.

如果像这样的代码在用非"优化"的Python编写时还不够快,那么很可能没有多少Python级别的微优化能够让它足够快,你应该开始考虑下降到C.微优化通常可以大大加速Python代码,对此有一个较低的(绝对值)限制.而且,甚至在你达到这个上限之前,它就变得更具成本效益(15%的加速比300%加速同样的努力)咬住子弹并写下一些C.

  • 这似乎不再准确了。我刚刚使用了 python 3.6 中的 dis 包,列表理解不会创建任何 for 循环,而 for 循环会创建。更具体地说,列表理解代码现在使用 LOAD_CONST 加载名为 &lt;listcomp&gt; 的内置函数并执行它。我的猜测是这个函数是用C实现的。 (3认同)
  • @MattSt您忽略了 dis 输出中显示函数字节码的部分,包括循环。 (2认同)

Ant*_*ong 19

如果你查看python.org上信息,你可以看到这个摘要:

Version Time (seconds)
Basic loop 3.47
Eliminate dots 2.45
Local variable & no dots 1.79
Using map function 0.54
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但是你真的应该详细阅读上面的文章,以了解性能差异的原因.

我还强烈建议您使用timeit来计算代码.在一天结束时,可能存在这样的情况,例如,for当满足条件时,您可能需要摆脱循环.它可能比通过调用找出结果更快map.

  • 虽然该页面是一个很好的阅读和部分相关,只是引用这些数字是没有用的,甚至可能误导. (12认同)
  • 这没有任何迹象表明您正在计时。根据 loop/listcomp/map 中的内容,相对性能会有很大差异。 (2认同)

小智 12

你特别询问map(),filter()和reduce(),但我想你一般都想了解函数式编程.我自己测试了计算一组点内所有点之间距离的问题,函数式编程(使用内置itertools模块中的starmap函数)结果比for循环略慢(长度为1.25倍) , 事实上).这是我使用的示例代码:

import itertools, time, math, random

class Point:
    def __init__(self,x,y):
        self.x, self.y = x, y

point_set = (Point(0, 0), Point(0, 1), Point(0, 2), Point(0, 3))
n_points = 100
pick_val = lambda : 10 * random.random() - 5
large_set = [Point(pick_val(), pick_val()) for _ in range(n_points)]
    # the distance function
f_dist = lambda x0, x1, y0, y1: math.sqrt((x0 - x1) ** 2 + (y0 - y1) ** 2)
    # go through each point, get its distance from all remaining points 
f_pos = lambda p1, p2: (p1.x, p2.x, p1.y, p2.y)

extract_dists = lambda x: itertools.starmap(f_dist, 
                          itertools.starmap(f_pos, 
                          itertools.combinations(x, 2)))

print('Distances:', list(extract_dists(point_set)))

t0_f = time.time()
list(extract_dists(large_set))
dt_f = time.time() - t0_f
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功能版本比程序版本更快吗?

def extract_dists_procedural(pts):
    n_pts = len(pts)
    l = []    
    for k_p1 in range(n_pts - 1):
        for k_p2 in range(k_p1, n_pts):
            l.append((pts[k_p1].x - pts[k_p2].x) ** 2 +
                     (pts[k_p1].y - pts[k_p2].y) ** 2)
    return l

t0_p = time.time()
list(extract_dists_procedural(large_set)) 
    # using list() on the assumption that
    # it eats up as much time as in the functional version

dt_p = time.time() - t0_p

f_vs_p = dt_p / dt_f
if f_vs_p >= 1.0:
    print('Time benefit of functional progamming:', f_vs_p, 
          'times as fast for', n_points, 'points')
else:
    print('Time penalty of functional programming:', 1 / f_vs_p, 
          'times as slow for', n_points, 'points')
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  • 看起来很复杂,无法回答这个问题。您可以将其缩减为更有意义吗? (2认同)
  • @AaronHall我实际上发现andreipmbcn的答案很有趣,因为它是一个不平凡的例子。我们可以使用的代码。 (2认同)

tjy*_*dsg 8

我修改了@Alisa 的代码并用来cProfile说明为什么列表理解更快:

from functools import reduce
import datetime

def reduce_(numbers):
    return reduce(lambda sum, next: sum + next * next, numbers, 0)

def for_loop(numbers):
    a = []
    for i in numbers:
        a.append(i*2)
    a = sum(a)
    return a

def map_(numbers):
    sqrt = lambda x: x*x
    return sum(map(sqrt, numbers))

def list_comp(numbers):
    return(sum([i*i for i in numbers]))

funcs = [
        reduce_,
        for_loop,
        map_,
        list_comp
        ]

if __name__ == "__main__":
    # [1, 2, 5, 3, 1, 2, 5, 3]
    import cProfile
    for f in funcs:
        print('=' * 25)
        print("Profiling:", f.__name__)
        print('=' * 25)
        pr = cProfile.Profile()
        for i in range(10**6):
            pr.runcall(f, [1, 2, 5, 3, 1, 2, 5, 3])
        pr.create_stats()
        pr.print_stats()
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结果如下:

=========================
Profiling: reduce_
=========================
         11000000 function calls in 1.501 seconds

   Ordered by: standard name

   ncalls  tottime  percall  cumtime  percall filename:lineno(function)
  1000000    0.162    0.000    1.473    0.000 profiling.py:4(reduce_)
  8000000    0.461    0.000    0.461    0.000 profiling.py:5(<lambda>)
  1000000    0.850    0.000    1.311    0.000 {built-in method _functools.reduce}
  1000000    0.028    0.000    0.028    0.000 {method 'disable' of '_lsprof.Profiler' objects}


=========================
Profiling: for_loop
=========================
         11000000 function calls in 1.372 seconds

   Ordered by: standard name

   ncalls  tottime  percall  cumtime  percall filename:lineno(function)
  1000000    0.879    0.000    1.344    0.000 profiling.py:7(for_loop)
  1000000    0.145    0.000    0.145    0.000 {built-in method builtins.sum}
  8000000    0.320    0.000    0.320    0.000 {method 'append' of 'list' objects}
  1000000    0.027    0.000    0.027    0.000 {method 'disable' of '_lsprof.Profiler' objects}


=========================
Profiling: map_
=========================
         11000000 function calls in 1.470 seconds

   Ordered by: standard name

   ncalls  tottime  percall  cumtime  percall filename:lineno(function)
  1000000    0.264    0.000    1.442    0.000 profiling.py:14(map_)
  8000000    0.387    0.000    0.387    0.000 profiling.py:15(<lambda>)
  1000000    0.791    0.000    1.178    0.000 {built-in method builtins.sum}
  1000000    0.028    0.000    0.028    0.000 {method 'disable' of '_lsprof.Profiler' objects}


=========================
Profiling: list_comp
=========================
         4000000 function calls in 0.737 seconds

   Ordered by: standard name

   ncalls  tottime  percall  cumtime  percall filename:lineno(function)
  1000000    0.318    0.000    0.709    0.000 profiling.py:18(list_comp)
  1000000    0.261    0.000    0.261    0.000 profiling.py:19(<listcomp>)
  1000000    0.131    0.000    0.131    0.000 {built-in method builtins.sum}
  1000000    0.027    0.000    0.027    0.000 {method 'disable' of '_lsprof.Profiler' objects}

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恕我直言:

  • reduce并且map通常很慢。不仅如此,与使用列表相比sum,在map返回的迭代器上使用速度很慢sum
  • for_loop 使用 append,这当然在某种程度上很慢
  • 与列表理解相比,列表理解不仅花费最少的时间构建列表,而且sum速度更快map


alp*_*iii 7

我写了一个测试速度的简单脚本,这就是我发现的.实际上for循环在我的情况下是最快的.这真让我感到惊讶,请查看贝娄(正在计算平方和).

from functools import reduce
import datetime


def time_it(func, numbers, *args):
    start_t = datetime.datetime.now()
    for i in range(numbers):
        func(args[0])
    print (datetime.datetime.now()-start_t)

def square_sum1(numbers):
    return reduce(lambda sum, next: sum+next**2, numbers, 0)


def square_sum2(numbers):
    a = 0
    for i in numbers:
        i = i**2
        a += i
    return a

def square_sum3(numbers):
    sqrt = lambda x: x**2
    return sum(map(sqrt, numbers))

def square_sum4(numbers):
    return(sum([int(i)**2 for i in numbers]))


time_it(square_sum1, 100000, [1, 2, 5, 3, 1, 2, 5, 3])
time_it(square_sum2, 100000, [1, 2, 5, 3, 1, 2, 5, 3])
time_it(square_sum3, 100000, [1, 2, 5, 3, 1, 2, 5, 3])
time_it(square_sum4, 100000, [1, 2, 5, 3, 1, 2, 5, 3])
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0:00:00.302000 #Reduce 0:00:00.144000 #For loop 0:00:00.318000 #Map 0:00:00.390000 #List comprehension

  • 这是一个展示速度的糟糕例子。`for` 循环获胜是因为与其他循环相比,它不会浪费资源。每次使用“map”和“reduce”运行都会重新创建函数对象,这会浪费资源 - 提取函数。在列表理解中,您做了一些无意义的事情来创建一次性的“list”,然后将其传递给“sum” - 删除括号。您还使用了自己的计时函数实现,而不是使用更准确的“timeit”模块。 (3认同)

jjm*_*elo 6

Alphii 答案添加一个转折,实际上 for 循环将是第二好的并且比它慢 6 倍map

from functools import reduce
import datetime


def time_it(func, numbers, *args):
    start_t = datetime.datetime.now()
    for i in range(numbers):
        func(args[0])
    print (datetime.datetime.now()-start_t)

def square_sum1(numbers):
    return reduce(lambda sum, next: sum+next**2, numbers, 0)


def square_sum2(numbers):
    a = 0
    for i in numbers:
        a += i**2
    return a

def square_sum3(numbers):
    a = 0
    map(lambda x: a+x**2, numbers)
    return a

def square_sum4(numbers):
    a = 0
    return [a+i**2 for i in numbers]

time_it(square_sum1, 100000, [1, 2, 5, 3, 1, 2, 5, 3])
time_it(square_sum2, 100000, [1, 2, 5, 3, 1, 2, 5, 3])
time_it(square_sum3, 100000, [1, 2, 5, 3, 1, 2, 5, 3])
time_it(square_sum4, 100000, [1, 2, 5, 3, 1, 2, 5, 3])
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主要的变化是消除了缓慢的sum调用,以及int()在最后一种情况下可能不必要的调用。实际上,将 for 循环和 map 放在相同的术语中使其成为事实。请记住,lambda 是函数式概念,理论上不应该有副作用,但是,它们可能会产生副作用,例如添加到a. 在这种情况下,Python 3.6.1、Ubuntu 14.04、Intel(R) Core(TM) i7-4770 CPU @ 3.40GHz 的结果

0:00:00.257703 #Reduce
0:00:00.184898 #For loop
0:00:00.031718 #Map
0:00:00.212699 #List comprehension
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  • square_sum3 和 square_sum4 不正确。他们不会给出金额。@alisca chen 的以下回答实际上是正确的。 (3认同)

小智 5

我设法修改了@alpiii 的一些代码,发现列表理解比 for 循环快一点。这可能是由于int(),列表理解和 for 循环之间不公平。

from functools import reduce
import datetime

def time_it(func, numbers, *args):
    start_t = datetime.datetime.now()
    for i in range(numbers):
        func(args[0])
    print (datetime.datetime.now()-start_t)

def square_sum1(numbers):
    return reduce(lambda sum, next: sum+next*next, numbers, 0)

def square_sum2(numbers):
    a = []
    for i in numbers:
        a.append(i*2)
    a = sum(a)
    return a

def square_sum3(numbers):
    sqrt = lambda x: x*x
    return sum(map(sqrt, numbers))

def square_sum4(numbers):
    return(sum([i*i for i in numbers]))

time_it(square_sum1, 100000, [1, 2, 5, 3, 1, 2, 5, 3])
time_it(square_sum2, 100000, [1, 2, 5, 3, 1, 2, 5, 3])
time_it(square_sum3, 100000, [1, 2, 5, 3, 1, 2, 5, 3])
time_it(square_sum4, 100000, [1, 2, 5, 3, 1, 2, 5, 3])
Run Code Online (Sandbox Code Playgroud)
0:00:00.101122 #Reduce

0:00:00.089216 #For loop

0:00:00.101532 #Map

0:00:00.068916 #List comprehension
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