为什么用exponents更快地在python中使用数字的mod?

Mic*_*x2a 13 python optimization profiling

我正在尝试优化我正在修补的程序,当我注意到这样做value = i % 65536似乎运行得比较慢value = i % (2**16).

为了测试这个,我运行了以下程序:

import cProfile
import pstats

AMOUNT = 100000000

def test1():
    for i in xrange(AMOUNT):
        value = i % 65536
    return

def test2():
    for i in xrange(AMOUNT):
        value = i % (256**2)
    return

def test3():
    for i in xrange(AMOUNT):
        value = i % (16**4)
    return

def test4():
    for i in xrange(AMOUNT):
        value = i % (4**8)
    return

def test5():
    for i in xrange(AMOUNT):
        value = i % (2**16)
    return

def run_tests():
    test1()
    test2()
    test3()
    test4()
    test5()
    return

if __name__ == '__main__':
    cProfile.run('run_tests()', 'results')
    stats = pstats.Stats('results')
    stats.sort_stats('calls', 'nfl')
    stats.print_stats()
Run Code Online (Sandbox Code Playgroud)

...产生以下输出:

Fri May 11 15:11:59 2012    results

         8 function calls in 40.473 seconds

   Ordered by: call count, name/file/line

   ncalls  tottime  percall  cumtime  percall filename:lineno(function)
        1    0.000    0.000    0.000    0.000 {method 'disable' of '_lsprof.Profiler' objects}
        1    0.000    0.000   40.473   40.473 <string>:1(<module>)
        1    0.000    0.000   40.473   40.473 test.py:31(run_tests)
        1   10.466   10.466   10.466   10.466 test.py:6(test1)
        1    7.475    7.475    7.475    7.475 test.py:11(test2)
        1    7.485    7.485    7.485    7.485 test.py:16(test3)
        1    7.539    7.539    7.539    7.539 test.py:21(test4)
        1    7.508    7.508    7.508    7.508 test.py:26(test5)
Run Code Online (Sandbox Code Playgroud)

65536在10.466秒时使用最慢,而在7.475秒时进行256**2最快(其他可能的指数值介于两者之间).当然,这种速度差异只有在重复量很大的情况下才会显着,但我仍然很好奇为什么会出现这种情况.

为什么采用数字的mod 65536慢一点,然后使用exponents采用mod?他们应该评估相同的数字,我会认为python解释器在采用mod之前需要更长的时间来完全评估指数.

通过扩展,在python表达式中使用2的幂而不是完全输入数字通常更有效吗?除了模数或其他数字之外,这种模式是否适用于其他数字2

(顺便说一句,我使用的是Python 2.7.2(32位),我在64位Windows 7笔记本电脑上运行了上述内容).

编辑:
所以我尝试颠倒我调用的函数的顺序,现在反之亦然.看起来无论第一个函数在run_tests使用cProfile时总是运行得有点慢,这很奇怪.所以,经验教训,我猜 - 剖析器很奇怪:D

Nik*_* B. 19

生成的字节码没有区别,因为编译器可以很好地完成工作,并优化了常量算术表达式.这意味着您的测试结果只是一个巧合(尝试以不同的顺序对函数进行计时!).

>>> import dis
>>> dis.dis(test1)
  2           0 SETUP_LOOP              30 (to 33)
              3 LOAD_GLOBAL              0 (xrange)
              6 LOAD_GLOBAL              1 (AMOUNT)
              9 CALL_FUNCTION            1
             12 GET_ITER            
        >>   13 FOR_ITER                16 (to 32)
             16 STORE_FAST               0 (i)

  3          19 LOAD_FAST                0 (i)
             22 LOAD_CONST               1 (65536)
             25 BINARY_MODULO       
             26 STORE_FAST               1 (value)
             29 JUMP_ABSOLUTE           13
        >>   32 POP_BLOCK           

  4     >>   33 LOAD_CONST               0 (None)
             36 RETURN_VALUE        
>>> dis.dis(test5)
  2           0 SETUP_LOOP              30 (to 33)
              3 LOAD_GLOBAL              0 (xrange)
              6 LOAD_GLOBAL              1 (AMOUNT)
              9 CALL_FUNCTION            1
             12 GET_ITER            
        >>   13 FOR_ITER                16 (to 32)
             16 STORE_FAST               0 (i)

  3          19 LOAD_FAST                0 (i)
             22 LOAD_CONST               3 (65536)
             25 BINARY_MODULO       
             26 STORE_FAST               1 (value)
             29 JUMP_ABSOLUTE           13
        >>   32 POP_BLOCK           

  4     >>   33 LOAD_CONST               0 (None)
             36 RETURN_VALUE        
Run Code Online (Sandbox Code Playgroud)

(实际上存在差异:数字存储在常量表中的不同偏移处.我无法想象这会导致任何差异).

为了完整起见,这是使用该timeit模块的正确测试:

import timeit

setup = "i = 1337"

best1 = best2 = float("inf")
for _ in range(5000):
  best1 = min(best1, timeit.timeit("i % 65536", setup=setup, number=10000))
for _ in range(5000):
  best2 = min(best2, timeit.timeit("i % (2**16)", setup=setup, number=10000))
print best1
print best2
Run Code Online (Sandbox Code Playgroud)

请注意,我正在测量所需的最短时间,而不是平均值.如果由于某种原因需要更长时间,这只是意味着它被更频繁地中断(因为代码不依赖于CPU的功能).


Nic*_*ood 6

嗯,使用dis来显示python字节代码表明函数是相同的.Python已经优化了常量(正如预期的那样).所以我怀疑时差是缓存效果.我的笔记本电脑上的计时结果(在Linux上使用Python 2.7.3 64位)

Fri May 11 23:37:49 2012    results

     8 function calls in 38.825 seconds

Ordered by: call count, name/file/line

ncalls  tottime  percall  cumtime  percall filename:lineno(function)
     1    0.000    0.000    0.000    0.000 {method 'disable' of '_lsprof.Profiler' objects}
     1    0.000    0.000   38.825   38.825 <string>:1(<module>)
     1    0.000    0.000   38.825   38.825 z.py:31(run_tests)
     1    7.880    7.880    7.880    7.880 z.py:6(test1)
     1    7.658    7.658    7.658    7.658 z.py:11(test2)
     1    7.806    7.806    7.806    7.806 z.py:16(test3)
     1    7.784    7.784    7.784    7.784 z.py:21(test4)
     1    7.697    7.697    7.697    7.697 z.py:26(test5)
Run Code Online (Sandbox Code Playgroud)

几乎完全相同

>>> from dis import dis
>>> def test1():
...     for i in xrange(AMOUNT):
...         value = i % 65536
...     return
... 
>>> def test5():
...     for i in xrange(AMOUNT):
...         value = i % (2**16)
...     return
... 
>>> dis(test1)
  2           0 SETUP_LOOP              30 (to 33)
              3 LOAD_GLOBAL              0 (xrange)
              6 LOAD_GLOBAL              1 (AMOUNT)
              9 CALL_FUNCTION            1
             12 GET_ITER            
        >>   13 FOR_ITER                16 (to 32)
             16 STORE_FAST               0 (i)

  3          19 LOAD_FAST                0 (i)
             22 LOAD_CONST               1 (65536)
             25 BINARY_MODULO       
             26 STORE_FAST               1 (value)
             29 JUMP_ABSOLUTE           13
        >>   32 POP_BLOCK           

  4     >>   33 LOAD_CONST               0 (None)
             36 RETURN_VALUE        
>>> dis(test5)
  2           0 SETUP_LOOP              30 (to 33)
              3 LOAD_GLOBAL              0 (xrange)
              6 LOAD_GLOBAL              1 (AMOUNT)
              9 CALL_FUNCTION            1
             12 GET_ITER            
        >>   13 FOR_ITER                16 (to 32)
             16 STORE_FAST               0 (i)

  3          19 LOAD_FAST                0 (i)
             22 LOAD_CONST               3 (65536)
             25 BINARY_MODULO       
             26 STORE_FAST               1 (value)
             29 JUMP_ABSOLUTE           13
        >>   32 POP_BLOCK           

  4     >>   33 LOAD_CONST               0 (None)
             36 RETURN_VALUE        
>>> 
Run Code Online (Sandbox Code Playgroud)