2.python数据结构的性能分析

2020-12-13 02:06

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python 的设计者在实现列表数据结构的时候有很多选择。每一个这种选择都可能影响列表操作的性能。为了帮助他们做出正确的选择，他们查看了最常使用列表数据结构的方式，并且优化了实现，以便使得最常见的操作非常快。
在列表的操作有一个非常常见的编程任务就是是增加一个列表。我们马上想到的有两种方法可以创建更长的列表，可以使用 append 方法或拼接运算符。但是这两种方法那种效率更高呢。这对你来说很重要，因为它可以帮助你通过选择合适的工具来提高你自己的程序的效率。
让我们看看四种不同的方式，我们可以生成一个从0开始的n个数字的列表。首先，我们将尝试一个 for 循环并通过创建列表，然后我们将使用 append 而不是拼接。接下来，我们使用列表生成器创建列表，最后，也是最明显的方式，通过调用列表构造函数包装 range 函数。
```
def test1():
    l = []
    for i in range(1000):
        l = l + [i]

def test2():
    l = []
    for i in range(1000):
        l.append(i)

def test3():
    l = [i for i in range(1000)]

def test4():
    l = list(range(1000))
```
下面我们来使用timeit模块来计算上述四种方式的平均运行时长是多少：
- timeit模块：该模块可以用来测试一段python代码的执行速度/时长。
- Timer类：该类是timeit模块中专门用于测量python代码的执行速度/时长的。原型为：class timeit.Timer(stmt=‘pass‘,setup=‘pass‘)。
- stmt参数：表示即将进行测试的代码块语句。
- setup：运行代码块语句时所需要的设置。
- timeit函数：timeit.Timer.timeit(number=100000),该函数返回代码块语句执行number次的平均耗时。
- 案例：
```
from timeit import Timer
#被测试的代码块
def func(n):
    sum = 0
    for i in range(0,100):
        sum += i
    print(sum)

if __name__ == "__main__":
    #参数2：因为参数1必须为字符串且表示的是即将被测试代码块函数的名字，因此参数2必须设置为执行参数1函数所需的设置
    t = Timer('func(10)','from __main__ import func')
    print(t.timeit(1000))
```

使用timeit模块来计算上述四种方式的平均运行时长是多少：

t1 = Timer("test1()", "from __main__ import test1")
print("concat ",t1.timeit(number=1000), "milliseconds")
t2 = Timer("test2()", "from __main__ import test2")
print("append ",t2.timeit(number=1000), "milliseconds")
t3 = Timer("test3()", "from __main__ import test3")
print("comprehension ",t3.timeit(number=1000), "milliseconds")
t4 = Timer("test4()", "from __main__ import test4")
print("list range ",t4.timeit(number=1000), "milliseconds")

concat  6.54352807999 milliseconds
append  0.306292057037 milliseconds
comprehension  0.147661924362 milliseconds
list range  0.0655000209808 milliseconds

注意：你上面看到的时间都是包括实际调用函数的一些开销，但我们可以假设函数调用开销在四种情况下是相同的，所以我们仍然得到的是有意义的比较。因此，拼接字符串操作需要 6.54 毫秒并不准确，而是拼接字符串这个函数需要 6.54 毫秒。你可以测试调用空函数所需要的时间，并从上面的数字中减去它。剩下的基于列表的其他操作大家也可以使用timeit进行平均耗时的测量计算。
- 列表的相关操作的方法都是被封装好的，我们没有必要对相关操作的底层算法时间进行分析，下面直接给出大家一张基于列表操作的时间复杂度的表，供大家参考：