Python - создать список с начальной емкостью - PullRequest
166 голосов
/ 22 ноября 2008

Код, как это часто бывает:

l = []
while foo:
    #baz
    l.append(bar)
    #qux

Это очень медленно, если вы собираетесь добавлять тысячи элементов в свой список, поскольку размер списка будет постоянно изменяться, чтобы соответствовать новым элементам.

В Java вы можете создать ArrayList с начальной емкостью. Если у вас есть представление о том, насколько большим будет ваш список, это будет намного эффективнее.

Я понимаю, что подобный код часто может быть преобразован в понимание списка. Если цикл for / while очень сложен, это невозможно. Есть ли какой-нибудь эквивалент для нас, программистов на Python?

Ответы [ 9 ]

114 голосов
/ 23 ноября 2008
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

Результаты . (оцените каждую функцию 144 раза и усредните продолжительность)

simple append 0.0102
pre-allocate  0.0098

Заключение . Это едва имеет значение.

Преждевременная оптимизация - корень всего зла.

68 голосов
/ 23 ноября 2008

Списки Python не имеют встроенного предварительного выделения. Если вам действительно нужно составить список, и вам нужно избежать дополнительных затрат на добавление (и вы должны убедиться, что вы это делаете), вы можете сделать это:

l = [None] * 1000 # Make a list of 1000 None's
for i in xrange(1000):
    # baz
    l[i] = bar
    # qux

Возможно, вы могли бы избежать списка, используя вместо этого генератор:

def my_things():
    while foo:
        #baz
        yield bar
        #qux

for thing in my_things():
    # do something with thing

Таким образом, список хранится не в памяти, а просто генерируется по мере необходимости.

43 голосов
/ 04 апреля 2011

Короткая версия: используйте

pre_allocated_list = [None] * size

для предварительного выделения списка (то есть, чтобы иметь возможность обращаться к элементам 'size' списка вместо постепенного формирования списка путем добавления). Эта операция очень быстрая, даже в больших списках. Выделение новых объектов, которые впоследствии будут назначены элементам списка, займет НАМНОГО дольше и станет ПРЕКРАСНЫМ узким местом в вашей программе с точки зрения производительности.

Длинная версия:

Я думаю, что время инициализации должно быть принято во внимание. Поскольку в python все является ссылкой, не имеет значения, устанавливаете ли вы каждый элемент в None или в какую-либо строку - в любом случае, это всего лишь ссылка. Хотя это займет больше времени, если вы хотите создать новый объект для каждого элемента для ссылки.

Для 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()

Оценка:

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] = ()

Как видите, создание большого списка ссылок на один и тот же объект None занимает очень мало времени.

Для добавления или расширения требуется больше времени (я ничего не усреднял, но после нескольких попыток могу сказать, что расширение и добавление занимают примерно одно и то же время).

Выделение нового объекта для каждого элемента - это то, что занимает больше всего времени. И ответ С. Лотта делает это - каждый раз форматирует новую строку. Что не является обязательным требованием - если вы хотите предварительно выделить некоторое пространство, просто составьте список None, а затем назначьте данные элементам списка по желанию. В любом случае для создания данных требуется больше времени, чем для добавления / расширения списка, независимо от того, генерируете ли вы его при создании списка или после него. Но если вы хотите малонаселенный список, то начинать со списка None определенно быстрее.

22 голосов
/ 12 июня 2014

Pythonic способ для этого:

x = [None] * numElements

или любое другое значение по умолчанию, с которым вы хотите подготовиться, например,

bottles = [Beer()] * 99
sea = [Fish()] * many
vegetarianPizzas = [None] * peopleOrderingPizzaNotQuiche

[РЕДАКТИРОВАТЬ: Caveat Emptor Синтаксис [Beer()] * 99 создает one Beer и затем заполняет массив 99 ссылками на один и тот же экземпляр]

Подход Python по умолчанию может быть довольно эффективным, хотя эта эффективность уменьшается по мере увеличения количества элементов.

Сравните

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)

с

#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);
}

На моем Windows 7 i7 64-битный Python выдает

Elements: 100000, Iterations: 144
doAppend: 3587.204933ms
doAllocate: 2701.154947ms
doGenerator: 1721.098185ms

В то время как C ++ дает (построено с MSVC, 64-бит, оптимизация включена)

Elements: 100000, Iterations: 144
doAppend: 74.0042ms
doReserve: 27.0015ms
doAllocate: 5.0003ms

Отладочная сборка C ++ выдает:

Elements: 100000, Iterations: 144
doAppend: 2166.12ms
doReserve: 2082.12ms
doAllocate: 273.016ms

Дело в том, что с Python вы можете добиться повышения производительности на 7-8%, и если вы думаете, что пишете высокопроизводительное приложение (или если вы пишете что-то, что используется в веб-сервисе или что-то) тогда об этом не нужно шпионить, но вам, возможно, придется пересмотреть свой выбор языка.

Кроме того, код Python здесь не совсем код Python. Переход на действительно Pythonesque код здесь дает лучшую производительность:

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)

Что дает

Elements: 100000, Iterations: 144
doAppend: 2153.122902ms
doAllocate: 1346.076965ms
doGenerator: 1614.092112ms

(в 32-битном doGenerator работает лучше, чем doAllocate).

Здесь разрыв между doAppend и doAllocate значительно больше.

Очевидно, что различия здесь действительно применяются, только если вы делаете это более чем несколько раз или если вы делаете это в сильно загруженной системе, где эти числа будут уменьшены на порядки или если вы имеют дело со значительно большими списками.

Смысл здесь: сделайте это питонским способом для лучшей производительности.

Но если вас беспокоит общая производительность на высоком уровне, Python - не тот язык. Наиболее фундаментальная проблема заключается в том, что вызовы функций Python традиционно были в 300 раз медленнее, чем в других языках, благодаря таким функциям Python, как декораторы и т. Д.

8 голосов
/ 12 января 2017

Как уже упоминалось, самый простой способ предварительно заполнить список с NoneType объектами.

При этом вы должны понять, как на самом деле работают списки Python, прежде чем решить, что это необходимо. В реализации списка в CPython базовый массив всегда создается с пространством служебных данных, с постепенно увеличивающимися размерами ( 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), поэтому изменение размера списка происходит не так часто.

Из-за этого поведения большинство list.append() функций имеют сложность O(1) для сложений, только увеличивая сложность при пересечении одной из этих границ, и в этот момент сложность будет O(n). Именно это ведет к минимальному увеличению времени выполнения в ответе С. Лотта.

Источник: http://www.laurentluce.com/posts/python-list-implementation/

4 голосов
/ 21 октября 2009

Я запустил код @ s.lott и произвел такое же увеличение производительности на 10%, предварительно выделив. попробовал идею @ jeremy, используя генератор, и смог лучше понять характеристики генов, чем у doAllocate. Для моего проекта улучшение на 10% имеет значение, так что спасибо всем, так как это помогает куче.

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
3 голосов
/ 30 июля 2014

Опасения по поводу предварительного выделения в Python возникают, если вы работаете с numpy, который имеет больше C-подобных массивов. В этом случае проблемы, связанные с предварительным распределением, касаются формы данных и значения по умолчанию.

Если вы занимаетесь числовыми вычислениями в огромных списках и хотите повысить производительность, подумайте о numpy.

0 голосов
/ 27 октября 2016

Для некоторых приложений словарь может быть тем, что вы ищете. Например, в методе find_totient мне было удобнее использовать словарь, поскольку у меня не было нулевого индекса.

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])

Эту проблему также можно решить с помощью предварительно выделенного списка:

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])

Я чувствую, что это не так элегантно и подвержено ошибкам, потому что я храню None, который может вызвать исключение, если я их случайно использую неправильно, и потому что мне нужно подумать о крайних случаях, которых карта позволяет мне избежать. 1007 *

Да, словарь не будет таким эффективным, но, как отмечали другие, небольшие различия в скорости не всегда стоят значительных рисков обслуживания.

0 голосов
/ 23 ноября 2008

Насколько я понимаю, списки Python уже очень похожи на ArrayLists. Но если вы хотите настроить эти параметры, я нашел этот пост в сети, который может быть интересным (в основном, просто создайте свое собственное расширение ScalableList):

http://mail.python.org/pipermail/python-list/2000-May/035082.html

Добро пожаловать на сайт PullRequest, где вы можете задавать вопросы и получать ответы от других членов сообщества.
...