![فهم كفاءة 100000000000000 في النطاق (1000000000000001) في Python 3](https://www.tempmail.us.com/images/ce/cec58cb25c1408cf267bec24da082c2a-836px.webp/%D9%81%D9%87%D9%85-%D9%83%D9%81%D8%A7%D8%A1%D8%A9-100000000000000-%D9%81%D9%8A-%D8%A7%D9%84%D9%86%D8%B7%D8%A7%D9%82-1000000000000001-%D9%81%D9%8A-python-3-836px.webp)
الكشف عن كفاءة نطاق بايثون
قد يكون أداء التعبير "1000000000000000 في النطاق (1000000000000001)" في Python 3 محيرًا للوهلة الأولى. على الرغم من أنه قد يبدو أن دالة النطاق يجب أن تستغرق وقتًا طويلاً للتحقق من هذا العدد الكبير، إلا أن العملية تتم بشكل فوري تقريبًا. يؤدي هذا إلى سؤال أعمق حول طريقة العمل الداخلية لكائن نطاق بايثون.
على عكس التوقعات، لا تقوم وظيفة النطاق في Python 3 بإنشاء جميع الأرقام ضمن النطاق المحدد، مما يجعلها أسرع بكثير من مولد النطاق الذي يتم تنفيذه يدويًا. تستكشف هذه المقالة سبب كفاءة وظيفة النطاق في بايثون وتسلط الضوء على الأفكار الأساسية من الخبراء لشرح آلياتها الأساسية.
يأمر | وصف |
---|---|
range(start, end) | يولد تسلسلًا غير قابل للتغيير من الأرقام من البداية إلى النهاية 1. |
yield | يُستخدم لتحديد دالة المولد التي تُرجع مكررًا ينتج عنه قيمة في المرة الواحدة. |
in | التحقق من العضوية، أي ما إذا كان هناك عنصر موجود في عنصر قابل للتكرار. |
Py_ssize_t | نوع البيانات في لغة C الذي تستخدمه Python لتحديد حجم الكائنات والمؤشرات. |
printf() | وظيفة في لغة C تُستخدم لطباعة المخرجات المنسقة إلى دفق الإخراج القياسي. |
#include | أمر المعالج المسبق في لغة C لتضمين محتويات ملف أو مكتبة في البرنامج. |
Py_ssize_t val | يحدد متغيرًا من النوع Py_ssize_t في لغة C، يُستخدم للفهرسة والتحجيم. |
فهم أداء دالة النطاق في بايثون
يوضح نص Python المقدم سبب تنفيذ التعبير "1000000000000000 في النطاق (1000000000000001)" بهذه السرعة. والمفتاح هو استخدام range وظيفة تولد تسلسلاً غير قابل للتغيير من الأرقام دون إنشاء جميع الأرقام في الذاكرة. وبدلاً من ذلك، يقوم بتقييم النطاق باستخدام قيم البداية والتوقف والخطوة، مما يجعل اختبارات العضوية متشابهة in فعال جدا. البرنامج النصي is_in_range تتحقق الوظيفة بسرعة مما إذا كان الرقم ضمن نطاق محدد من خلال الاستفادة من هذه الكفاءة.
من ناحية أخرى، وظيفة مولد النطاق المخصص my_crappy_range يستخدم أ while حلقة و yield لتوليد الأرقام واحدًا تلو الآخر، مما يجعلها أبطأ بشكل ملحوظ بالنسبة للنطاقات الكبيرة. يسلط هذا التباين الضوء على التحسين المدمج في لغة بايثون range الوظيفة، التي تقوم بإجراء عمليات فحص العضوية في وقت ثابت، على عكس عمليات فحص الوقت الخطي التي يتطلبها المولد المخصص. يوضح البرنامج النصي C ذلك أيضًا من خلال إجراء فحص مماثل باستخدام Py_ssize_t للتعامل مع القيم الصحيحة الكبيرة بكفاءة، مع التركيز على معالجة بايثون الأمثل للنطاقات عند المستوى الأدنى.
استكشاف كفاءة وظيفة النطاق في بايثون
بايثون 3
# Python script to demonstrate why 1000000000000000 in range(1000000000000001) is fast
def is_in_range(val, start, end):
"""Check if a value is in the specified range."""
return val in range(start, end)
# Test the function
print(is_in_range(1000000000000000, 0, 1000000000000001))
# Custom range generator for comparison
def my_crappy_range(N):
i = 0
while i < N:
yield i
i += 1
# Test the custom range generator
print(1000000000000000 in my_crappy_range(1000000000000001))
لماذا كائن نطاق بايثون سريع للغاية
ج
#include <Python.h>
#include <stdbool.h>
bool is_in_range(Py_ssize_t val, Py_ssize_t start, Py_ssize_t end) {
return val >= start && val < end;
}
int main() {
Py_ssize_t val = 1000000000000000;
Py_ssize_t start = 0;
Py_ssize_t end = 1000000000000001;
if (is_in_range(val, start, end)) {
printf("Value is in range\\n");
} else {
printf("Value is not in range\\n");
}
return 0;
}
التعمق في تحسين وظيفة النطاق في بايثون
جانب آخر من أداء range في Python 3 يتم تنفيذه كنوع تسلسل. على عكس بايثون 2 xrange، وهو منشئ بايثون 3 range هو تسلسل كامل. وهذا يعني أنه يدعم عمليات اختبار العضوية والتقسيم والفهرسة الفعالة. عند التحقق مما إذا كان الرقم ضمن نطاق باستخدام in عامل التشغيل، لا تتكرر Python من خلال كل قيمة. وبدلاً من ذلك، يقوم بإجراء فحص حسابي استنادًا إلى معلمات البداية والتوقف والخطوة الخاصة بالنطاق. ويضمن هذا النهج الحسابي إجراء اختبار العضوية في وقت ثابت، O(1).
يستفيد كائن نطاق Python أيضًا من الكتابة الديناميكية للغة وإدارة الذاكرة. يعمل التنفيذ الأساسي في لغة C على تحسين السرعة وكفاءة الذاكرة. من خلال الاستفادة من نوع الأعداد الصحيحة في بايثون، والذي يمكنه التعامل مع القيم الكبيرة بشكل تعسفي، يمكن لوظيفة النطاق أن تدعم تسلسلات كبيرة للغاية دون المساس بالأداء. يستخدم كود C الداخلي خوارزميات محسنة لإجراء حسابات النطاق واختبارات العضوية، مما يجعل وظيفة النطاق فعالة للغاية لكل من النطاقات الصغيرة والكبيرة.
أسئلة شائعة حول أداء دالة النطاق في بايثون
- كيف بايثون range وظيفة العمل داخليا؟
- بايثون range تقوم الوظيفة بإنشاء أرقام سريعة باستخدام قيم البداية والتوقف والخطوة، مما يسمح باختبار العضوية بكفاءة دون إنشاء جميع الأرقام في الذاكرة.
- لماذا هو in المشغل سريع جدًا مع range؟
- ال in يقوم المشغل بإجراء فحص حسابي بدلاً من تكرار كل قيمة، مما يجعله سريعًا للنطاقات الكبيرة.
- ماهو الفرق بين range في بيثون 3 و xrange في بايثون 2؟
- في بايثون 3، range هو كائن تسلسل، بينما في بيثون 2، xrange هو مولد. يدعم كائن التسلسل اختبار العضوية وتقطيعها بكفاءة.
- يمكن لبايثون range التعامل مع أعداد كبيرة جدا؟
- نعم بايثون range يمكنه التعامل مع الأعداد الكبيرة بشكل تعسفي بسبب الكتابة الديناميكية في Python ونوع الأعداد الصحيحة الذي يدعم القيم الكبيرة.
- كيف تضمن بايثون كفاءة الذاكرة؟ range؟
- بايثون range لا يخزن كافة القيم في الذاكرة. فهو يحسب القيم حسب الطلب باستخدام معلمات البداية والتوقف والخطوة، مما يضمن كفاءة الذاكرة.
- هل مولد النطاق المخصص أبطأ من مولد بايثون range؟
- نعم، منشئ النطاق المخصص أبطأ لأنه يولد كل قيمة واحدة تلو الأخرى، بينما مولد النطاق المخصص في بايثون range ينفذ اختبارات حسابية فعالة.
- لماذا يعمل التقطيع مع بايثون؟ range؟
- بايثون range يدعم التقطيع لأنه يتم تنفيذه ككائن تسلسلي، مما يسمح بالوصول الفعال إلى النطاقات الفرعية.
- ما هي التحسينات المستخدمة في Python range؟
- بايثون range يستخدم خوارزميات محسنة في لغة C للتعامل مع العمليات الحسابية وإدارة الذاكرة، مما يجعلها سريعة وفعالة.
الأفكار النهائية حول أداء نطاق بايثون
تتميز دالة النطاق في Python بأدائها الاستثنائي عند التعامل مع تسلسلات كبيرة. ومن خلال الاستفادة من عمليات الفحص الحسابي والخوارزميات المحسنة، يمكنها تحديد العضوية بكفاءة دون تحمل تكاليف إنشاء جميع القيم المتوسطة. لا يوفر هذا التصميم الذاكرة فحسب، بل يضمن أيضًا التنفيذ السريع، مما يجعله أداة لا تقدر بثمن للمطورين الذين يتعاملون مع نطاقات رقمية واسعة النطاق.