Comprendre l'eficiència de "1000000000000000 en el rang (1000000000000001)" a Python 3

Comprendre l'eficiència de 1000000000000000 en el rang (1000000000000001) a Python 3
Comprendre l'eficiència de 1000000000000000 en el rang (1000000000000001) a Python 3
Arthur Petit
Dilluns, 15 de juliol de 2024 a les 14:32:06

Presentant l'eficiència del rang de Python

El rendiment de l'expressió "1000000000000000 en el rang (1000000000000001)" a Python 3 pot resultar desconcertant a primera vista. Tot i que pot semblar que la funció de rang hauria de trigar un temps considerable a comprovar si hi ha un nombre tan gran, l'operació és gairebé instantània. Això condueix a una pregunta més profunda sobre el funcionament intern de l'objecte de rang de Python.

Contràriament a les expectatives, la funció d'interval de Python 3 no genera tots els números dins de l'interval especificat, la qual cosa la fa molt més ràpida que un generador d'interval implementat manualment. Aquest article explora per què la funció de rang de Python és tan eficient i destaca les idees clau dels experts per explicar els seus mecanismes subjacents.

Comandament Descripció
range(start, end) Genera una seqüència immutable de nombres des del principi fins al final-1.
yield S'utilitza per definir una funció generadora que retorna un iterador que produeix un valor alhora.
in Comprova la pertinença, és a dir, si hi ha un element en un iterable.
Py_ssize_t Tipus de dades en C utilitzat per Python per definir la mida d'objectes i índexs.
printf() Funció en C que s'utilitza per imprimir la sortida amb format al flux de sortida estàndard.
#include Ordre del preprocessador en C per incloure el contingut d'un fitxer o biblioteca al programa.
Py_ssize_t val Defineix una variable de tipus Py_ssize_t en C, utilitzada per a la indexació i la mida.

Entendre el rendiment de la funció de rang de Python

L'script de Python proporcionat demostra per què l'expressió "1000000000000000 en el rang (1000000000000001)" s'executa tan ràpidament. La clau és l'ús del range funció, que genera una seqüència immutable de nombres sense crear tots els nombres a la memòria. En lloc d'això, avalua l'interval utilitzant valors d'inici, aturada i pas, fent que les proves de pertinença siguin com in molt eficient. El guió is_in_range La funció comprova ràpidament si un nombre es troba dins d'un interval especificat aprofitant aquesta eficiència.

D'altra banda, la funció de generador de rang personalitzat my_crappy_range utilitza a while bucle i yield per generar números un per un, fent-lo significativament més lent per a grans intervals. Aquest contrast destaca l'optimització integrada a Python range funció, que realitza comprovacions de pertinença en temps constant, a diferència de les comprovacions en temps lineal requerides pel generador personalitzat. L'script C il·lustra encara més això mitjançant la implementació d'una comprovació similar Py_ssize_t per gestionar els valors enters grans de manera eficient, posant èmfasi en el maneig optimitzat dels intervals de Python a un nivell inferior.

Explorant l'eficiència de la funció de rang de Python

Python 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))

Per què l'objecte de rang de Python és extremadament ràpid

C

#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;
}

Aprofundir en l'optimització de funcions de rang de Python

Un altre aspecte de l'actuació de range a Python 3 és la seva implementació com a tipus de seqüència. A diferència de Python 2 xrange, que és un generador, Python 3 range és una seqüència en tota regla. Això vol dir que admet operacions eficients de prova de pertinença, tall i indexació. Quan comproveu si un número es troba dins d'un interval mitjançant el botó in operador, Python no itera cada valor. En lloc d'això, realitza una comprovació aritmètica basada en els paràmetres d'inici, parada i pas de l'interval. Aquest enfocament aritmètic garanteix que les proves de pertinença es facin en temps constant, O(1).

L'objecte de rang de Python també es beneficia de l'escriptura dinàmica i la gestió de la memòria del llenguatge. La implementació subjacent en C optimitza tant la velocitat com l'eficiència de la memòria. Aprofitant el tipus d'enter de Python, que pot gestionar valors arbitràriament grans, la funció de rang pot suportar seqüències extremadament grans sense comprometre el rendiment. El codi C intern utilitza algorismes optimitzats per realitzar càlculs d'interval i proves de pertinença, fent que la funció d'interval sigui molt eficient tant per a intervals petits com grans.

Preguntes habituals sobre el rendiment de la funció de rang de Python

  1. Com funciona Python range funció funciona internament?
  2. De Python range La funció genera números sobre la marxa utilitzant valors d'inici, parada i pas, la qual cosa permet fer proves de pertinença eficients sense generar tots els números a la memòria.
  3. Per què és el in operador tan ràpid amb range?
  4. El in L'operador realitza una comprovació aritmètica en lloc d'iterar a través de cada valor, cosa que fa que sigui ràpid per a intervals grans.
  5. Quina és la diferència entre range en Python 3 i xrange a Python 2?
  6. A Python 3, range és un objecte de seqüència, mentre que a Python 2, xrange és un generador. L'objecte de seqüència admet proves de pertinença i talls eficients.
  7. Can Python's range manejar nombres molt grans?
  8. Sí, de Python range pot gestionar nombres arbitràriament grans a causa de l'escriptura dinàmica de Python i el tipus d'enter que admet valors grans.
  9. Com garanteix Python l'eficiència de la memòria range?
  10. De Python range no emmagatzema tots els valors a la memòria. Calcula valors a demanda mitjançant paràmetres d'inici, parada i pas, assegurant l'eficiència de la memòria.
  11. El generador de rang personalitzat és més lent que el de Python range?
  12. Sí, un generador de rang personalitzat és més lent perquè genera cada valor un per un, mentre que el de Python range realitza comprovacions aritmètiques eficients.
  13. Per què el tall funciona amb Python? range?
  14. De Python range admet el tall perquè s'implementa com un objecte de seqüència, permetent un accés eficient als subintervals.
  15. Quines optimitzacions s'utilitzen en Python range?
  16. De Python range utilitza algorismes optimitzats en C per gestionar les operacions aritmètiques i la gestió de la memòria, fent-ho ràpid i eficient.

Consideracions finals sobre el rendiment del rang de Python

La funció de rang de Python destaca pel seu rendiment excepcional a l'hora de manejar seqüències grans. Aprofitant comprovacions aritmètiques i algorismes optimitzats, pot determinar de manera eficient la pertinença sense la sobrecàrrega de generar tots els valors intermedis. Aquest disseny no només estalvia memòria, sinó que també garanteix una execució ràpida, cosa que el converteix en una eina inestimable per als desenvolupadors que tracten amb rangs numèrics extensos.