Comprendre l'efficacité de "1000000000000000 dans la plage (1000000000000001)" dans Python 3

Comprendre l'efficacité de 1000000000000000 dans la plage (1000000000000001) dans Python 3
Comprendre l'efficacité de 1000000000000000 dans la plage (1000000000000001) dans Python 3
Arthur Petit
Lundi 15 juillet 2024 à 14:23:09

Dévoilement de l'efficacité de la gamme Python

Les performances de l'expression « 1000000000000000 in range(10000000000000001) » dans Python 3 peuvent être déroutantes à première vue. Bien qu'il puisse sembler que la fonction de plage prenne un temps considérable pour vérifier un nombre aussi grand, l'opération est presque instantanée. Cela conduit à une question plus profonde sur le fonctionnement interne de l'objet range de Python.

Contrairement aux attentes, la fonction range de Python 3 ne génère pas tous les nombres dans la plage spécifiée, ce qui la rend beaucoup plus rapide qu'un générateur de plage implémenté manuellement. Cet article explore pourquoi la fonction range de Python est si efficace et met en évidence les principales idées d'experts pour expliquer ses mécanismes sous-jacents.

Commande Description
range(start, end) Génère une séquence immuable de nombres du début à la fin-1.
yield Utilisé pour définir une fonction génératrice qui renvoie un itérateur qui génère une valeur à la fois.
in Vérifie l'appartenance, c'est-à-dire si un élément est présent dans un itérable.
Py_ssize_t Type de données en C utilisé par Python pour définir la taille des objets et des indices.
printf() Fonction en C utilisée pour imprimer une sortie formatée sur le flux de sortie standard.
#include Commande de préprocesseur en C pour inclure le contenu d'un fichier ou d'une bibliothèque dans le programme.
Py_ssize_t val Définit une variable de type Py_ssize_t en C, utilisée pour l'indexation et le dimensionnement.

Comprendre les performances de la fonction Range de Python

Le script Python fourni montre pourquoi l'expression « 1000000000000000 in range(1000000000000001) » s'exécute si rapidement. La clé est l'utilisation du range fonction, qui génère une séquence immuable de nombres sans créer tous les nombres en mémoire. Au lieu de cela, il évalue la plage en utilisant les valeurs de début, d'arrêt et d'étape, effectuant des tests d'appartenance comme in très efficace. Le script is_in_range La fonction vérifie rapidement si un nombre se trouve dans une plage spécifiée en tirant parti de cette efficacité.

D'autre part, la fonction de générateur de plage personnalisée my_crappy_range utilise un while boucle et yield pour générer des nombres un par un, ce qui le rend considérablement plus lent pour les grandes plages. Ce contraste met en évidence l'optimisation intégrée à Python range fonction, qui effectue des vérifications d'appartenance en temps constant, contrairement aux vérifications en temps linéaire requises par le générateur personnalisé. Le script C illustre cela en implémentant une vérification similaire en utilisant Py_ssize_t pour gérer efficacement les grandes valeurs entières, en mettant l'accent sur la gestion optimisée des plages par Python à un niveau inférieur.

Explorer l'efficacité de la fonction Range de Python

Python3

# 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))

Pourquoi l'objet Range de Python est extrêmement rapide

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;
}

Approfondir l'optimisation des fonctions de plage de Python

Un autre aspect de la performance de range dans Python 3 est son implémentation en tant que type séquence. Contrairement à Python 2 xrange, qui est un générateur, celui de Python 3 range est une séquence à part entière. Cela signifie qu’il prend en charge des opérations efficaces de test d’adhésion, de découpage et d’indexation. Lorsque vous vérifiez si un nombre se trouve dans une plage à l'aide de la touche in opérateur, Python ne parcourt pas chaque valeur. Au lieu de cela, il effectue une vérification arithmétique basée sur les paramètres de démarrage, d'arrêt et d'étape de la plage. Cette approche arithmétique garantit que les tests d'appartenance sont effectués en temps constant, O(1).

L'objet range de Python bénéficie également du typage dynamique et de la gestion de la mémoire du langage. L'implémentation sous-jacente en C optimise à la fois la vitesse et l'efficacité de la mémoire. En tirant parti du type entier de Python, qui peut gérer des valeurs arbitrairement grandes, la fonction range peut prendre en charge des séquences extrêmement volumineuses sans compromettre les performances. Le code C interne utilise des algorithmes optimisés pour effectuer des calculs de plage et des tests d'appartenance, ce qui rend la fonction de plage très efficace pour les petites et grandes plages.

Questions courantes sur les performances de la fonction Range de Python

  1. Comment Python range la fonction fonctionne-t-elle en interne ?
  2. Python range La fonction génère des nombres à la volée en utilisant les valeurs de démarrage, d'arrêt et de pas, permettant des tests d'adhésion efficaces sans générer tous les nombres en mémoire.
  3. Pourquoi est-ce que in opérateur si vite avec range?
  4. Le in L'opérateur effectue une vérification arithmétique au lieu de parcourir chaque valeur, ce qui la rend rapide pour les grandes plages.
  5. Quelle est la différence entre range en Python 3 et xrange en Python 2 ?
  6. En Python 3, range est un objet séquence, alors qu'en Python 2, xrange est un générateur. L’objet séquence prend en charge des tests d’adhésion et un découpage efficaces.
  7. Python peut-il range gérer de très grands nombres ?
  8. Oui, Python range peut gérer des nombres arbitrairement grands en raison du typage dynamique de Python et du type entier qui prend en charge les grandes valeurs.
  9. Comment Python garantit-il l'efficacité de la mémoire avec range?
  10. Python range ne stocke pas toutes les valeurs en mémoire. Il calcule les valeurs à la demande à l'aide des paramètres de démarrage, d'arrêt et d'étape, garantissant ainsi l'efficacité de la mémoire.
  11. Le générateur de plage personnalisé est-il plus lent que celui de Python range?
  12. Oui, un générateur de plage personnalisé est plus lent car il génère chaque valeur une par une, alors que celui de Python range effectue des contrôles arithmétiques efficaces.
  13. Pourquoi le découpage fonctionne-t-il avec Python range?
  14. Les Pythons range prend en charge le découpage car il est implémenté en tant qu’objet séquence, permettant un accès efficace aux sous-plages.
  15. Quelles optimisations sont utilisées dans Python range?
  16. Les Pythons range utilise des algorithmes optimisés en C pour gérer les opérations arithmétiques et la gestion de la mémoire, ce qui le rend rapide et efficace.

Réflexions finales sur les performances de la gamme Python

La fonction range de Python se distingue par ses performances exceptionnelles lors du traitement de grandes séquences. En tirant parti des contrôles arithmétiques et des algorithmes optimisés, il peut déterminer efficacement l’adhésion sans avoir à générer toutes les valeurs intermédiaires. Cette conception permet non seulement d'économiser de la mémoire, mais garantit également une exécution rapide, ce qui en fait un outil précieux pour les développeurs travaillant avec des plages numériques étendues.