Memahami Efisiensi "1000000000000000 dalam rentang (1000000000000001)" dengan Python 3

Mengungkap Efisiensi Jangkauan Python

Kinerja ekspresi "1000000000000000 dalam rentang (1000000000000001)" di Python 3 dapat membingungkan pada pandangan pertama. Meskipun tampaknya fungsi jangkauan memerlukan waktu yang cukup lama untuk memeriksa jumlah yang begitu besar, pengoperasiannya hampir seketika. Hal ini mengarah pada pertanyaan yang lebih dalam tentang cara kerja internal objek range Python.

Bertentangan dengan ekspektasi, fungsi rentang Python 3 tidak menghasilkan semua angka dalam rentang yang ditentukan, sehingga jauh lebih cepat daripada generator rentang yang diterapkan secara manual. Artikel ini mengeksplorasi mengapa fungsi rentang Python sangat efisien dan menyoroti wawasan penting dari para ahli untuk menjelaskan mekanisme yang mendasarinya.

Memerintah	Keterangan
range(start, end)	Menghasilkan urutan angka yang tidak dapat diubah dari awal hingga akhir-1.
yield	Digunakan untuk mendefinisikan fungsi generator yang mengembalikan iterator yang menghasilkan nilai pada suatu waktu.
in	Memeriksa keanggotaan, yaitu jika suatu elemen ada dalam iterable.
Py_ssize_t	Tipe data dalam C yang digunakan oleh Python untuk menentukan ukuran objek dan indeks.
printf()	Fungsi di C digunakan untuk mencetak keluaran yang diformat ke aliran keluaran standar.
#include	Perintah praprosesor di C untuk memasukkan konten file atau perpustakaan ke dalam program.
Py_ssize_t val	Mendefinisikan variabel bertipe Py_ssize_t di C, digunakan untuk pengindeksan dan ukuran.

Memahami Kinerja Fungsi Rentang Python

Skrip Python yang disediakan menunjukkan mengapa ekspresi "1000000000000000 dalam rentang(1000000000000001)" dijalankan begitu cepat. Kuncinya adalah penggunaan fungsi, yang menghasilkan urutan angka yang tidak dapat diubah tanpa membuat semua angka di memori. Sebaliknya, ia mengevaluasi rentang menggunakan nilai mulai, berhenti, dan langkah, sehingga membuat pengujian keanggotaan menjadi seperti itu sangat efisien. Naskahnya fungsi dengan cepat memeriksa apakah suatu angka berada dalam kisaran tertentu dengan memanfaatkan efisiensi ini.

Di sisi lain, fungsi generator jangkauan khusus menggunakan a lingkaran dan untuk menghasilkan angka satu per satu, membuatnya jauh lebih lambat untuk rentang yang luas. Kontras ini menyoroti pengoptimalan yang dibangun dalam Python range fungsi, yang melakukan pemeriksaan keanggotaan waktu konstan, tidak seperti pemeriksaan waktu linier yang diperlukan oleh generator khusus. Skrip C lebih lanjut mengilustrasikan hal ini dengan menerapkan pemeriksaan serupa menggunakan untuk menangani nilai bilangan bulat besar secara efisien, menekankan penanganan rentang yang dioptimalkan oleh Python di tingkat yang lebih rendah.

# 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))

#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;
}

Menggali Lebih Dalam Optimasi Fungsi Rentang Python

Aspek lain dari kinerja di Python 3 adalah implementasinya sebagai tipe urutan. Berbeda dengan Python 2 , yang merupakan generator, Python 3 adalah urutan penuh. Artinya, ini mendukung operasi pengujian, pemotongan, dan pengindeksan keanggotaan yang efisien. Saat Anda memeriksa apakah suatu nomor berada dalam rentang menggunakan in operator, Python tidak mengulangi setiap nilai. Sebaliknya, ia melakukan pemeriksaan aritmatika berdasarkan parameter mulai, berhenti, dan langkah dari rentang tersebut. Pendekatan aritmatika ini memastikan bahwa pengujian keanggotaan dilakukan dalam waktu yang konstan, O(1).

Objek rentang Python juga mendapat manfaat dari pengetikan dinamis dan manajemen memori bahasa tersebut. Implementasi yang mendasari di C mengoptimalkan kecepatan dan efisiensi memori. Dengan memanfaatkan tipe integer Python, yang dapat menangani nilai besar secara sewenang-wenang, fungsi range dapat mendukung urutan yang sangat besar tanpa mengurangi performa. Kode C internal menggunakan algoritme yang dioptimalkan untuk melakukan penghitungan rentang dan pengujian keanggotaan, menjadikan fungsi rentang sangat efisien untuk rentang kecil dan besar.

1. Bagaimana Python fungsi bekerja secara internal?
2. ular piton fungsi menghasilkan angka dengan cepat menggunakan nilai mulai, berhenti, dan langkah, memungkinkan pengujian keanggotaan yang efisien tanpa menghasilkan semua angka di memori.
3. Mengapa operator begitu cepat dengan ?
4. Itu operator melakukan pemeriksaan aritmatika alih-alih mengulangi setiap nilai, yang membuatnya cepat untuk rentang yang besar.
5. Apa perbedaan antara dalam Python 3 dan di Python 2?
6. Dalam Python 3, adalah objek urutan, sedangkan di Python 2, adalah generator. Objek sequence mendukung pengujian dan pemotongan keanggotaan yang efisien.
7. Bisakah Python menangani jumlah yang sangat besar?
8. Ya, Python dapat menangani angka besar secara sewenang-wenang karena pengetikan dinamis Python dan tipe integer yang mendukung nilai besar.
9. Bagaimana Python memastikan efisiensi memori dengan ?
10. ular piton tidak menyimpan semua nilai dalam memori. Ini menghitung nilai sesuai permintaan menggunakan parameter mulai, berhenti, dan langkah, memastikan efisiensi memori.
11. Apakah generator rentang khusus lebih lambat dari Python ?
12. Ya, generator rentang khusus lebih lambat karena menghasilkan setiap nilai satu per satu, sedangkan generator Python melakukan pemeriksaan aritmatika yang efisien.
13. Mengapa mengiris berfungsi dengan Python ?
14. ular piton mendukung pemotongan karena diimplementasikan sebagai objek urutan, memungkinkan akses efisien ke sub-rentang.
15. Optimasi apa yang digunakan dalam Python ?
16. ular piton menggunakan algoritma yang dioptimalkan dalam C untuk menangani operasi aritmatika dan manajemen memori, menjadikannya cepat dan efisien.

Fungsi range Python menonjol karena kinerjanya yang luar biasa saat menangani rangkaian besar. Dengan memanfaatkan pemeriksaan aritmatika dan algoritme yang dioptimalkan, sistem ini dapat menentukan keanggotaan secara efisien tanpa perlu mengeluarkan semua nilai perantara. Desain ini tidak hanya menghemat memori tetapi juga memastikan eksekusi yang cepat, menjadikannya alat yang sangat berharga bagi pengembang yang menangani rentang numerik yang luas.