„1000000000000000 diapazone (10000000000000001)“ efektyvumo supratimas Python 3

„1000000000000000 diapazone (10000000000000001)“ efektyvumo supratimas Python 3
„1000000000000000 diapazone (10000000000000001)“ efektyvumo supratimas Python 3
Arthur Petit
2024 m. liepos 15 d., pirmadienis 15:14:14

Atskleidžiamas Python diapazono efektyvumas

Išraiškos „10000000000000000 diapazone (1000000000000001)“ našumas Python 3 versijoje iš pirmo žvilgsnio gali būti gluminantis. Nors gali atrodyti, kad diapazono funkcijai patikrinti, ar yra toks didelis skaičius, reikia nemažai laiko, operacija atliekama beveik akimirksniu. Tai sukelia gilesnį klausimą apie vidinį Python diapazono objekto veikimą.

Priešingai nei tikėtasi, Python 3 diapazono funkcija nesugeneruoja visų skaičių nurodytame diapazone, todėl ji yra daug greitesnė nei rankiniu būdu įdiegtas diapazono generatorius. Šiame straipsnyje nagrinėjama, kodėl Python diapazono funkcija yra tokia efektyvi, ir pabrėžiamos pagrindinės ekspertų įžvalgos, paaiškinančios pagrindinius jos mechanizmus.

komandą apibūdinimas
range(start, end) Sugeneruoja nekintamą skaičių seką nuo pradžios iki pabaigos-1.
yield Naudojama apibrėžti generatoriaus funkciją, kuri grąžina iteratorių, kuris vienu metu duoda reikšmę.
in Tikrina narystę, t. y., ar elementas yra kartotinėje.
Py_ssize_t Duomenų tipas C, kurį Python naudoja objektų ir indeksų dydžiui apibrėžti.
printf() Funkcija C, naudojama spausdinti suformatuotą išvestį į standartinį išvesties srautą.
#include Išankstinio procesoriaus komanda C, kad įtrauktų failo ar bibliotekos turinį į programą.
Py_ssize_t val Apibrėžia Py_ssize_t tipo kintamąjį C, naudojamą indeksavimui ir dydžiui nustatyti.

Python diapazono funkcijos našumo supratimas

Pateiktas Python scenarijus parodo, kodėl išraiška „1000000000000000 in range(10000000000000001)“ vykdoma taip greitai. Svarbiausia yra naudoti range funkcija, kuri generuoja nekintamą skaičių seką, nesukuriant visų atmintyje esančių skaičių. Vietoj to, jis įvertina diapazoną naudodamas pradžios, pabaigos ir žingsnio reikšmes, todėl narystės testai panašūs in labai efektyvus. Scenarijus is_in_range funkcija greitai patikrina, ar skaičius yra nurodytame diapazone, naudodamas šį efektyvumą.

Kita vertus, pasirinktinio diapazono generatoriaus funkcija my_crappy_range naudoja a while kilpa ir yield generuoti skaičius po vieną, todėl dideliuose diapazonuose tai žymiai sulėtėja. Šis kontrastas pabrėžia „Python“ integruotą optimizavimą range funkcija, kuri atlieka nuolatinio laiko narystės patikras, skirtingai nuo linijinio laiko patikrų, kurių reikalauja pasirinktinis generatorius. C scenarijus tai dar labiau iliustruoja, įgyvendindamas panašų patikrinimą naudojant Py_ssize_t efektyviai tvarkyti dideles sveikųjų skaičių reikšmes, pabrėžiant Python optimizuotą žemesnio lygio diapazonų tvarkymą.

„Python“ diapazono funkcijos efektyvumo tyrimas

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))

Kodėl Python diapazono objektas yra ypač greitas

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;
}

Gilinkitės į Python diapazono funkcijų optimizavimą

Kitas spektaklio aspektas range Python 3 yra jos įgyvendinimas kaip sekos tipas. Skirtingai nuo Python 2 xrange, kuris yra generatorius, Python 3's range yra visavertė seka. Tai reiškia, kad ji palaiko efektyvias narystės testavimo, pjaustymo ir indeksavimo operacijas. Kai patikrinate, ar skaičius yra diapazone, naudodami in operatorius, Python nesikartoja per kiekvieną reikšmę. Vietoj to, jis atlieka aritmetinį patikrinimą pagal diapazono pradžios, pabaigos ir žingsnio parametrus. Šis aritmetinis metodas užtikrina, kad narystės tikrinimas būtų atliekamas pastoviu laiku, O(1).

Python diapazono objektas taip pat turi naudos iš kalbos dinaminio spausdinimo ir atminties valdymo. Pagrindinis C diegimas optimizuoja greitį ir atminties efektyvumą. Naudojant Python sveikųjų skaičių tipą, kuris gali apdoroti savavališkai dideles reikšmes, diapazono funkcija gali palaikyti itin dideles sekas nepakenkiant našumui. Vidinis C kodas naudoja optimizuotus algoritmus diapazono skaičiavimams ir narystės testams atlikti, todėl diapazono funkcija yra labai efektyvi tiek mažiems, tiek dideliems diapazonams.

Dažni klausimai apie Python diapazono funkcijos našumą

  1. Kaip veikia Python's range funkcija veikia viduje?
  2. Python'as range funkcija generuoja skaičius, naudodama pradžios, sustabdymo ir žingsnio reikšmes, todėl galima efektyviai tikrinti narystę negeneruojant visų atmintyje esančių skaičių.
  3. Kodėl yra in operatorius taip greitai su range?
  4. The in operatorius atlieka aritmetinį patikrinimą, užuot kartojęs kiekvieną reikšmę, todėl greitas dideliuose diapazonuose.
  5. Koks skirtumas tarp range Python 3 ir xrange Python 2?
  6. Python 3 versijoje range yra sekos objektas, o Python 2 xrange yra generatorius. Sekos objektas palaiko efektyvų narystės testavimą ir pjaustymą.
  7. Ar Python's range tvarkyti labai didelius skaičius?
  8. Taip, Python's range gali tvarkyti savavališkai didelius skaičius dėl Python dinaminio spausdinimo ir sveikųjų skaičių tipo, kuris palaiko dideles reikšmes.
  9. Kaip Python užtikrina atminties efektyvumą range?
  10. Python'as range atmintyje neišsaugo visų reikšmių. Jis apskaičiuoja reikšmes pagal poreikį, naudodamas pradžios, sustabdymo ir žingsnio parametrus, užtikrindamas atminties efektyvumą.
  11. Ar pasirinktinis diapazono generatorius yra lėtesnis nei Python range?
  12. Taip, pasirinktinio diapazono generatorius yra lėtesnis, nes generuoja kiekvieną reikšmę po vieną, o Python range atlieka efektyvius aritmetinius patikrinimus.
  13. Kodėl pjaustymas veikia naudojant Python's range?
  14. Python'as range palaiko pjaustymą, nes jis įdiegtas kaip sekos objektas, leidžiantis efektyviai pasiekti pogrupius.
  15. Kokie optimizavimai naudojami Python's range?
  16. Python'as range naudoja optimizuotus C kalbos algoritmus aritmetinėms operacijoms atlikti ir atminties valdymui, todėl tai yra greita ir efektyvi.

Paskutinės mintys apie Python diapazono našumą

Python diapazono funkcija išsiskiria išskirtiniu našumu tvarkant dideles sekas. Naudodamas aritmetinius patikrinimus ir optimizuotus algoritmus, jis gali efektyviai nustatyti narystę be papildomų išlaidų generuojant visas tarpines vertes. Šis dizainas ne tik taupo atmintį, bet ir užtikrina greitą vykdymą, todėl tai yra neįkainojamas įrankis kūrėjams, dirbantiems su dideliais skaitiniais diapazonais.