![Inzicht in de efficiëntie van 1000000000000000 binnen bereik (1000000000000001) in Python 3](https://www.tempmail.us.com/images/ce/cec58cb25c1408cf267bec24da082c2a-836px.webp/inzicht-in-de-efficientie-van-1000000000000000-binnen-bereik-1000000000000001-in-python-3-836px.webp)
Onthulling van de bereikefficiëntie van Python
De uitvoering van de uitdrukking "1000000000000000 binnen bereik (1000000000000001)" in Python 3 kan op het eerste gezicht verwarrend zijn. Hoewel het lijkt alsof de bereikfunctie aanzienlijke tijd nodig heeft om een dergelijk groot aantal te controleren, is de handeling vrijwel onmiddellijk. Dit leidt tot een diepere vraag over de interne werking van het bereikobject van Python.
In tegenstelling tot de verwachtingen genereert de bereikfunctie van Python 3 niet alle getallen binnen het opgegeven bereik, waardoor deze veel sneller is dan een handmatig geïmplementeerde bereikgenerator. Dit artikel onderzoekt waarom de bereikfunctie van Python zo efficiënt is en belicht belangrijke inzichten van experts om de onderliggende mechanismen ervan te verklaren.
Commando | Beschrijving |
---|---|
range(start, end) | Genereert een onveranderlijke reeks getallen van begin tot eind-1. |
yield | Wordt gebruikt om een generatorfunctie te definiëren die een iterator retourneert die telkens een waarde oplevert. |
in | Controleert op lidmaatschap, d.w.z. of een element aanwezig is in een iterabele. |
Py_ssize_t | Gegevenstype in C dat door Python wordt gebruikt om de grootte van objecten en indices te definiëren. |
printf() | Functie in C die wordt gebruikt om geformatteerde uitvoer af te drukken naar de standaarduitvoerstroom. |
#include | Preprocessor-opdracht in C om de inhoud van een bestand of bibliotheek in het programma op te nemen. |
Py_ssize_t val | Definieert een variabele van het type Py_ssize_t in C, gebruikt voor indexering en grootte. |
Inzicht in de bereikfunctieprestaties van Python
Het meegeleverde Python-script laat zien waarom de uitdrukking "1000000000000000 in range(1000000000000001)" zo snel wordt uitgevoerd. De sleutel is het gebruik van de range functie, die een onveranderlijke reeks getallen genereert zonder alle getallen in het geheugen te creëren. In plaats daarvan evalueert het het bereik met behulp van start-, stop- en stapwaarden, waardoor lidmaatschapstests als in zeer efficiënt. Het script is_in_range functie controleert snel of een getal binnen een bepaald bereik ligt door gebruik te maken van deze efficiëntie.
Aan de andere kant de aangepaste bereikgeneratorfunctie my_crappy_range gebruikt een while lus en yield om getallen één voor één te genereren, waardoor het aanzienlijk langzamer gaat voor grote bereiken. Dit contrast benadrukt de optimalisatie die in Python is ingebouwd range functie, die lidmaatschapscontroles op constante tijd uitvoert, in tegenstelling tot de lineaire tijdscontroles die vereist zijn door de aangepaste generator. Het C-script illustreert dit verder door een soortgelijke controle te implementeren met behulp van Py_ssize_t om grote gehele getallen efficiënt te verwerken, waarbij de nadruk ligt op Python's geoptimaliseerde verwerking van bereiken op een lager niveau.
Onderzoek naar de efficiëntie van de bereikfunctie van 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))
Waarom het Range-object van Python extreem snel is
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;
}
Dieper duiken in Python's bereikfunctie-optimalisatie
Een ander aspect van de prestaties van range in Python 3 is de implementatie ervan als een reekstype. In tegenstelling tot Python 2 xrange, wat een generator is, Python 3's range is een volwaardige reeks. Dit betekent dat het efficiënte lidmaatschapstest-, slicing- en indexeringsoperaties ondersteunt. Wanneer u controleert of een getal binnen een bereik valt met behulp van de in operator, itereert Python niet door elke waarde. In plaats daarvan voert het een rekenkundige controle uit op basis van de start-, stop- en stapparameters van het bereik. Deze rekenkundige benadering zorgt ervoor dat lidmaatschapstests in een constante tijd worden uitgevoerd, O(1).
Het bereikobject van Python profiteert ook van het dynamische type- en geheugenbeheer van de taal. De onderliggende implementatie in C optimaliseert zowel de snelheid als de geheugenefficiëntie. Door gebruik te maken van het integer-type van Python, dat willekeurig grote waarden kan verwerken, kan de bereikfunctie extreem grote reeksen ondersteunen zonder dat dit ten koste gaat van de prestaties. De interne C-code maakt gebruik van geoptimaliseerde algoritmen om bereikberekeningen en lidmaatschapstests uit te voeren, waardoor de bereikfunctie zeer efficiënt is voor zowel kleine als grote bereiken.
Veelgestelde vragen over de prestaties van de bereikfunctie van Python
- Hoe werkt Python's range functie intern werken?
- Python's range De functie genereert direct getallen met behulp van start-, stop- en stapwaarden, waardoor efficiënte lidmaatschapstesten mogelijk zijn zonder alle getallen in het geheugen te genereren.
- Waarom is de in operator zo snel mee range?
- De in De operator voert een rekenkundige controle uit in plaats van elke waarde te herhalen, waardoor grote bereiken snel kunnen worden uitgevoerd.
- Wat is het verschil tussen range in Python3 en xrange in Python2?
- In Python 3, range is een reeksobject, terwijl in Python 2, xrange is een generator. Het sequence-object ondersteunt efficiënt testen en segmenteren van lidmaatschappen.
- Kan Python's range omgaan met zeer grote aantallen?
- Ja, die van Python range kan willekeurig grote getallen verwerken dankzij Python's dynamische typering en integer-type dat grote waarden ondersteunt.
- Hoe zorgt Python voor geheugenefficiëntie met range?
- Python's range slaat niet alle waarden op in het geheugen. Het berekent waarden op aanvraag met behulp van start-, stop- en stapparameters, waardoor de geheugenefficiëntie wordt gegarandeerd.
- Is de aangepaste bereikgenerator langzamer dan die van Python range?
- Ja, een aangepaste bereikgenerator is langzamer omdat deze elke waarde één voor één genereert, terwijl die van Python range voert efficiënte rekenkundige controles uit.
- Waarom werkt slicen met Python's? range?
- Python's range ondersteunt slicen omdat het is geïmplementeerd als een reeksobject, waardoor efficiënte toegang tot subbereiken mogelijk is.
- Welke optimalisaties worden gebruikt in Python's range?
- Python's range gebruikt geoptimaliseerde algoritmen in C om rekenkundige bewerkingen en geheugenbeheer uit te voeren, waardoor het snel en efficiënt wordt.
Laatste gedachten over de bereikprestaties van Python
De bereikfunctie van Python valt op door zijn uitzonderlijke prestaties bij het verwerken van grote reeksen. Door gebruik te maken van rekenkundige controles en geoptimaliseerde algoritmen kan het lidmaatschap efficiënt worden bepaald zonder de overhead van het genereren van alle tussenliggende waarden. Dit ontwerp bespaart niet alleen geheugen, maar zorgt ook voor een snelle uitvoering, waardoor het een hulpmiddel van onschatbare waarde is voor ontwikkelaars die te maken hebben met uitgebreide numerieke bereiken.