Razumevanje učinkovitosti "10000000000000000 v območju (10000000000000001)" v Python 3

Razumevanje učinkovitosti 10000000000000000 v območju (10000000000000001) v Python 3
Razumevanje učinkovitosti 10000000000000000 v območju (10000000000000001) v Python 3
Arthur Petit
Ponedeljek, 15. julij 2024 15:40:54

Razkrivamo Pythonovo učinkovitost dosega

Delovanje izraza "1000000000000000 v območju (10000000000000001)" v Pythonu 3 je lahko na prvi pogled begajoče. Čeprav se morda zdi, da bi morala funkcija obsega vzeti precej časa, da preveri tako veliko število, je operacija skoraj takojšnja. To vodi do globljega vprašanja o notranjem delovanju Pythonovega predmeta obsega.

V nasprotju s pričakovanji funkcija obsega Python 3 ne ustvari vseh števil v določenem obsegu, zaradi česar je veliko hitrejša od ročno implementiranega generatorja obsega. Ta članek raziskuje, zakaj je Pythonova funkcija obsega tako učinkovita, in poudarja ključne vpoglede strokovnjakov za razlago njenih osnovnih mehanizmov.

Ukaz Opis
range(start, end) Generira nespremenljivo zaporedje števil od začetka do konca-1.
yield Uporablja se za definiranje funkcije generatorja, ki vrne iterator, ki vrne vrednost naenkrat.
in Preveri članstvo, tj. ali je element prisoten v iterable.
Py_ssize_t Podatkovni tip v C, ki ga uporablja Python za definiranje velikosti objektov in indeksov.
printf() Funkcija v C, ki se uporablja za tiskanje formatiranega izhoda v standardni izhodni tok.
#include Ukaz predprocesorja v C za vključitev vsebine datoteke ali knjižnice v program.
Py_ssize_t val Definira spremenljivko tipa Py_ssize_t v C, ki se uporablja za indeksiranje in določanje velikosti.

Razumevanje zmogljivosti Pythonove funkcije Range

Ponujeni skript Python prikazuje, zakaj se izraz "10000000000000000 v območju (10000000000000001)" izvede tako hitro. Ključna je uporaba range funkcijo, ki ustvari nespremenljivo zaporedje števil, ne da bi ustvarila vsa števila v pomnilniku. Namesto tega ovrednoti obseg z uporabo začetnih, končnih in stopenjskih vrednosti, zaradi česar so testi članstva podobni in zelo učinkovito. Scenarij je is_in_range funkcija hitro preveri, ali je številka znotraj določenega obsega, tako da izkoristi to učinkovitost.

Po drugi strani pa funkcija generatorja obsega po meri my_crappy_range uporablja a while zanka in yield za ustvarjanje števil enega za drugim, zaradi česar je za velike razpone bistveno počasnejši. Ta kontrast poudarja optimizacijo, vgrajeno v Python range funkcijo, ki izvaja preverjanja članstva v konstantnem času, za razliko od preverjanj linearnega časa, ki jih zahteva generator po meri. Skript C to nadalje ponazarja z izvajanjem podobnega preverjanja z uporabo Py_ssize_t za učinkovito obravnavanje velikih celih vrednosti, s poudarkom na Pythonovem optimiziranem obravnavanju obsegov na nižji ravni.

Raziskovanje učinkovitosti Pythonove funkcije Range

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))

Zakaj je Pythonov Range Object izjemno hiter

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;
}

Poglabljanje v Pythonovo optimizacijo funkcije obsega

Še en vidik uspešnosti range v Python 3 je njegova implementacija kot vrsta zaporedja. Za razliko od Pythona 2 xrange, ki je generator, Python 3 range je polnopravno zaporedje. To pomeni, da podpira učinkovite operacije testiranja članstva, rezanja in indeksiranja. Ko preverite, ali je številka v območju z uporabo in Python ne ponavlja skozi vsako vrednost. Namesto tega izvede aritmetično preverjanje na podlagi parametrov začetka, konca in koraka obsega. Ta aritmetični pristop zagotavlja, da se testiranje članstva izvaja v konstantnem času, O(1).

Pythonov objekt obsega ima tudi koristi od dinamičnega tipkanja in upravljanja pomnilnika v jeziku. Osnovna implementacija v C optimizira hitrost in učinkovitost pomnilnika. Z izkoriščanjem celoštevilskega tipa Python, ki lahko obravnava poljubno velike vrednosti, lahko funkcija obsega podpira izjemno velika zaporedja brez ogrožanja zmogljivosti. Notranja koda C uporablja optimizirane algoritme za izvajanje izračunov obsega in testov pripadnosti, zaradi česar je funkcija obsega zelo učinkovita tako za majhne kot velike obsege.

Pogosta vprašanja o delovanju Pythonove funkcije Range

  1. Kako deluje Python range funkcija deluje interno?
  2. Pythonov range funkcija sproti generira številke z uporabo začetnih, končnih in stopenjskih vrednosti, kar omogoča učinkovito testiranje članstva brez generiranja vseh števil v pomnilniku.
  3. Zakaj je in operater tako hitro z range?
  4. The in izvaja aritmetično preverjanje namesto ponavljanja skozi vsako vrednost, zaradi česar je hitro za velike razpone.
  5. Kaj je razlika med range v Python 3 in xrange v Python 2?
  6. V Pythonu 3, range je zaporedni objekt, medtem ko v Pythonu 2, xrange je generator. Objekt zaporedja podpira učinkovito testiranje članstva in rezanje.
  7. Lahko Python range obravnava zelo velike številke?
  8. Ja, Pythonov range lahko obravnava poljubno velika števila zaradi Pythonovega dinamičnega tipkanja in celega tipa, ki podpira velike vrednosti.
  9. Kako Python zagotavlja učinkovitost pomnilnika z range?
  10. Pythonov range ne shrani vseh vrednosti v pomnilnik. Izračuna vrednosti na zahtevo z uporabo začetnih, končnih in stopenjskih parametrov, kar zagotavlja učinkovitost pomnilnika.
  11. Ali je generator obsega po meri počasnejši od Pythonovega range?
  12. Da, generator razpona po meri je počasnejši, ker ustvarja vsako vrednost eno za drugo, medtem ko je generator Pythona range izvaja učinkovita aritmetična preverjanja.
  13. Zakaj rezanje deluje s Pythonom range?
  14. Pythonov range podpira rezanje, ker je implementiran kot zaporedni objekt, kar omogoča učinkovit dostop do podobmočij.
  15. Katere optimizacije se uporabljajo v Pythonu range?
  16. Pythonov range uporablja optimizirane algoritme v C za obdelavo aritmetičnih operacij in upravljanje pomnilnika, zaradi česar je hiter in učinkovit.

Končne misli o zmogljivosti dosega Python

Pythonova funkcija obsega izstopa po svoji izjemni zmogljivosti pri obdelavi velikih zaporedij. Z uporabo aritmetičnih preverjanj in optimiziranih algoritmov lahko učinkovito določi članstvo brez dodatnih stroškov ustvarjanja vseh vmesnih vrednosti. Ta zasnova ne le prihrani pomnilnik, temveč zagotavlja tudi hitro izvedbo, zaradi česar je neprecenljivo orodje za razvijalce, ki se ukvarjajo z obsežnimi številskimi razponi.