快捷導(dǎo)航

讓Python加速運(yùn)行的八種實(shí)用技巧分享

更新時(shí)間：2025年04月25日 11:35:52 作者：Python_trys

Python作為一門解釋型語(yǔ)言,雖然開(kāi)發(fā)效率高,但運(yùn)行速度常常成為瓶頸,本文將介紹8種實(shí)用的Python加速技巧,幫助你顯著提升代碼執(zhí)行效率,需要的朋友可以參考下

1. 使用內(nèi)置函數(shù)和庫(kù)
2. 利用JIT編譯器 - Numba
3. 使用多進(jìn)程處理CPU密集型任務(wù)
4. 使用Cython將Python編譯為C
5. 使用高效的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
6. 利用NumPy和Pandas進(jìn)行向量化操作
7. 使用lru_cache緩存函數(shù)結(jié)果
8. 避免不必要的全局變量訪問(wèn)
總結(jié)

1. 使用內(nèi)置函數(shù)和庫(kù)

Python的內(nèi)置函數(shù)是用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的，運(yùn)行速度比純Python代碼快得多。

# 慢速寫法
result = []
for item in iterable:
    result.append(func(item))
    
# 快速寫法 - 使用map函數(shù)
result = list(map(func, iterable))

# 或者使用列表推導(dǎo)式
result = [func(item) for item in iterable]

2. 利用JIT編譯器 - Numba

Numba是一個(gè)JIT(即時(shí))編譯器，可以將Python函數(shù)編譯為機(jī)器碼。

from numba import jit
import numpy as np

@jit(nopython=True)
def sum_array(arr):
    total = 0.0
    for i in range(arr.shape[0]):
        total += arr[i]
    return total

large_array = np.random.rand(10000000)
print(sum_array(large_array))

3. 使用多進(jìn)程處理CPU密集型任務(wù)

Python有GIL(全局解釋器鎖)，多線程不適合CPU密集型任務(wù)，多進(jìn)程是更好的選擇。

from multiprocessing import Pool

def process_data(data):
    # 數(shù)據(jù)處理邏輯
    return result * 2

if __name__ == '__main__':
    data = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]
    with Pool(4) as p:  # 使用4個(gè)進(jìn)程
        results = p.map(process_data, data)
    print(results)

4. 使用Cython將Python編譯為C

Cython允許你編寫C擴(kuò)展模塊，顯著提升性能。

# 保存為example.pyx
def compute(int n):
    cdef int i
    cdef double res = 0.0
    for i in range(n):
        res += i * i
    return res

然后創(chuàng)建setup.py:

from distutils.core import setup
from Cython.Build import cythonize

setup(ext_modules=cythonize('example.pyx'))

編譯并安裝:

python setup.py build_ext --inplace

5. 使用高效的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

選擇合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以大幅提升性能。

# 頻繁成員檢查使用集合(set)而不是列表
large_list = list(range(1000000))
large_set = set(large_list)

# 慢速
if 999999 in large_list:  # O(n)
    pass
    
# 快速
if 999999 in large_set:  # O(1)
    pass

6. 利用NumPy和Pandas進(jìn)行向量化操作

避免Python級(jí)別的循環(huán)，使用向量化操作。

import numpy as np

# 慢速 - Python循環(huán)
def slow_dot(a, b):
    result = 0
    for x, y in zip(a, b):
        result += x * y
    return result

# 快速 - NumPy向量化
def fast_dot(a, b):
    return np.dot(a, b)

a = np.random.rand(1000000)
b = np.random.rand(1000000)

%timeit slow_dot(a, b)  # 約500ms
%timeit fast_dot(a, b)  # 約2ms

7. 使用lru_cache緩存函數(shù)結(jié)果

對(duì)于計(jì)算密集型且頻繁使用相同參數(shù)的函數(shù)，使用緩存可以避免重復(fù)計(jì)算。

from functools import lru_cache

@lru_cache(maxsize=128)
def expensive_function(x, y):
    # 模擬復(fù)雜計(jì)算
    result = 0
    for i in range(x):
        for j in range(y):
            result += i * j
    return result

# 第一次調(diào)用會(huì)執(zhí)行計(jì)算
print(expensive_function(100, 100))
# 相同參數(shù)再次調(diào)用會(huì)直接返回緩存結(jié)果
print(expensive_function(100, 100))

8. 避免不必要的全局變量訪問(wèn)

局部變量訪問(wèn)比全局變量快得多。

# 慢速 - 頻繁訪問(wèn)全局變量
global_var = 10

def slow_func():
    total = 0
    for i in range(1000000):
        total += global_var
    return total

# 快速 - 使用局部變量
def fast_func():
    local_var = global_var
    total = 0
    for i in range(1000000):
        total += local_var
    return total

%timeit slow_func()  # 約80ms
%timeit fast_func()  # 約50ms