1.利用Cython加速计算密集型python任务
2.Python 3.13 或将引入 JIT!
3.Pythonç¼ç¨å¦ä¹ 软件åªäºè¦ä¼?
4.Python 提速大杀器之 numba 篇
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利用Cython加速计算密集型python任务
计算密集型任务的特点是需要进行大量计算,主要消耗CPU资源,如计算圆周率、高清视频解码等。此类任务使用多任务可以完成,源码平台如何使用但任务越多,任务切换时间增加,CPU效率降低,理想情况应使任务数等于CPU核心数。Python脚本语言效率较低,不适于执行计算密集型任务。相比之下,C语言是编译型语言,通过编译器一次性将源代码转换成机器码,执行时无需再次编译,因此运行效率更高,程序可脱离语言环境独立运行。
尽管Cython可以将Python+C混合编码转换为C代码,以优化Python脚本性能或调用C函数库,但这仍然无法与C语言相比。Python语言简洁、易读、可扩展,广泛应用于Web开发、科学计算、unix源码 知乎统计、人工智能等领域。然而,对于计算密集型任务,Python性能不足。如何在选择Python的情况下提高其运行效率?多进程方法较为常见,Cython便是提升效率的一种手段。
Cython是一种让Python脚本支持C语言扩展的编译器。它能够将Python+C混合编码的.pyx脚本转换为C代码,用于优化Python脚本性能或调用C函数库。Cython是提高Python性能的常用方法之一。
以计算万以内的素数列表为例,使用Cython优化代码。首先,使用纯Python实现,然后尝试直接使用Cython将其编译为C代码。结果表明,程序执行速度有轻微提升。进一步深入代码,利用Cython分析生成的代码以识别可以优化的部分。通过指定Python数据类型,如将参数n和循环变量i、j定义为int类型,可以减少调用Python虚拟机的次数,从而显著提高程序效率。.net权限管理 源码最终,经过微小的改动,程序运行速度提高了.%,比纯Python版本快了约倍。
程序的优化还可以进一步探索,如使用numpy.array替代原生列表。Python性能提升工具还包括Shed Skin、Numba、Pythran、PyPy等,它们可以从不同角度提高Python程序的运行效率。然而,选择合适的工具和优化策略,针对具体业务制定高效方案才是关键。
总结来看,尽管Python语言在某些领域具有独特优势,但在计算密集型任务中性能不足。Cython等工具可以帮助提升Python程序的运行效率,但实际性能仍可能无法与C语言相比。在选择使用Python时,结合特定的优化策略和技术工具,可以有效提高程序性能。
特别说明的是,Python的动态类型特性导致运行时效率相对较低。Cython通过指定数据类型可以减少Python虚拟机的安卓搜索源码调用,显著提升程序性能。在优化代码时,应关注循环体内的计算,尽可能减少调用Python虚拟机的次数,从而提高效率。
尽管Cython等工具能够优化Python程序的运行效率,但关键在于根据具体业务需求制定高效解决方案。《Python高性能编程》等书籍可以为Python性能优化提供更深入的了解和指导。
Python 3. 或将引入 JIT!
在年月,CPython的核心开发者Brandt Bucher提出了一项拉取请求,提议在Python 3.版本中加入一个JIT编译器。这一改动,如果被接受,将成为自Python 3.引入专用自适应解释器以来,CPython解释器最大的一次革新。
JIT(Just in Time)编译器是一种在首次运行代码时按需进行编译的设计。它可以通过解释器将源代码转换为字节码,然后在运行时将其转换为机器代码,以此提高程序执行速度。这种编译方式与AOT(Ahead of Time)编译器(如GCC或Rust的rustc)形成对比,AOT编译器在编译期间就将源代码转换为机器代码。
对于一个简单的Python函数f(),其定义了变量a并将其赋值为1,该函数在编译过程中会被转换为5条字节码指令。期货下单精灵源码例如,LOAD_CONST、STORE_FAST、LOAD_CONST和RETURN_VALUE指令。在Python 3.中,这些指令通过C语言实现的大规模循环进行解释执行。
如果在Python中使用与C语言中循环相当的评估循环,它可能如下所示。如果将此函数传递给解释器,它将执行这些函数并打印结果。这个循环包括大量switch/if-else语句,相当于CPython解释器循环的工作方式,尽管是一个简化版。CPython由C语言编写,并由C编译器编译。
解释器在每次运行函数时都需要对每条指令进行循环,并将字节码名称与每个if语句进行比较。这种比较和循环本身都会增加执行的开销。如果函数被调用,次,而字节码从未改变,那么这种开销就显得多余了。与其每次调用函数时都评估这个循环,不如按顺序生成代码来得更有效率。这就是JIT的作用。
JIT编译器有很多种类型,如Numba、PyPy、Java等。Python 3.提议的JIT是一个复制加补丁的JIT。复制加补丁JIT是一种想法,旨在作为动态语言运行时的快速算法。它通过扩展解释器循环并将其重写为JIT来解释字节码。解释器循环原本做两件事:解释和执行字节码。复制加补丁JIT的实现是将这些任务分开,让解释器输出指令,而不是执行指令。
复制加补丁JIT的实现通过复制每条指令的指令,并为字节码参数(或补丁)填空。这可以提高代码执行速度。在Python中,原始函数的结果与复制加补丁JIT实现的结果相同,但运行速度应该更快。这种实现方法可以存储生成的字符串并运行任意多次,使得代码运行更加高效。
复制加补丁JIT的优点是可以减少开发复杂性,并提供与完整JIT编译器相似的性能提升。与完整JIT编译器相比,复制加补丁JIT具有一定的优势,因为它可以避免编译器的复杂性,并提供可插拔的优化器,使得代码执行更加高效。尽管性能提升可能不如完整JIT编译器,但复制加补丁JIT为Python性能优化提供了重要的基础。
尽管Python解释器已经使用C语言编写并编译为机器代码,但引入JIT编译器可以提供额外的性能提升。JIT编译器可以提高解释器在执行复杂代码时的效率,减少解释过程中的开销。这将为Python开发者提供更好的性能,特别是在处理大量数据或执行密集计算任务时。随着复制加补丁JIT的引入,Python性能的提升将成为可能,为开发者提供更快、更高效的编程环境。
Pythonç¼ç¨å¦ä¹ 软件åªäºè¦ä¼?
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Python 提速大杀器之 numba 篇
在探讨提高Python性能的策略时,我们往往面临一个困境:Python的易用性与执行效率之间的平衡。一方面,Python以其简洁的语法和丰富的库支持而受到欢迎;另一方面,它在执行速度上相对较低,尤其是当涉及到大量循环和复杂计算时。对于开发者而言,寻找既能提升性能又不失Python简洁性的解决方案成为了一大挑战。在这个背景下,Numba应运而生,它为Python提供了一种加速代码执行的途径,特别是对于密集型的循环操作。
首先,我们需要理解Python为何在执行效率上不如C++。Python是一种解释性语言,它的执行过程分为词法分析、语法分析、生成字节码以及将字节码解释为机器码执行四个阶段。这种解释执行的方式虽然带来了解析速度快、易于调试的优点,但也意味着每次运行时都需要将源代码转化为字节码,从而消耗额外的时间。相比之下,编译性语言如C++在编译阶段将源代码转换为机器码,减少了运行时的解释开销,因此执行速度更快。
然而,Python的动态特性在一定程度上弥补了执行效率的不足。它不需要显式声明变量类型,这种灵活性带来了代码的简洁性,同时也减少了编译时的类型检查开销。尽管如此,对于需要高性能计算的任务,Python的解释执行过程仍然是一个瓶颈。
正是在这样的背景下,Numba横空出世。Numba通过将Python代码编译为可直接在机器上执行的机器码,实现了对Python代码的加速。它采用了一种称为“即时编译(Just-in-time compilation, JIT)”的技术,即在代码执行时动态地将部分Python函数编译为机器码,从而实现加速效果。这种技术的引入,使得Numba能够在保持Python代码的可读性和易用性的同时,显著提升代码的执行速度。
使用Numba加速Python代码的步骤相对简单。一个典型场景是矩阵相加问题,通过使用Numba的装饰器`@jit`,我们可以将普通的Python循环加速至接近C++水平的执行效率。例如,原本的Python代码可能需要几十毫秒来完成矩阵相加操作,而通过Numba加速后,同样的操作可以在微秒级别完成,性能提升几个数量级。
在实际应用中,Numba的使用并不局限于简单的循环加速。对于包含大量循环的密集计算任务,Numba都能提供显著的性能提升。同时,Numba还支持与NumPy库的集成,能够加速NumPy数组的计算。在某些情况下,Numba甚至能够直接编译Python代码到CUDA GPU上运行,进一步提升计算性能,尤其适用于需要在GPU上进行大规模数据处理的场景。
然而,Numba的加速效果并非适用于所有情况。在某些特定场景下,使用Numba可能会引入额外的编译开销,导致性能下降。因此,在使用Numba时,开发者需要根据具体场景进行性能测试,以确保代码在加速后确实能够提升性能。
总的来说,Numba作为Python性能提升的利器,通过即时编译技术,实现了对Python代码的加速,为开发者提供了一种既保留Python语言优势又提升执行效率的途径。无论是针对循环密集型任务还是与NumPy集成加速,Numba都能提供显著的性能提升,成为Python开发者在追求高效计算时的重要工具。
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