python list与numpy数组效率对比

时间:2023-02-03 强殖装甲凯普人气:0

前言

因为经常一训练就是很多次迭代，所以找到效率比较高的操作能大大缩短运行时间，但这方面资料不足，所以自己记录总结一下，有需要再补充

索引效率与内存占用比较

有时候我需要一个数组，然后可能会频繁从中索引数据，那么我选择list还是numpy array呢，这里做了一个简单的实验进行比较，环境python 3.6

import random
import numpy as np
import time
import sys
# import matplotlib
# matplotlib.use('agg')
import matplotlib.pyplot as plt
from collections import deque

start = time.time()
length = []

list_size = []
array_size = []
deque_size = []

list_time = []
array_time = []
deque_time = []

for l in range(5, 15000, 5):
    print(l)
    length.append(l)
    a = [1] * l
    b = np.array(a)
    c = deque(maxlen=l)
    for i in range(l):
        c.append(1)

    # print('list的size为：{}'.format(sys.getsizeof(a)))
    # print('array的size为：{}'.format(sys.getsizeof(b)))
    # print('deque的size为：{}'.format(sys.getsizeof(c)))
    list_size.append(sys.getsizeof(a))
    array_size.append(sys.getsizeof(b))
    deque_size.append(sys.getsizeof(c))

    for i in range(3):
        if i == 0:
            tmp = a
            name = 'list'
        elif i == 1:
            tmp = b
            name = 'array'
        else:
            tmp = c
            name = 'deque'

        s = time.time()
        for j in range(1000000):
            x = tmp[random.randint(0, len(a)-1)]
        duration = time.time() - s

        if name == 'list':
            list_time.append(duration)
        elif name == 'array':
            array_time.append(duration)
        else:
            deque_time.append(duration)

duration = time.time() - start
time_list = [0, 0, 0]
time_list[0] = duration // 3600
time_list[1] = (duration % 3600) // 60
time_list[2] = round(duration % 60, 2)
print('用时：' + str(time_list[0]) + ' 时 ' + str(time_list[1]) + '分' + str(time_list[2]) + '秒')

fig = plt.figure()

ax1 = fig.add_subplot(211)
ax1.plot(length, list_size, label='list')
ax1.plot(length, array_size, label='array')
ax1.plot(length, deque_size, label='deque')
plt.xlabel('length')
plt.ylabel('size')
plt.legend()

ax2 = fig.add_subplot(212)
ax2.plot(length, list_time, label='list')
ax2.plot(length, array_time, label='array')
ax2.plot(length, deque_time, label='deque')
plt.xlabel('length')
plt.ylabel('time')
plt.legend()

plt.show()

对不同大小的list，numpy array和deque进行一百万次的索引，结果为

可以看出，numpy array对内存的优化很好，长度越大，其相比list和deque占用内存越少。

list比deque稍微好一点。因此如果对内存占用敏感，选择优先级：numpy array>>list>deque。

时间上，在15000以下这个长度，list基本都最快。其中

长度<1000左右时，deque跟list差不多，选择优先级：list≈ \approx≈deque>numpy array;
长度<9000左右，选择优先级：list>deque>numpy array;
长度>9000左右，选择优先级：list>numpy array>deque;

不过时间上的差距都不大，几乎可以忽略，差距主要体现在内存占用上。因此如果对内存不敏感，list是最好选择。

整个实验使用i7-9700，耗时2.0 时 36.0分20.27秒，如果有人愿意尝试更大的量级，更小的间隔，欢迎告知我结果。

添加效率比较

numpy的数组没有动态改变大小的功能，因此这里numpy数据只是对其进行赋值。

import numpy as np
import time
from collections import deque

l = 10000000
a = []
b = np.zeros(l)
c = deque(maxlen=l)
for i in range(3):
    if i == 0:
        tmp = a
        name = 'list'
    elif i == 1:
        tmp = b
        name = 'array'
    else:
        tmp = c
        name = 'deque'

    start = time.time()
    if name == 'array':
        for j in range(l):
            tmp[j] = 1
    else:
        for j in range(l):
            tmp.append(1)
    duration = time.time() - start
    time_list = [0, 0, 0]
    time_list[0] = duration // 3600
    time_list[1] = (duration % 3600) // 60
    time_list[2] = round(duration % 60, 2)
    print(name + '用时：' + str(time_list[0]) + ' 时 ' + str(time_list[1]) + '分' + str(time_list[2]) + '秒')

结果为：

list用时：0.0 时 0.0分1.0秒
array用时：0.0 时 0.0分1.14秒
deque用时：0.0 时 0.0分0.99秒

可以看出，只有在非常大的量级上才会出现区别，numpy array的赋值是最慢的，list和deque差不多。

但平时这些差距几乎可以忽略。

总结

以上为个人经验，希望能给大家一个参考，也希望大家多多支持。

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