Python性能优化24式：从分析到加速

本文主要总结了24种优化Python代码速度的方法，涵盖了代码分析、数据结构选择、循环优化、函数优化、标准库利用、高阶函数应用、numpy库的使用、Pandas操作优化以及并行计算等多个方面。 一、代码运行时间分析 1. 测算代码运行时间：Python内置的`time`模块可以用来测量代码运行时间，但Jupyter环境中， `%timeit` 和 `%time` 魔术命令提供了更便捷的方式。 2. 测算多次运行平均时间：可以使用循环结合`time`模块来计算多次运行的平均时间，Jupyter环境中的`%timeit -n` 可以自动执行多次并计算平均值。 3. 按调用函数分析：`cProfile`模块用于函数级别的性能分析，Jupyter环境下的`%prun` 提供了类似功能。 4. 按行分析代码运行时间：`line_profiler`库可以显示代码每一行的运行时间，与Jupyter的`%lprun` 结合使用非常方便。 二、数据结构选择 5. 使用`set`代替`list`进行查找：`set`的数据结构使得查找操作更快，因为其内部基于哈希表实现，时间复杂度为O(1)。 6. 使用`dict`代替两个`list`进行匹配查找：`dict`的键值对查找效率远高于两个`list`的线性查找。 三、循环优化 7. 优先使用`for`循环：在多数情况下，`for`循环比`while`循环更简洁且效率更高。 8. 在循环体中避免重复计算：如果某个值在循环中会被反复计算，可将其预先计算并存储，减少不必要的计算。 四、函数优化 9. 用循环机制代替递归函数：递归虽然优雅，但可能导致栈溢出，循环通常更为高效。 10. 用缓存机制加速递归函数：`functools.lru_cache` 可以缓存函数结果，避免重复计算，提升递归性能。 11. 用`numba`加速Python函数：`numba`库能将Python函数转换为机器码，显著提高运行速度。 五、使用标准库函数进行加速 12. `collections.Counter`加速计数：对于计数操作，`Counter`提供了高效的实现。 13. `collections.ChainMap`加速字典合并：`ChainMap`可以快速合并多个字典，避免了复制操作。 六、高阶函数应用 14. 使用`map`代替推导式：`map`函数可以并行处理序列，对于大量数据操作更有效率。 15. 使用`filter`代替推导式：`filter`函数同样可以并行处理，适用于筛选操作。 七、numpy向量化操作 16. 使用`np.array`代替`list`：`numpy`数组支持高效数组运算，适合大数据操作。 17. 使用`np.ufunc`代替`math.func`：`numpy`的通用函数（ufunc）对数组操作有优化，速度快于常规的数学函数。 18. 使用`np.where`代替`if`：`np.where`能够快速地根据条件返回数组的不同部分。 八、Pandas优化 19. 使用csv文件读写代替excel文件读写：csv文件体积小，读写速度更快。 20. 使用`pandas`的`pandarallel`工具：可以实现DataFrame操作的多核并行计算。 九、使用Dask进行加速 21. 使用`dask`加速`dataframe`：Dask提供分布式DataFrame，适合大数据处理。 22. 使用`dask.delayed`进行加速：`dask.delayed`可以将任务分解为延迟计算的任务，便于并行执行。 十、并行计算加速 23. 应用多线程加速IO密集型任务：Python的`concurrent.futures.ThreadPoolExecutor`可用于多线程执行IO密集型任务。 24. 应用多进程加速CPU密集型任务：`multiprocessing`库的`Pool`类可用于多进程计算，充分利用多核处理器资源。 这些优化策略旨在帮助开发者提升Python代码的执行效率，实现更流畅、更快速的程序运行。