Python性能优化的20条建议

优化算法时间复杂度

算法的时间复杂度对程序的执行效率影响最大，在Python中可以通过选择合适的数据结构来优化时间复杂度，如list和set查找某一个元素的时间复杂度分别是O(n)和O(1)。不同的场景有不同的优化方式，总得来说，一般有分治，分支界限，贪心，动态规划等思想。

减少冗余数据

如用上三角或下三角的方式去保存一个大的对称矩阵。在0元素占大多数的矩阵里使用稀疏矩阵表示。

合理使用copy与deepcopy

对于dict和list等数据结构的对象，直接赋值使用的是引用的方式。而有些情况下需要复制整个对象，这时可以使用copy包里的copy和deepcopy，这两个函数的不同之处在于后者是递归复制的。效率也不一样：（以下程序在ipython中运行）

import copy
a = range(100000)
%timeit -n 10 copy.copy(a) # 运行10次 copy.copy(a)
%timeit -n 10 copy.deepcopy(a)
10 loops, best of 3: 1.55 ms per loop
10 loops, best of 3: 151 ms per loop

timeit后面的-n表示运行的次数，后两行对应的是两个timeit的输出，下同。由此可见后者慢一个数量级。

使用dict或set查找元素

python dict和set都是使用hash表来实现(类似c++11标准库中unordered_map)，查找元素的时间复杂度是O(1)

a = range(1000)
s = set(a)
d = dict((i,1) for i in a)
%timeit -n 10000 100 in d
%timeit -n 10000 100 in s
10000 loops, best of 3: 43.5 ns per loop
10000 loops, best of 3: 49.6 ns per loop

dict的效率略高(占用的空间也多一些)。

合理使用生成器（generator）和yield

%timeit -n 100 a = (i for i in range(100000))
%timeit -n 100 b = [i for i in range(100000)]
100 loops, best of 3: 1.54 ms per loop
100 loops, best of 3: 4.56 ms per loop

使用()得到的是一个generator对象，所需要的内存空间与列表的大小无关，所以效率会高一些。在具体应用上，比如set(i for i in range(100000))会比set([i for i in range(100000)])快。

但是对于需要循环遍历的情况：

%timeit -n 10 for x in (i for i in range(100000)): pass
%timeit -n 10 for x in [i for i in range(100000)]: pass
10 loops, best of 3: 6.51 ms per loop
10 loops, best of 3: 5.54 ms per loop

后者的效率反而更高，但是如果循环里有break,用generator的好处是显而易见的。yield也是用于创建generator：

def yield_func(ls):
 for i in ls:
 yield i+1

def not_yield_func(ls):
 return [i+1 for i in ls]

ls = range(1000000)
%timeit -n 10 for i in yield_func(ls):pass
%timeit -n 10 for i in not_yield_func(ls):pass
10 loops, best of 3: 63.8 ms per loop
10 loops, best of 3: 62.9 ms per loop

对于内存不是非常大的list，可以直接返回一个list，但是可读性yield更佳(人个喜好)。

python2.x内置generator功能的有xrange函数、itertools包等。

优化循环

循环之外能做的事不要放在循环内，比如下面的优化可以快一倍：

a = range(10000)
size_a = len(a)
%timeit -n 1000 for i in a: k = len(a)
%timeit -n 1000 for i in a: k = size_a
1000 loops, best of 3: 569 µs per loop
1000 loops, best of 3: 256 µs per loop

优化包含多个判断表达式的顺序

对于and，应该把满足条件少的放在前面，对于or，把满足条件多的放在前面。如：

a = range(2000) 
%timeit -n 100 [i for i in a if 10 < i < 20 or 1000 < i < 2000]
%timeit -n 100 [i for i in a if 1000 < i < 2000 or 100 < i < 20] 
%timeit -n 100 [i for i in a if i % 2 == 0 and i > 1900]
%timeit -n 100 [i for i in a if i > 1900 and i % 2 == 0]
100 loops, best of 3: 287 µs per loop
100 loops, best of 3: 214 µs per loop
100 loops, best of 3: 128 µs per loop
100 loops, best of 3: 56.1 µs per loop

使用join合并迭代器中的字符串

In [1]: %%timeit
 ...: s = ''
 ...: for i in a:
 ...:  s += i
 ...:
10000 loops, best of 3: 59.8 µs per loop

In [2]: %%timeit
s = ''.join(a)
 ...:
100000 loops, best of 3: 11.8 µs per loop

join对于累加的方式，有大约5倍的提升。

选择合适的格式化字符方式

s1, s2 = 'ax', 'bx'
%timeit -n 100000 'abc%s%s' % (s1, s2)
%timeit -n 100000 'abc{0}{1}'.format(s1, s2)
%timeit -n 100000 'abc' + s1 + s2
100000 loops, best of 3: 183 ns per loop
100000 loops, best of 3: 169 ns per loop
100000 loops, best of 3: 103 ns per loop

三种情况中，%的方式是最慢的，但是三者的差距并不大（都非常快）。(个人觉得%的可读性最好)

不借助中间变量交换两个变量的值

In [3]: %%timeit -n 10000
 a,b=1,2
 ....: c=a;a=b;b=c;
 ....:
10000 loops, best of 3: 172 ns per loop

In [4]: %%timeit -n 10000
a,b=1,2
a,b=b,a
 ....:
10000 loops, best of 3: 86 ns per loop