Python 2.7中对象实例化极慢

Question

我最近需要完成一个涉及多个坐标操作的任务。为了节省时间和简化代码，我定义了一个类来封装坐标对的行为。这个类看起来像这样：

class Vector (tuple) :
    def __init__ (self, value) :
        tuple.__init__ (self, value)


    def __add__ (self, other) :
        return Vector ((self [0] + other [0], self [1] + other [1]))

这使我能够编写如下代码（例如）：

def translate (pointList, displacement) :
    return [point + displacement for point in pointList]

但是我的应用程序非常慢，比其他任务慢得多。我在算法实现中找不到任何低效之处，所以我进行了一个简单的测试，看一下Vector类的开销。我预计会有5%至15%之间的开销。

我的Vector类测试代码如下：

v = Vector ((0, 0))
d = Vector ((1, -1))
loopIdx = 3000000
while loopIdx > 0 :
    v = v + d
    loopIdx -= 1
print (v)

这通常需要运行以下时间：

real    0m8.440s
user    0m8.367s
sys     0m0.016s

为了对比，我运行了这段代码：

v = (0, 0)
dX = 1
dY = -1
loopIdx = 3000000
while loopIdx > 0 :
    v = ( v [0] + dX, v [1] + dY )
    loopIdx -= 1
print (v)

这段代码的运行时间是：

real    0m1.004s
user    0m0.995s
sys     0m0.006s

我是否犯了什么严重错误，或者在Python中使用类对象真的意味着你的应用程序运行时间会延长8倍以上吗？

- Terrible Tadpole

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可能不是类本身的问题，而是元组直接在C中实现，而你的类没有。 - Daniel Roseman

虽然不是回答问题，但是：你可以使用“复数”来代替你的“向量”类来表示二维坐标。加法、减法、绝对值（用于距离）等都包含在内。此外，这比使用元组（如你的第二种方法）快2-3倍。 - tobias_k

您可以考虑使用带有__slots__的类来最小化每个实例的内存占用。 - jonrsharpe

仅仅删除__init__对于语义没有任何影响，但可以使得测试该类时提升60%的速度。 - user319799

问题是：如果你为旋转函数创建一个complex的子类，那么你也必须重写所有其他方法，以返回你的子类而不是常规的complex。考虑到巨大的加速效果，我认为这是一个你应该接受的妥协。 - tobias_k

Answer 1

并不是如何让你的类更快的答案，而是提供一种替代方案。

不必子类化元组并自己编写所有的add、sub等方法，您可以使用Python内置的复数类型complex来表示二维坐标，它已经具备了所有这些操作，正确且超级快速。

>>> %timeit vector_no_init()
1 loops, best of 3: 1.39 s per loop
>>> %timeit plain_tuple()
1 loops, best of 3: 403 ms per loop
>>> %timeit complex_nums()
1 loops, best of 3: 171 ms per loop

对于旋转，您可以使用复数乘法：只需将您的复数坐标与一个极形式下绝对值为1且相位等于所需旋转角度的复数相乘即可。 要旋转90度，只需乘以1j（逆时针）或-1j（顺时针）。对于所有其他角度，请使用cmath模块进行极坐标形式的转换。

>>> c = complex(4, 2)
>>> c * cmath.rect(1, math.radians(45))
(1.4142135623730954+4.242640687119285j)

然而，我建议不要对complex进行子类化以使rotate成为该类的方法，因为在这种情况下，您还必须覆盖所有其他方法，如add，否则加法的结果将是一个常规复数，而不提供rotate方法。这将撤销所有那些性能增益，使其与您的Vector类一样慢。相反，只需创建一个函数rotate(complex, angle) -> complex。

- tobias_k

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谢谢。初步结果显示，使用complex替换tuple的原始算术（无类）可以提高40%的性能。 - Terrible Tadpole