如何在Python中高效地执行大循环加法

Question

我正尝试在Python中以更高效的方式进行大循环加法运算。我想循环迭代100000000个数字的范围。

from datetime import datetime

start_time = datetime.now()
sum = 0
for i in range(100000000):
    sum+=i
end_time = datetime.now()
print('--- %s seconds ---{}'.format(end_time - start_time))
print(sum)

以上代码的输出结果是 --- %s 秒 ---0:00:16.662666 4999999950000000

当我尝试在C语言中执行此操作时，需要 0.43 秒。

根据我所读到的内容，每次对变量执行加法操作时，Python都会创建新的内存。我阅读了一些文章，并了解了如何在这种情况下避免使用 '+' 符号来执行字符串拼接。但我没有找到任何关于整数的方法。

- Pramod Kumar

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为什么要用循环？(n**2 + n)/2 可以比任何循环更快地提供相同的答案。 - Ethan

很有可能C语言并没有执行循环，而只是将结果存储在二进制中。您有什么使用情况需要执行此操作，但无法将其简化为结果？ - MisterMiyagi

Answer 1

如果您可以将列表作为整体进行处理，请考虑使用sum()函数，该函数完全在C代码中循环，速度更快，也避免了创建新的Python对象。

sum(range(100000000))

在我的电脑中，您的代码需要07.189210秒来运行，而上述语句只需要02.751251秒，加快了处理速度超过3倍。

编辑：如mtrw所建议的那样，使用numpy.sum()可以进一步提高处理速度。

- Alex Metsai

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谢谢 @Alex Metsei - Pramod Kumar

“避免创建新的Python对象”是什么意思？ - Kelly Bundy

我的错误，我是指他有一个变量，在每一步中都会增加，但现在想想那并不重要，毕竟我也使用了一个变量。你想建议修改吗？ - Alex Metsai

如果我没记错的话，这是半真的，因为部分和不是Python对象由于一种优化。然而，range产生的数字仍然是Python对象。嗯，我不想建议修改。 - Kelly Bundy

我明白了，好的。顺便说一下，谢谢你的见解^^ - Alex Metsai

Answer 2

这里是三种方法的比较：你原来的方式，使用 sum(range(100000000))（由Alex Metsai提出），以及使用NumPy数值库的sum和range函数。

from datetime import datetime
import numpy as np

def orig():
    start_time = datetime.now()
    sum = 0
    for i in range(100000000):
        sum+=i
    end_time = datetime.now()
    print('--- %s seconds ---{}'.format(end_time - start_time))
    print(sum)

def pyway():
    start_time = datetime.now()
    mysum = sum(range(100000000))
    end_time = datetime.now()
    print('--- %s seconds ---{}'.format(end_time - start_time))
    print(mysum)

def npway():
    start_time = datetime.now()
    sum = np.sum(np.arange(100000000))
    end_time = datetime.now()
    print('--- %s seconds ---{}'.format(end_time - start_time))
    print(sum)

在我的电脑上，我看到：

>>> orig()
--- %s seconds ---0:00:09.504018
4999999950000000
>>> pyway()
--- %s seconds ---0:00:02.382020
4999999950000000
>>> npway()
--- %s seconds ---0:00:00.683411
4999999950000000

如果您的应用程序可以使用NumPy，则它是最快的。

但是，正如Ethan在评论中建议的那样，值得指出的是直接计算答案是 远远 最快的方法：

def mathway():
    start_time = datetime.now()
    mysum = 99999999*(99999999+1)/2
    end_time = datetime.now()
    print('--- %s seconds ---{}'.format(end_time - start_time))
    print(mysum)


>>> mathway()
--- %s seconds ---0:00:00.000013
4999999950000000.0

我猜想您的实际问题不是那么容易用纸笔解决 :)

- mtrw