一些 Python 代碼加速工具!

2025年07月16日18:22:08 科技 1124

一些 Python 代碼加速工具! - 天天要聞

這篇文章會提供一些優化代碼的工具。會讓代碼變得更簡潔,或者更迅速。

當然這些並不能代替演算法設計,但是還是能讓 Python 加速很多倍。

其實前面講演算法的文章,也有提到過。比如適用於雙向隊列的 deque,以及在合適的條件下運用 bisect 和 heapq 來提升演算法的性能。

而且前面也提到過,Python 提供了當今最高級也是最有效的排序演算法(list.sort)。

另外還有一個功能多樣又迅速的散列表(dict)。而且如果寫迭代器封裝、功能性代碼或者是某種額外擴展的時候,或許CyToolz可以用得到。當然在itertools 和 functools 模塊中,還有很多函數可以帶來很高效的代碼。

這篇文章主要講優化單處理器的代碼,下面會介紹一些一些高效的函數實現,也有已經封裝好的拓展模塊,還包括速度更快的 Python 解釋器。

當然多處理器版本確實能大幅提高運行效率。如果想了解多核編程,可以從multiprocessing 模塊開始。而且也能找到非常多的關於分散式計算的第三方工具。這裡可以看一下 Python wiki 上的關於 Parallel Processing 的內容。

接下來,會說一些關於Python 加速工具的選單。

NumPy、SciPy、Sage 和 Pandas

先說 NumPy,它的核心是一個多維數字數組的實現。除了這個數據結構之外,還實現了若干個函數和運算符,可以高效地進行數組運算。並且對於被調用的次數進行了精簡。它可以被用來進行極其高效的數學運算。

SciPy 和 Sage 都將 NumPy 內置為自身的一部分,同時內置了其他的不同的工具,從而可以用於特定科學、數學和高性能計算的模塊。

Pandas 是一個側重於數據分析的工具。如果處理大量半結構化數據的時候,可能也會用到 Pandas 相關的工具,比如 Blaze。

PyPy、Pyston、Parakeet、Psyco 和 Unladen Swallow

讓代碼運行的更快,侵入性最小的就是使用實時編譯器(JIT 編譯)。以前的話我們可以直接安裝 Psyco。安裝之後導入 psyco,然後調用 psyco.full()。代碼運行速度就可以明顯提升。運行 Python 代碼的時候,它可以實時監控程序,會將一部分代碼編譯為了機器碼。

現在好多 Psyco 等加速器的項目已經停止維護了,不過類似的功能在 PyPy 中得到了繼承。
PyPy 為了方便分析、優化和翻譯,
用 Python 語言將 Python 重新實現了一遍,這樣就可以 JIT 編譯。而且 PyPy 可以直接將代碼翻譯成像 C 那樣的性能更高的語言。

Unladen Swallow 是一個 Python 的 JIT 編譯器。是 Python 解釋器的一本版本,被稱為底層虛擬機(LLVM)。不過這個開發已經停止了。

Pyston 是一個與 LLVM 平台較為接近的 Python 的 JIT 編譯器。很多時候已經優於 Python 的實現,但不過還有很多地方不完善。

GPULib、PyStream、PyCUDA 和 PyOpenCL、

這四個都是用在圖像處理單元來實現代碼的加速。前面講的都是用代碼優化來實現加速的。而這些都是從硬體層面上進行加速,如果有一個強大的 GPU,我們可以用 GPU 來計算,從而減少 CPU 寶貴的資源。

PyStream 古老一點。GPULib 提供了基於 GPU 的各種形式的數據計算。

如果用 GPU 加速自己的代碼,可以用 PyCUDA 和 PyOpenCL。

Pyrex、Cython、Numba 和 Shedskin、

這四個項目都致力於將 Python 代碼翻譯為 C、C++和 LLVM 的代碼。Shedskin 會將代碼編譯為 C++語言。Pyrex、Cython 編譯的主要目標是 C 語言。Cython 也是 Pyrex 的一個分支。

而且,Cython 還有 NumPy 數組的額外支持。

如果面向數組和數學計算的時候,Numba 是更好的選擇導入時會自動生成相應的 LLVM 的代碼。升級版本是 NumbaPro,還提供了對 GPU 的支持。

SWIG、F2PY、Boost.Python

這些工具可以將其他的語言封裝為 Python 的模塊。第一個可以封裝 C/C++語言。F2PY 可以封裝 Fortran。Boost.Python 可以封裝 C++語言

SUIG 只要啟動一個命令行工具,往裡面輸入 C 或者 C++的頭文件,封裝器代碼就會自動生成。除了 Python,而且可以成為其他語言的封裝器,比如 JavaPHP

ctypes、llvm-py 和 CorePy2

這些模塊可以幫助我們實現Python 底層對象的操作。ctypes 模塊可以用於在內存中構建編譯 C 的對象。並且調用共享庫中的 C 的函數。不過 ctypes 已經包含在 Python 的標準庫裡面了。

llvm-py 主要提供LLVM 的 Python 介面。以便於構建代碼,然後編譯他們。也可以在 Python 中構建它的編譯器。當然搞出自己編程語言也是可以的。
CorePy2 也可以進行加速,不過這個加速是
運行在彙編層的。

Weave、Cinpy 和 PyInline

這三個包,就可以讓我們在 Python 代碼中直接使用 C 語言或者其他的高級語言。混合代碼,依然可以保持整潔。可以使用 Python 代碼的字元串的多行特性,可以使其他的代碼按照自身的風格來進行排版。

其他工具

如果我們要節省內存,就不能使用 JIT 了。一般 JIT 都太耗費內存。有一句話說的很對,時間和內存經常不能兼得,而我們在工程開發中,總是要尋找他們的平衡點
至於其他的一些東西,比如 Micro Python 項目,這個是用在嵌入式設備或者微控制器上面使用的。

如果只是想在 Python 環境中工作,然後想用別的語言,可以看看這個項目Julia

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