Numba是一款可以将python函数编译为机器代码的JIT编译器,经过Numba编译的python代码(仅限数组运算),其运行速度可以接近C或FORTRAN语言。普通python语言靠CPython编译的,但是Numba使用Jit编译器可以直接将一个函数转化为机器码。
我们可以通过conda或者pip来进行安装,命令如下:
$ conda install numba
或者
$ pip install numba
为了加强大家对Numba库的直观了解,我们首先以求二维数组元素之和作为例子来讲解。
为了求二维数据元素之和,最简单直接的实现如下所示:
def sum_matrix(M):
N1, N2 = M.shape
result = 0
for i in range(N1):
for j in range(N2):
result += M[i, j]
return result
作为对比,可以使用numpy直接求和,调用函数np.sum(),代码如下:
import numpy as np
def sum_numpy(M):
return np.sum(M)
尽管numpy库有实现二维数组求和的现成函数 np.sum ,使用numba中的jit可以将函数 sum_matrix运行的和np.sum一样快。只需要将sum_matrix作为参数传递给jit即可。
from numba import jit
def sum_jit(M):
sum_matrix_jit = jit()(sum_matrix)
return sum_matrix_jit
为了统计上述函数运行时间,我们统计三个函数的运行时间如下所示:
def print_run_time(func,M,loops):
start = time.time()
for _ in range(loops):
func(M)
end = time.time()
print('current Function [%s] run time is %.2f' % (func.__name__ ,end - start))
if __name__ == "__main__":
np.random.seed(1234)
M = np.random.random([int(4e3)] * 2)
loops = 5
print_run_time(sum_matrix,M,loops)
print_run_time(sum_numpy,M,loops)
print_run_time(sum_jit,M,loops)
使用jit来转换函数,一种更为常见的方式是使用装饰器的写法,如下所示:
@jit
def sum_matrix_jit(M):
N1, N2 = M.shape
result = 0
for i in range(N1):
for j in range(N2):
result += M[i, j]
return result
如果希望使用jit加速后的函数完全不受Python解释器的干涉,我们可以使用nopython或者@njit,这种模式下将会提供一个最优的性能来优化for循环。如果代码涉及非数值处理情形,python解释器是重要的,必须避免使用该模式。代码实现如下:
from numba import njit
@njit # or @jit(nopython=True)
def sum_matrix_njit(M):
N1, N2 = M.shape
result = 0
for i in range(N1):
for j in range(N2):
result += M[i, j]
return result
为了对比使用@jit和@njit,参考上述例子二者的对比实验如下:
if __name__ == "__main__":
np.random.seed(1234)
M = np.random.random([int(4e3)] * 2)
loops = 5
print_run_time(sum_matrix_jit,M,loops)
print_run_time(sum_matrix_njit, M, loops)
本文简单介绍了numba库的安装和常见的使用方法,针对数值运算的python函数,只需要添加简单的@jit装饰器,就可以让运行速度大幅提升,强烈推荐大家在日常的工作学习中使用。
参考 链接一 链接二