Python 运行加速小技巧

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使用 PyPy 代替 CPython

Python 的默认解释器是 CPython，它是用 C 语言实现的。由于 CPython 的执行效率比较低，因此在一些算法竞赛中，会使用 PyPy 代替 CPython。PyPy 是用 Python 语言实现的，它的执行效率比 CPython 平均高出 5 倍。由于某些 Python 早期发展历史原因，许多常用的第三方库都是针对 CPython 解释器进行设计和优化的，使用 PyPy 时可能会使程序变得更慢甚至无法运行，这也是 Python 仍把 CPython 作为默认解释器的原因。

但在日常的算法练习或是正规的算法竞赛中，往往都不会用到这样的第三方库，而 PyPy 的执行效率却比 CPython 高出很多，因此在这些场景中，使用 PyPy 代替 CPython 可以获得很大的加速效果。

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使用 sys.stdin.readline 代替 input

Python 自带的输入函数 input 可以读取一行输入，并把它以字符串类型返回。但是 input 的执行效率比较低，因此在一些算法竞赛中，会使用 sys.stdin.readline 代替 input。sys.stdin.readline 也可以读取一行输入，并把它以字符串类型返回，与 input 的区别在于，sys.stdin.readline 会把末尾的换行符 \n 读取进来作为字符串的最后一个字符，而 input 则不会。

下图是使用相同的程序和解释器提交 Codeforce 1798 C. Candy Store，分别使用 input 和 sys.stdin.readline 读取输入的执行时间对比。

可以看出，当输入数据规模较大时，使用 sys.stdin.readline 代替 input 可以获得十分可观的性能提升。

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使用局部变量代替全局变量

在 Python 中，全局变量与局部变量的实现方法不同，访问局部变量往往比访问全局变量要快。因此在一些算法竞赛中，会使用局部变量代替全局变量。

下面是许多 Python 初学者的简单写法，将整个程序在全局范围内运行：

import time
start = time.time()

n = 10000
for i in range(n):
    for j in range(n):
        temp = i**2 + j**2

end = time.time()
print(end - start)
# 44.94498109817505

下面是将程序放到 main 函数中运行的写法，这样可以减少使用全局变量：

import time
start = time.time()

def main():
    n = 10000
    for i in range(n):
        for j in range(n):
            temp = i**2 + j**2
main()

end = time.time()
print(end - start)
# 40.268553256988525

可以看到，当 n 为 10000 时，使用局部变量代替全局变量可以获得约 10% 的性能提升。

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使用 from … import … 代替 import

Python 中的 import 语句会把模块中的所有内容都导入到当前作用域中，而 from ... import ... 语句只会导入指定的内容。除此之外，对模块的 . 操作也会消耗额外的时间，所以使用 from ... import ... 语句代替 import 语句可以获得一定的性能提升。

直接 import 模块：

import time
start = time.time()

import math
n = 10000
for i in range(n):
    for j in range(n):
        temp = math.sqrt(i) + math.sqrt(j)

end = time.time()
print(end - start)
# 20.36855411529541

使用 from ... import ... 语句代替 import 语句：

import time
start = time.time()

from math import sqrt
n = 10000
for i in range(n):
    for j in range(n):
        temp = sqrt(i) + sqrt(j)

end = time.time()
print(end - start)
# 17.78050708770752

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使用 join 代替 + 拼接字符串

在 Python 中，+ 操作符可以用来拼接字符串，但是使用 + 来连接字符串时，会产生多个临时中间字符串，这会消耗额外的时间和空间。而 join 方法则是计算结果字符串所需的空间，然后一次性分配空间并进行连接。

使用 + 拼接字符串：

import time
start = time.time()

n = 10**7
c = ['0'] * n
s = ''
for i in c:
    s += i

end = time.time()
print(end - start)
# 2.7627029418945312

使用 join 拼接字符串：

import time
start = time.time()

n = 10**7
c = ['0'] * n
s = ''.join(c)

end = time.time()
print(end - start)
# 0.0600128173828125

可以看到，当需要拼接的字符串数量较多时，使用 join 拼接字符串可以获得很大的性能提升。