【附代码】Python函数性能测试(perfplot)

文章目录

    • 相关文献
    • 测试电脑配置
    • 展开元素是list的list
    • 在numpy数组上映射函数的最有效方法
    • 数组numpy中唯一值的最有效频率计数方法
    • 反转numpy数组的最有效方法
    • 如何向 numpy 数组添加额外的列
    • 将 numpy 矩阵初始化为零或一以外的值

作者:小猪快跑

基础数学&计算数学,从事优化领域5年+,主要研究方向:MIP求解器、整数规划、随机规划、智能优化算法

如有错误,欢迎指正。如有更好的算法,也欢迎交流!!!——@小猪快跑

相关文献

  • Making a flat list out of list of lists in Python
  • Most efficient way to map function over numpy array
  • numpy: most efficient frequency counts for unique values in an array
  • Most efficient way to reverse a numpy array
  • How to add an extra column to an numpy array
  • Initializing numpy matrix to something other than zero or one

测试电脑配置

博主三千元电脑的渣渣配置:

CPU model: AMD Ryzen 7 7840HS w/ Radeon 780M Graphics, instruction set [SSE2|AVX|AVX2|AVX512]
Thread count: 8 physical cores, 16 logical processors, using up to 16 threads

展开元素是list的list

输入:

[
    [1, 2, 3],
    [4, 5, 6],
    [7],
    [8, 9]
]

输出:

[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

我们从两个维度测试,一种是sub-list的元素数量固定,增加list里面的元素:

f = lambda n: [list(range(10))] * n
f(1) = [[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]]
f(3) = [[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9], [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9], [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]]

在这里插入图片描述

另一种是list里面的元素数量固定,增加sub-list的元素数量:

g = lambda n: [list(range(n))] * 10
g(1) = [[0], [0], [0], [0], [0], [0], [0], [0], [0], [0]]
g(3) = [[0, 1, 2], [0, 1, 2], [0, 1, 2], [0, 1, 2], [0, 1, 2], [0, 1, 2], [0, 1, 2], [0, 1, 2], [0, 1, 2], [0, 1, 2]]

在这里插入图片描述

import functools
import itertools
import operator
import numpy as np
import perfplot
from matplotlib import pyplot as plt


def forfor(a):
    return [item for sublist in a for item in sublist]


def sum_brackets(a):
    return sum(a, [])


def functools_reduce(a):
    return functools.reduce(operator.concat, a)


def functools_reduce_iconcat(a):
    return functools.reduce(operator.iconcat, a, [])


def itertools_chain(a):
    return list(itertools.chain.from_iterable(a))


def numpy_flat(a):
    return list(np.array(a).flat)


def numpy_concatenate(a):
    return list(np.concatenate(a))


def extend(a):
    out = []
    for sublist in a:
        out.extend(sublist)
    return out


b = perfplot.bench(
    setup=lambda n: [list(range(10))] * n,
    # setup=lambda n: [list(range(n))] * 10,
    kernels=[
        forfor,
        sum_brackets,
        functools_reduce,
        functools_reduce_iconcat,
        itertools_chain,
        numpy_flat,
        numpy_concatenate,
        extend,
    ],
    n_range=[2 ** k for k in range(16)],
    xlabel="num lists (of length 10)",
    # xlabel="len lists (10 lists total)"
)

plt.figure(dpi=300)
b.save("out.png")
b.show()

在numpy数组上映射函数的最有效方法

我们有numpy数组,期望对每个元素做同样的函数操作

import numpy as np 

x = np.array([1, 2, 3, 4, 5])

# Obtain array of square of each element in x
squarer = lambda t: t ** 2
squares = np.array([squarer(xi) for xi in x])

如果你试图向量化的函数已经被向量化了(就像上面的x**2例子),那么使用它比其他任何东西都快得多(注意对数比例):

在这里插入图片描述

import numpy as np
import perfplot
import math

from matplotlib import pyplot as plt


def f(x):
    # return math.sqrt(x)
    return np.sqrt(x)


vf = np.vectorize(f)


def array_for(x):
    return np.array([f(xi) for xi in x])


def array_map(x):
    return np.array(list(map(f, x)))


def fromiter(x):
    return np.fromiter((f(xi) for xi in x), x.dtype)


def vectorize(x):
    return np.vectorize(f)(x)


def vectorize_without_init(x):
    return vf(x)


b = perfplot.bench(
    setup=np.random.rand,
    n_range=[2 ** k for k in range(20)],
    kernels=[
        f,
        array_for,
        array_map,
        fromiter,
        vectorize,
        vectorize_without_init,
    ],
    xlabel="len(x)",
)

plt.figure(dpi=300)
b.save("out1.png")
b.show()

数组numpy中唯一值的最有效频率计数方法

输入:

[14, 31, 27, 27, 31, 13, 14, 13]

输出:

Item frequency:
[
    [13  2]
    [14  2]
    [27  2]
    [31  2]
]

在这里插入图片描述

# numpy most efficient frequency counts for unique values in an array
import numpy as np
import pandas as pd
import perfplot
from matplotlib import pyplot as plt


def bincount(a):
    y = np.bincount(a)
    ii = np.nonzero(y)[0]
    return np.vstack((ii, y[ii])).T


def unique(a):
    unique, counts = np.unique(a, return_counts=True)
    return np.asarray((unique, counts)).T


def unique_count(a):
    unique, inverse = np.unique(a, return_inverse=True)
    count = np.zeros(len(unique), dtype=int)
    np.add.at(count, inverse, 1)
    return np.vstack((unique, count)).T


def pandas_value_counts(a):
    out = pd.value_counts(pd.Series(a))
    out.sort_index(inplace=True)
    out = np.stack([out.keys().values, out.values]).T
    return out


b = perfplot.bench(
    setup=lambda n: np.random.randint(0, 1000, n),
    kernels=[bincount, unique, unique_count, pandas_value_counts],
    n_range=[2 ** k for k in range(26)],
    xlabel="len(a)",
)
plt.figure(dpi=300)
b.save("out.png")
b.show()

反转numpy数组的最有效方法

输入:

[1, 3, 2]

输出:

[2, 3, 1]

在这里插入图片描述

import numpy
import perfplot
from matplotlib import pyplot as plt

b = perfplot.bench(
    setup=lambda n: numpy.random.randint(0, 1000, n),
    kernels=[
        lambda a: a[::-1],
        lambda a: numpy.ascontiguousarray(a[::-1]),
        lambda a: numpy.fliplr([a])[0],
    ],
    labels=["a[::-1]", "ascontiguousarray(a[::-1])", "fliplr"],
    n_range=[2 ** k for k in range(25)],
    xlabel="len(a)",
)
plt.figure(dpi=300)
b.save('out.png')
b.show()

如何向 numpy 数组添加额外的列

输入:

[14, 31, 27, 27]

输出:

[
    [14, 14],
    [31, 31],
    [27, 27],
    [27, 27]
]

在这里插入图片描述

import numpy as np
import perfplot
from matplotlib import pyplot as plt

b = perfplot.bench(
    setup=np.random.rand,
    kernels=[
        lambda a: np.c_[a, a],
        lambda a: np.ascontiguousarray(np.stack([a, a]).T),
        lambda a: np.ascontiguousarray(np.vstack([a, a]).T),
        lambda a: np.column_stack([a, a]),
        lambda a: np.concatenate([a[:, None], a[:, None]], axis=1),
        lambda a: np.ascontiguousarray(np.concatenate([a[None], a[None]], axis=0).T),
        lambda a: np.stack([a, a]).T,
        lambda a: np.vstack([a, a]).T,
        lambda a: np.concatenate([a[None], a[None]], axis=0).T,
    ],
    labels=[
        "c_",
        "ascont(stack)",
        "ascont(vstack)",
        "column_stack",
        "concat",
        "ascont(concat)",
        "stack (non-cont)",
        "vstack (non-cont)",
        "concat (non-cont)",
    ],
    n_range=[2 ** k for k in range(23)],
    xlabel="len(a)",
)
plt.figure(dpi=300)
b.save("out.png")
b.show()

将 numpy 矩阵初始化为零或一以外的值

在这里插入图片描述

import numpy
import perfplot
from matplotlib import pyplot as plt

val = 42.0


def fill(n):
    a = numpy.empty(n)
    a.fill(val)
    return a


def colon(n):
    a = numpy.empty(n)
    a[:] = val
    return a


def full(n):
    return numpy.full(n, val)


def ones_times(n):
    return val * numpy.ones(n)


def list(n):
    return numpy.array(n * [val])


b = perfplot.bench(
    setup=lambda n: n,
    kernels=[fill, colon, full, ones_times, list],
    n_range=[2 ** k for k in range(20)],
    xlabel="len(a)",
)
plt.figure(dpi=300)
b.save("out.png")
b.show()

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