使用Cython加速你的Python代碼
如果您曾經(jīng)用Python編寫(xiě)過(guò)代碼，那么您可能花費(fèi)了比您希望的更多的時(shí)間等待某些代碼塊的執(zhí)行。雖然有一些方法可以提高代碼的效率，但是它很可能仍然比C代碼慢。這主要?dú)w結(jié)為Python是一種動(dòng)態(tài)編程語(yǔ)言，并將許多C在編譯期間負(fù)責(zé)的事情轉(zhuǎn)移到運(yùn)行。
不過(guò)，如果喜歡用Python編碼，并且仍然希望加快代碼速度，那么可以考慮使用Cython。雖然Cython本身是一種獨(dú)立的編程語(yǔ)言，但它很容易合并到你的工作流程中。在執(zhí)行時(shí)，Cython會(huì)將Python代碼轉(zhuǎn)換為C，通常會(huì)大大加快速度。
安裝Cython
為了能夠使用Cython，你需要一個(gè)C編譯器。因此，安裝過(guò)程因您當(dāng)前的操作系統(tǒng)而異。對(duì)于Linux，通常有GNU C編譯器(gncc)。對(duì)于Mac OS，你可以下載Xcode來(lái)獲取gncc。如果您應(yīng)該使用Windows，那么安裝過(guò)程會(huì)有點(diǎn)復(fù)雜。更多信息請(qǐng)?jiān)L問(wèn)Cython的GitHub：
https://github.com/cython/cython/wiki/InstallingOnWindows
一旦你有了你的C編譯器，所有你需要運(yùn)行在你的終端是：
- pip install Cython
如何使用Cython
展示Cython功能的最簡(jiǎn)單方法是通過(guò)Jupyter notebook。要在我們的notebook中使用Cython，我們將使用IPython magic命令。Magic命令以百分號(hào)開(kāi)始，并提供一些額外的特性，以增強(qiáng)您的工作流程。一般來(lái)說(shuō)，有兩種類(lèi)型的magic命令：
- 行magic由一個(gè)“%”表示，只對(duì)一行輸入進(jìn)行操作
- 單元格magic由兩個(gè)“%”表示，并對(duì)多行輸入進(jìn)行操作。
讓我們開(kāi)始：
首先，為了能夠使用Cython，我們必須運(yùn)行：
- %load_ext Cython
現(xiàn)在，每當(dāng)我們想在一個(gè)代碼單元中運(yùn)行Cython時(shí)，我們必須首先在單元格中放入以下magic命令：
- %%cython
一旦您完成了這些，您就可以開(kāi)始使用Cython進(jìn)行編碼了。
Cython快了多少
Cython比普通Python代碼快多少實(shí)際上取決于代碼本身。例如，如果您運(yùn)行的是具有許多變量的計(jì)算開(kāi)銷(xiāo)較大的循環(huán)，那么Cython的性能將大大優(yōu)于常規(guī)Python代碼。遞歸函數(shù)也會(huì)使Cython比Python快得多。
讓我們用斐波那契序列來(lái)演示這一點(diǎn)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，這個(gè)算法是通過(guò)將前兩個(gè)數(shù)相加來(lái)找到下一個(gè)數(shù)。這是它在Python中的樣子：
- def fibonacci(n): if n < 0:
- print("1st fibonacci number = 0") elif n == 1:
- return 0 elif n == 2:
- return 1 else:
- return fibonacci(n-1) + fibonacci(n-2)
首先，為了能夠使用Cython，我們必須運(yùn)行：
如您所見(jiàn)，查找序列中的第39個(gè)數(shù)字花費(fèi)了13.3秒。這里的Wall time指的是函數(shù)調(diào)用從開(kāi)始到結(jié)束所花費(fèi)的總時(shí)間。
讓我們?cè)贑ython中定義相同的函數(shù)。
這是怎么回事?如你所見(jiàn)，我們?cè)谏厦媸褂昧艘恍┘?xì)胞magic，允許我們?cè)谶@個(gè)細(xì)胞中使用Cython。我稍后將解釋“-a”選項(xiàng)的作用。然后，我們基本上采用與上面相同的代碼，除了現(xiàn)在我們能夠使用靜態(tài)類(lèi)型聲明并將n定義為integer類(lèi)型。
如您所見(jiàn)，通過(guò)在這個(gè)神奇的命令之后添加“-a”，我們收到了注釋?zhuān)@些注釋顯示了代碼中有多少Python交互。這里的目標(biāo)是去掉所有的黃線，用白色的背景代替。在這種情況下，沒(méi)有Python交互，所有代碼都將在C中運(yùn)行。您還可以單擊每一行旁邊的“+”符號(hào)，查看Python代碼的C語(yǔ)言翻譯。
代碼快了多少?讓我們來(lái)看看：
在這種情況下，Cython大約比Python快6.75倍。這清楚地展示了利用Cython的節(jié)省時(shí)間的能力，在這方面，Cython提供了比常規(guī)Python代碼更好的改進(jìn)。
