python cython c 性能对比
我们用以下方法计算百万以上float型数据的标准偏差,以估计各个方法的计算性能:
- 原始python
- numpy
- cython
- c(由cython调用)
python 原始方法:
- # File: StdDev.py
- import math
- def pyStdDev(a):
- mean = sum(a) / len(a)
- return math.sqrt((sum(((x - mean)**2 for x in a)) / len(a)))
引入numpy对象:
- # File: StdDev.py
- import numpy as np
- def npStdDev(a):
- return np.std(a)
简单cython代码:
- # File: cyStdDev.pyx
- import math
- def cyStdDev(a):
- m = a.mean()
- w = a - m
- wSq = w**2
- return math.sqrt(wSq.mean())
numpy优化后的cython:
- # File: cyStdDev.pyx
- cdef extern from "math.h":
- double sqrt(double m)
- from numpy cimport ndarray
- cimport numpy as np
- cimport cython
- @cython.boundscheck(False)
- def cyOptStdDev(ndarray[np.float64_t, ndim=1] a not None):
- cdef Py_ssize_t i
- cdef Py_ssize_t n = a.shape[0]
- cdef double m = 0.0
- for i in range(n):
- m += a[i]
- m /= n
- cdef double v = 0.0
- for i in range(n):
- v += (a[i] - m)**2
- return sqrt(v / n)
最后cython调用”c”代码:
- # File: cyStdDev.pyx
- cdef extern from "std_dev.h":
- double std_dev(double *arr, size_t siz)
- def cStdDev(ndarray[np.float64_t, ndim=1] a not None):
- return std_dev(<double*> a.data, a.size)
“c”代码定义在“std_dev.h”:
- #include <stdlib.h>
- double std_dev(double *arr, size_t siz);
在“std_dev.c”实现:
- #include <math.h>
- #include "std_dev.h"
- double std_dev(double *arr, size_t siz) {
- double mean = 0.0;
- double sum_sq;
- double *pVal;
- double diff;
- double ret;
- pVal = arr;
- for (size_t i = ; i < siz; ++i, ++pVal) {
- mean += *pVal;
- }
- mean /= siz;
- pVal = arr;
- sum_sq = 0.0;
- for (size_t i = ; i < siz; ++i, ++pVal) {
- diff = *pVal - mean;
- sum_sq += diff * diff;
- }
- return sqrt(sum_sq / siz);
- }
分别测量其运行时间:
- # Pure Python
- python3 -m timeit -s "import StdDev; import numpy as np; a = [float(v) for v in range(1000000)]" "StdDev.pyStdDev(a)"
- # Numpy
- python3 -m timeit -s "import StdDev; import numpy as np; a = np.arange(1e6)" "StdDev.npStdDev(a)"
- # Cython - naive
- python3 -m timeit -s "import cyStdDev; import numpy as np; a = np.arange(1e6)" "cyStdDev.cyStdDev(a)"
- # Optimised Cython
- python3 -m timeit -s "import cyStdDev; import numpy as np; a = np.arange(1e6)" "cyStdDev.cyOptStdDev(a)"
- # Cython calling C
- python3 -m timeit -s "import cyStdDev; import numpy as np; a = np.arange(1e6)" "cyStdDev.cStdDev(a)"
结果:
方法 | 运行时间(ms) | python做基准 | numpy做基准 |
python | 183 | 1倍 | 0.03倍 |
numpy | 5.97 | 31 | 1 |
cython | 7.76 | 24 | 0.8 |
cython + numpy | 2.18 | 84 | 2.7 |
调用c | 2.22 | 82 | 2.7 |
总结:
- numpy优化速度很高,相比于python
- cython 在非优化状态下居然跟numpy性能差不多,优秀
- 直接手写c语言是性能很高的,但还是不如cython+numpy,大爷还是厉害
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qsy 23 may 2019
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