Python中bisect的使用方法

Python中列表（list）的实现其实是一个数组，当要查找某一个元素的时候时间复杂度是O(n)，使用list.index()方法，但是随着数据量的上升，list.index()的性能也逐步下降，所以我们需要使用bisect模块来进行二分查找，前提我们的列表是一个有序的列表。

递归二分查找和循环二分查找

def binary_search_recursion(lst, val, start, end):
    if start > end:
        return None
    mid = (start + end) // 2
    if lst[mid] < val:
        return binary_search_recursion(lst, val, mid + 1, end)
    if lst[mid] > val:
        return binary_search_recursion(lst, val, start, mid - 1)
    return mid

def binary_search_loop(lst, val):
    start, end = 0, len(lst) - 1
    while start <= end:
        mid = (start + end) // 2
        if lst[mid] < val:
            start = mid + 1
        elif lst[mid] > val:
            end = mid - 1
        else:
            return mid
    return None

　　

为了比对一下两者的性能，我们使用timeit模块来测试两个方法执行，timeit模块的timeit方法默认会对需要测试的函数执行1000000，然后返回执行的时间。

>>> import random
>>> from random import randint
>>> from random import choice
>>> random.seed(5)
>>> lst = [randint(1, 100) for _ in range(500000)]
>>> lst.sort()
>>> val = choice(lst)
>>> val
6
>>> def test_recursion():
...     return binary_search_recursion(lst, val, 0, len(lst) - 1)
...
>>> def test_loop():
...     return binary_search_loop(lst, val)
...
>>> import timeit
>>> t1 = timeit.timeit("test_recursion()", setup="from __main__ import test_recursion")
>>> t1
3.9838006450511045
>>> t2 = timeit.timeit("test_loop()", setup="from __main__ import test_loop")
>>> t2
2.749765167240339

　　

可以看到，循环二分查找比递归二分查找性能要来的好些。现在，我们先用bisect的二分查找测试一下性能

用bisect来搜索

>>> import bisect
>>> def binary_search_bisect(lst, val):
...     i = bisect.bisect(lst, val)
...     if i != len(lst) and lst[i] == val:
...         return i
...     return None
...
>>> def test_bisect():
...     return binary_search_bisect(lst, val)
...
>>> t3 = timeit.timeit("test_bisect()", setup="from __main__ import test_bisect")
>>> t3
1.3453236258177412

　　　　

对比之前，我们可以看到用bisect模块的二分查找的性能比循环二分查找快一倍。再来对比一下，如果用Python原生的list.index()的性能

>>> def test_index():
...     return lst.index(val)
...
>>> t4 = timeit.timeit("test_index()", setup="from __main__ import test_index")
>>> t4
518.1656223725007

　　

可以看到，如果用Python原生的list.index()执行1000000，需要500秒，相比之前的二分查找，性能简直慢到恐怖

用bisect.insort插入新元素

排序很耗时，因此在得到一个有序序列之后，我们最好能够保持它的有序。bisect.insort就是为这个而存在的

insort(seq, item)把变量item插入到序列seq中，并能保持seq的升序顺序

import random
from random import randint
import bisect

lst = []
SIZE = 10
random.seed(5)
for _ in range(SIZE):
    item = randint(1, SIZE)
    bisect.insort(lst, item)
    print('%2d ->' % item, lst)

　　

输出：

10 -> [10]
 5 -> [5, 10]
 6 -> [5, 6, 10]
 9 -> [5, 6, 9, 10]
 1 -> [1, 5, 6, 9, 10]
 8 -> [1, 5, 6, 8, 9, 10]
 4 -> [1, 4, 5, 6, 8, 9, 10]
 1 -> [1, 1, 4, 5, 6, 8, 9, 10]
 3 -> [1, 1, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10]
 2 -> [1, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10]