详解如何利用Cython为Python代码加速
引言 通常,在 Python 中写循环(特别是多重循环)非常的慢,在文章 https://www.oudahe.com/p/47620/中,我们的元胞自动机的状态更新函数 update_state 使用了两重循环,所以我们尝试用 Cython 重构该方法。 代码 我们在同文件夹下新建一个 update.pyx 文件,写入如下内容 import numpy as np cimport numpy as np cimport cython DTYPE = np.float ctypedef np.float_t DTYPE_t def update_state(np.ndarray[DTYPE_t,ndim=2] cells): return update_state_c(cells) @cython.boundscheck(False) @cython.wraparound(False) cdef np.ndarray[DTYPE_t,ndim=2] update_state_c(np.ndarray[DTYPE_t,ndim=2] cells): """更新一次状态""" cdef unsigned int i cdef unsigned int j cdef np.ndarray[DTYPE_t,ndim=2] buf = np.zeros((cells.shape[0],cells.shape[1]),dtype=DTYPE) cdef DTYPE_t neighbor_num for i in range(1,cells.shape[0] - 1): for j in range(1,cells.shape[0] - 1): # 计算该细胞周围的存活细胞数 neighbor_num = cells[i,j-1] + cells[i,j+1] + cells[i+1,j] + cells[i-1,j] + cells[i-1,j-1] + cells[i-1,j+1] + cells[i+1,j-1] + cells[i+1,j+1] if neighbor_num == 3: buf[i,j] = 1 elif neighbor_num == 2: buf[i,j] = cells[i,j] else: buf[i,j] = 0 return buf update_state_c 函数上的两个装饰器是用来关闭 Cython 的边界检查的。 在同文件下新建一个 setup.py 文件 import numpy as np from distutils.core import setup from Cython.Build import cythonize setup( name="Cython Update State",ext_modules=cythonize("update.pyx"),include_dirs=[np.get_include()] ) 因为在 Cython 文件中使用了 NumPy 的头文件,所以我们需要在 setup.py 将其包含进去。 执行 python setup.py build_ext --inplace 后,同文件夹下会生成一个 update.cp36-win_amd64.pyd 的文件,这就是编译好的 C 扩展。 我们修改原始的代码,首先在文件头部加入 import update as cupdate,然后修改更新方法如下 def update_state(self): """更新一次状态""" self.cells = cupdate.update_state(self.cells) self.timer += 1 将原方法名就改为 update_state_py 即可,运行脚本,无异常。 测速 我们编写一个方法来测试一下使用 Cython 可以带来多少速度的提升 def test_time(): import time game = GameOfLife(cells_shape=(60,60)) t1 = time.time() for _ in range(300): game.update_state() t2 = time.time() print("Cython Use Time:",t2 - t1) del game game = GameOfLife(cells_shape=(60,60)) t1 = time.time() for _ in range(300): game.update_state_py() t2 = time.time() print("Native Python Use Time:",t2 - t1) 运行该方法,在我的电脑上输出如下
速度提升了 600 多倍。 以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持编程小技巧。 (编辑:李大同) 【声明】本站内容均来自网络,其相关言论仅代表作者个人观点,不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利,请及时与联系站长删除相关内容! |