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为啥我的Python这么慢 - 项查找 (二)

为啥我的Python这么慢 - 项查找 (二)

作者: 生信宝典 | 来源:发表于2018-04-26 19:59 被阅读10次

    欢迎关注天下博客:http://blog.genesino.com/2017/10/list-dict-set-speed/
    上一篇为啥我的Python这么慢, 字符串的加和和join被陈群主分享到biopython-生信QQ群时,乐平指出字典的写法存在问题,并给了一篇知乎的链接https://zhuanlan.zhihu.com/p/28738634指导如何高效字典操作。

    根据那篇文章改了两处写法,如下:

    from collections import defaultdict
    
    aDict = defaultdict(list)
    
    for line in open("GRCh38.fa"):
        if line[0] == '>':
            key = line[1:-1]
        else:
            aDict[key].append(line.strip())
    #----------------------------------------
    for key, value in aDict.iteritems():
        aDict[key] = ''.join(value)
    
    

    比之前提速接近2s。一个是使用了defaultdict初始化字典,另外一个是用iteritems遍历字典,节省近一半的内存。

    defaultdict用在这效果不太明显,之前处理全基因组每个位点数据的频繁存取时,defaultdict在程序无论速度还是写法上都有很大提升。

    time python readFaJoin2.py
    
    real    0m49.114s
    user    0m38.442s
    sys 0m10.565s
    
    

    字典本身还有更多高效用法,可以去参考知乎的那篇文章。这儿介绍的是妙用字典的哈希属性快速查找项。

    在生信操作中,常常会在一个大矩阵中匹配已小部分基因或位点,提取关注的基因或位点的信息。最开始的写法是:

    targetL = ['a', 'n', 'c', 'd']
    if item in targetL:
        other_operations
    
    

    后来,随着数据量变大,发现这个速度并不快,于是换了下面的方式

    targetL = ['a', 'n', 'c', 'd']
    targetD = dict.fromkeys(targetL, 0)
    
    if item in targetD:
        other_operations
    
    

    又可以愉快的查询了。

    为什么呢?

    这是因为:在Pyhton中列表的查询时间复杂度是O(n)(n是列表长度);字典的查询负责度是O(1)(与字典长度无关)。

    字典的查询复杂度为什么是O(1)呢? Python中实现了一个hash函数,把字典的key转换为哈希值,组成连续地址的数字哈希表。字典的每次查询转换为了从数组特定位置取出一个元素,所以时间复杂度为O(1)

    后来发现pythonset也是用hash table存储,所以上面的程序,可以更简化而不影响速度。

    targetS = set(['a', 'n', 'c', 'd'])
    
    if item in targetS:
        other_operations
    
    

    那么速度到底差多大,有没有直观一些的展示呢? 这是StackOverflow的一个简化例子, 百万倍速度差异。

    ct@ehbio:~$ python -mtimeit -s 'd=range(10**7)' '5*10**6 in d'
    
    

    10 loops, best of 3: 182 msec per loop

    ct@ehbio:~$ python -mtimeit -s 'd=dict.fromkeys(range(10**7))' '5*10**6 in d'
    
    

    10000000 loops, best of 3: 0.16 usec per loop

    ct@ehbio:~$ python -mtimeit -s 'd=set(range(10**7))' '5*10**6 in d'
    
    

    10000000 loops, best of 3: 0.164 usec per loop

    Ref:

    <footer class="entry-meta" style="box-sizing: border-box; display: block; font-size: 0.75rem; text-transform: uppercase; color: rgba(187, 187, 187, 0.8); margin: 50px 30px 30px; text-align: center; font-family: Lato, Calibri, Arial, sans-serif; font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: 400; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-indent: 0px; white-space: normal; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial;">PYTHONBIOINFOCHENTONG
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