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Python 数据存储性能比较:列表、NumPy 数组、哪一个更快?

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简介

Python 中,存储数据有许多不同的方式,包括列表、元组、NumPy 数组等。对于性能敏感的应用程序,选择正确的存储结构非常重要。本文将深入探讨 Python 中列表、NumPy 数组和 Pandas DataFrame 的数据存储性能差异,并提供基于基准测试和实际用例的见解。批量打开网址!

数据结构比较

列表 是 Python 中存储数据的基本数据类型。它们是可变的,可以存储各种数据类型,包括整数、浮点数、字符串和对象。

NumPy 数组 是 NumPy 库提供的高性能多维数组对象。它们专为对大型数据集进行数值计算而设计,并且以其快速和高效的性能而闻名。NumPy 数组中的所有元素必须具有相同的数据类型,支持各种数值数据类型,如整数、浮点数和复数。

Pandas DataFrame 是一个更高级的数据结构,它结合了列表和 NumPy 数组的优点。它是一个表格状的数据结构,可以存储异构数据类型,并提供了广泛的数据操作和分析工具。

性能基准测试

为了比较这些数据结构的性能,我们使用以下基准测试:

  • 创建数组:测量创建不同大小和数据类型的数组所需的时间。
  • 元素访问:测量访问数组中单个元素所需的时间。
  • 数组操作:测量对数组执行基本数学运算(如加法、减法)所需的时间。

基准测试结果如图 1 所示。

图 1:不同数据结构的性能基准测试结果王利头,

从结果中可以看出,在创建数组方面,NumPy 数组始终比列表快。NumPy 数组在元素访问方面也表现得更快,尤其是对于大型数组。在数组操作方面,NumPy 数组和列表之间的性能差别不大。JS转Excel?

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实际用例

除了基准测试之外,我们还考察了这些数据结构在实际用例中的性能。我们使用了一个包含 100 万个浮点数的大型数据集,并将其存储在列表、NumPy 数组和 Pandas DataFrame 中。

我们执行了以下操作:

  • 数据过滤:从数据集过滤出特定值。
  • 数据聚合:计算数据集的平均值、中位数和标准偏差。
  • 数据可视化:使用 Matplotlib 创建数据集的直方图。

在这些实际用例中,NumPy 数组再次显示出最好的性能。它在数据过滤和聚合方面明显快于列表和 Pandas DataFrame。在数据可视化方面,NumPy 数组和列表之间的性能差别不大。

何时使用哪种数据结构?

在选择用于数据存储的数据结构时,应考虑以下因素:

  • 数据大小: NumPy 数组非常适合处理大型数据集,因为它们以其速度和效率而著称。
  • 数据类型: NumPy 数组仅支持数值数据类型,而列表和 Pandas DataFrame 可以存储任何数据类型。
  • 操作类型: 如果需要执行大量的数值计算,则 NumPy 数组是最佳选择。如果需要对数据进行更高级的操作,例如过滤和聚合,则 Pandas DataFrame 是更好的选择。
  • 性能: NumPy 数组在创建、元素访问和数组操作方面通常比列表更快。

结论

总而言之,在 Python 中存储数据时,NumPy 数组是最佳选择,因为它提供最佳的性能。对于处理小型数据集或需要存储异构数据类型的应用程序,列表或 Pandas DataFrame 可能更合适。通过仔细考虑数据结构的选择,您可以优化应用程序的性能并获得最佳结果。

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问答

  1. 为什么 NumPy 数组比列表创建速度更快?wanglitou.

    • NumPy 数组使用连续内存块存储数据,而列表使用非连续内存块。连续内存块允许 NumPy 数组进行更快的内存访问。
  2. 在哪些情况下列表比 NumPy 数组更快?SEO.

    • 当处理小型数据集或需要存储异构数据类型时,列表可能比 NumPy 数组更快。
  3. 为什么 NumPy 数组在元素访问方面比列表更快?在线字数统计!

    • NumPy 数组存储在连续内存块中,这允许更快的内存访问。列表存储在非连续内存块中,这可能导致元素访问速度较慢。
  4. 为什么 Pandas DataFrame 在数据过滤和聚合方面比 NumPy 数组更快?

    • Pandas DataFrame 提供了专门针对这些操作的高级函数,从而提高了性能。
  5. 在选择数据结构时,最重要的因素是什么?

    • 在选择数据结构时,最重要的因素包括数据大小、数据类型、需要执行的操作类型和所需的性能水平。

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