消除迴圈

撰寫高效的 Python 程式碼

Logan Thomas

Scientific Software Technical Trainer, Enthought

Python 的迴圈

迴圈樣式：
- for 迴圈：逐一走訪序列
- while 迴圈：條件成立就重複
- 「巢狀」迴圈：在迴圈裡再用迴圈
- 成本高！

消除迴圈的好處

程式碼更精簡
可讀性更好
- 「扁平勝於巢狀」
效率提升

用內建功能消除迴圈

# List of HP, Attack, Defense, Speed
poke_stats = [
    [90,  92, 75, 60],
    [25,  20, 15, 90],
    [65, 130, 60, 75],
    ...
]

替代文字：顯示寶可夢 Abomasnow、Abra、Absol，以及其對應的體力、攻擊、防禦、速度等欄位已標示

# List of HP, Attack, Defense, Speed
poke_stats = [
    [90,  92, 75, 60],
    [25,  20, 15, 90],
    [65, 130, 60, 75],
    ...
]

# For 迴圈作法
totals = []
for row in poke_stats:
    totals.append(sum(row))

# 串列生成式
totals_comp = [sum(row) for row in poke_stats]

# 內建 map() 函式
totals_map = [*map(sum, poke_stats)]

%%timeit
totals = []
for row in poke_stats:
    totals.append(sum(row))

每回圈 140 µs ± 1.94 µs（7 次、各 10000 回圈；平均值 ± 標準差）

%timeit totals_comp = [sum(row) for row in poke_stats]

每回圈 114 µs ± 3.55 µs（7 次、各 10000 回圈；平均值 ± 標準差）

%timeit totals_map = [*map(sum, poke_stats)]

每回圈 95 µs ± 2.94 µs（7 次、各 10000 回圈；平均值 ± 標準差）

用內建模組消除迴圈

poke_types = ['Bug', 'Fire', 'Ghost', 'Grass', 'Water']

# 巢狀 for 迴圈作法
combos = []
for x in poke_types:
    for y in poke_types:
        if x == y:
            continue
        if ((x,y) not in combos) & ((y,x) not in combos):
            combos.append((x,y))

# 內建模組作法
from itertools import combinations
combos2 = [*combinations(poke_types, 2)]

用 NumPy 消除迴圈

# Array of HP, Attack, Defense, Speed
import numpy as np

poke_stats = np.array([
    [90,  92, 75, 60],
    [25,  20, 15, 90],
    [65, 130, 60, 75],
    ...
])

用 NumPy 消除迴圈

avgs = []
for row in poke_stats:
    avg = np.mean(row)
    avgs.append(avg)

print(avgs)

[79.25, 37.5, 82.5, ...]

avgs_np = poke_stats.mean(axis=1)

print(avgs_np)

[ 79.25  37.5   82.5  ...]

用 NumPy 消除迴圈

%timeit avgs = poke_stats.mean(axis=1)

每回圈 23.1 µs ± 235 ns（7 次、各 10000 回圈；平均值 ± 標準差）

%%timeit
avgs = []
for row in poke_stats:
    avg = np.mean(row)
    avgs.append(avg)

每回圈 5.54 ms ± 224 µs（7 次、各 100 回圈；平均值 ± 標準差）

一起來練習吧！

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