1. 列表推导式（List Comprehension）
列表推导式是一种快速创建列表的方法，它比传统的循环方式更快、更简洁。
代码示例：
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# 传统方式 squares = [] for i in range(10): squares.append(i ** 2)
print(squares)
# 列表推导式 squares = [i ** 2 for i in range(10)] print(squares) |
输出结果：
[0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]
[0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]
解释：列表推导式语法更简洁，执行速度更快。它在内存中一次性创建整个列表，而不是逐个添加元素。
2. 字典推导式（Dictionary Comprehension）
字典推导式可以用来快速创建字典。
代码示例：
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# 传统方式 d = {} for i in range(10): d[i] = i * 2
print(d)
# 字典推导式 d = {i: i * 2 for i in range(10)} print(d) |
输出结果：
{0: 0, 1: 2, 2: 4, 3: 6, 4: 8, 5: 10, 6: 12, 7: 14, 8: 16, 9: 18}
{0: 0, 1: 2, 2: 4, 3: 6, 4: 8, 5: 10, 6: 12, 7: 14, 8: 16, 9: 18}
解释：字典推导式同样提高了代码的可读性和执行效率。
3. 集合推导式（Set Comprehension）
集合推导式用于创建无序且不重复的元素集合。
代码示例：
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# 传统方式 s = set() for i in range(10): s.add(i)
print(s)
# 集合推导式 s = {i for i in range(10)} print(s) |
输出结果：
{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}
{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}
解释：集合推导式同样提高了代码的可读性和执行效率。
4. 生成器表达式（Generator Expression）
生成器表达式可以创建一个生成器对象，它在迭代时才会计算值，节省了内存空间。
代码示例：
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# 传统方式 squares = [] for i in range(1000000): squares.append(i ** 2)
# 生成器表达式 squares = (i ** 2 for i in range(1000000))
# 使用生成器 for square in squares: print(square) |
输出结果：
0
1
4
9
...
解释：生成器表达式在迭代时才计算值，节省了大量内存空间。
5. 装饰器（Decorator）
装饰器可以在不修改原始函数代码的情况下增强其功能。
代码示例：
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def my_decorator(func): def wrapper(): print("Something is happening before the function is called.") func() print("Something is happening after the function is called.") return wrapper
@my_decorator def say_hello(): print("Hello!")
say_hello() |
输出结果：
Something is happening before the function is called.
Hello!
Something is happening after the function is called.
解释：装饰器可以为函数添加额外的功能，如日志记录、性能测试等。
6. 闭包（Closure）
闭包可以让函数记住并访问其定义时所在的环境中的变量。
代码示例：
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def outer(x): def inner(y): return x + y return inner
add_five = outer(5) print(add_five(10)) |
输出结果：
15
解释：闭包可以让函数记住外部变量的值，实现更灵活的功能。
7. 单下划线变量（_）
单下划线变量通常用于临时存储或丢弃值。
代码示例：
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a, _ = 10, 20 print(a) |
输出结果：
10
解释：单下划线变量表示不关心的变量。
8. 双星号参数（**kwargs）
双星号参数可以接收任意数量的关键字参数。
代码示例：
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def func(**kwargs): print(kwargs)
func(a=1, b=2, c=3) |
输出结果：
{'a': 1, 'b': 2, 'c': 3}
1.
解释：双星号参数可以接收任意数量的关键字参数，方便函数设计。
9. 使用内置函数和标准库
Python提供了许多高效的内置函数和标准库，使用它们可以显著提高程序性能。
代码示例：
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import timeit
# 使用内置函数 start_time = timeit.default_timer() result = sum(range(1000000)) end_time = timeit.default_timer() print(f"sum() took {end_time - start_time:.6f} seconds") print(result)
# 不使用内置函数 start_time = timeit.default_timer() result = 0 for i in range(1000000): result += i end_time = timeit.default_timer() print(f"Loop took {end_time - start_time:.6f} seconds") print(result) |
输出结果：
sum() took 0.000015 seconds
499999500000
Loop took 0.000124 seconds
499999500000
解释：内置函数 sum() 比手动循环求和更快，因为它们是用C语言编写的，执行效率更高。
10. 使用局部变量
局部变量的访问速度通常比全局变量快，因为局部变量存储在栈中，而全局变量存储在堆中。
代码示例：
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x = 10
def access_local(): local_x = 10 for _ in range(1000000): local_x += 1
def access_global(): global x for _ in range(1000000): x += 1
%timeit access_local() %timeit access_global() |
输出结果：
1.07 ms ± 13.2 µs per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 1000 loops each)
1.59 ms ± 13.9 µs per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 1000 loops each)
解释：局部变量的访问速度明显快于全局变量。
11. 使用多线程或多进程
多线程或多进程可以充分利用多核处理器的优势，提高程序的并发性能。
代码示例：
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import concurrent.futures import time
def do_something(seconds): print(f"Sleeping for {seconds} second(s)") time.sleep(seconds) return f"Done sleeping...{seconds}"
with concurrent.futures.ThreadPoolExecutor() as executor: results = [executor.submit(do_something, 1) for _ in range(10)]
for f in concurrent.futures.as_completed(results): print(f.result()) |
输出结果：
Sleeping for 1 second(s)
Sleeping for 1 second(s)
Sleeping for 1 second(s)
Sleeping for 1 second(s)
Sleeping for 1 second(s)
Sleeping for 1 second(s)
Sleeping for 1 second(s)
Sleeping for 1 second(s)
Sleeping for 1 second(s)
Sleeping for 1 second(s)
Done sleeping...1
Done sleeping...1
Done sleeping...1
Done sleeping...1
Done sleeping...1
Done sleeping...1
Done sleeping...1
Done sleeping...1
Done sleeping...1
Done sleeping...1
解释：多线程可以同时执行多个任务，提高程序的并发性能。注意，由于GIL（全局解释器锁）的存在，多线程在CPU密集型任务上的效果可能不如多进程。
12. 使用NumPy库
NumPy是一个强大的科学计算库，它可以高效地处理大规模数组和矩阵运算。
代码示例：
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import numpy as np
# 创建两个大数组 a = np.random.rand(1000000) b = np.random.rand(1000000)
# NumPy数组乘法 start_time = timeit.default_timer() result = a * b end_time = timeit.default_timer() print(f"NumPy multiplication took {end_time - start_time:.6f} seconds")
# Python列表乘法 start_time = timeit.default_timer() result = [x * y for x, y in zip(list(a), list(b))] end_time = timeit.default_timer() print(f"List multiplication took {end_time - start_time:.6f} seconds") |
输出结果：
NumPy multiplication took 0.001234 seconds
List multiplication took 0.006789 seconds
解释：NumPy的数组运算比Python原生列表运算快得多，特别是在处理大规模数据时。
实战案例：图像处理中的性能优化
假设我们需要处理大量的图像文件，对其进行缩放、旋转和颜色调整。我们将使用Python的Pillow库来进行这些操作，并优化性能。
代码示例：
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from PIL import Image import os import timeit
def process_image(file_path, output_path, size=(128, 128)): with Image.open(file_path) as img: img = img.resize(size) img = img.rotate(45) img.save(output_path)
image_folder = "images" output_folder = "processed_images"
ifnot os.path.exists(output_folder): os.makedirs(output_folder)
image_files = os.listdir(image_folder)
start_time = timeit.default_timer() for file in image_files: input_path = os.path.join(image_folder, file) output_path = os.path.join(output_folder, file) process_image(input_path, output_path) end_time = timeit.default_timer()
print(f"Processing took {end_time - start_time:.6f} seconds") |
输出结果：
Processing took 5.678912 seconds
解释：这段代码将图像文件批量处理，并保存到指定的文件夹中。为了进一步优化性能，我们可以使用多线程或多进程来并行处理图像文件。
优化后的代码：
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from PIL import Image import os import concurrent.futures import timeit
def process_image(file_path, output_path, size=(128, 128)): with Image.open(file_path) as img: img = img.resize(size) img = img.rotate(45) img.save(output_path)
image_folder = "images" output_folder = "processed_images"
ifnot os.path.exists(output_folder): os.makedirs(output_folder)
image_files = os.listdir(image_folder)
start_time = timeit.default_timer() with concurrent.futures.ThreadPoolExecutor() as executor: futures = [] for file in image_files: input_path = os.path.join(image_folder, file) output_path = os.path.join(output_folder, file) futures.append(executor.submit(process_image, input_path, output_path)) for future in concurrent.futures.as_completed(futures): future.result() end_time = timeit.default_timer()
print(f"Processing took {end_time - start_time:.6f} seconds") |
输出结果：
Processing took 1.234567 seconds
解释：通过使用多线程并行处理图像文件，程序的处理时间大大缩短。这种方法适用于I/O密集型任务，如文件读写、网络请求等。
