Python 打印计算比执行计算花费更多时间

Question

我用 python 写了一个脚本，这让我很惊讶。 基本上，它需要五个 20 位数字，将它们相乘，然后将它们提高到 3000 的幂。timeit 模块用于查找计算计算所需的时间。好吧，当我运行这个脚本时，它说计算它需要 3*10^-7 秒。 然后它会生成一个文件 output.txt，但脚本直到大约 15 秒后才结束。

import timeit
outputFile = open("output.txt", "w")
start = timeit.default_timer()
x = (87459837581209463928*23745987364728194857*27385647593847564738*10293769154925693856*12345678901234567891)**3000
stop = timeit.default_timer()
time = stop-start
print "Time taken for the calculation was {} seconds".format(time)
outputFile.writelines(str(x))
outputFile.close()
y = raw_input("Press enter to exit.")

这是否意味着打印一个 280kb 的文件实际上比执行计算需要更长的时间？（我觉得不太可能。）

如果不是这样，那么当调用变量 x 时，python 会执行计算吗？是每次计算变量时都执行计算，还是将实际值存储在变量中？

我刚刚编写了另一个脚本，它确认 python 将结果写入 .txt 文件需要 0.03 秒。那么，为什么 python 后面会执行计算呢？

Answer 1

问题不在于计算，也不在于写入文件：将结果从其内部二进制表示转换为 base-10 表示消耗了大量时间。这需要与位数成二次方的时间，而您这里有很多位。

如果您将输出行替换为：

outputFile.writelines(hex(x))

您会发现它运行得非常快。转换为十六进制表示只需要与位数成线性关系的时间。

如果您确实需要以 10 为基数输出大整数，请考虑改用 decimal 模块。这在内部以与基数 10 相关的表示形式进行计算，然后转换为十进制字符串需要与十进制位数成线性关系的时间。不过，您需要提前将小数上下文的精度设置为“足够大”的值，以避免因舍入而丢失低位数字。

Answer 2

转换成字符串需要这么长时间：

In [68]: %time x = (87459837581209463928*23745987364728194857*27385647593847564738*10293769154925693856*12345678901234567891)**3000
CPU times: user 0.00 s, sys: 0.00 s, total: 0.00 s
Wall time: 0.00 s

In [69]: %time xs = str(x)
CPU times: user 1.98 s, sys: 0.00 s, total: 1.98 s
Wall time: 1.98 s

In [71]: %time print xs
CPU times: user 0.01 s, sys: 0.00 s, total: 0.01 s
Wall time: 0.04 s

但是对于具有数十万位数的数字应该不足为奇。

编辑

与其他答案相反，写入文件不需要太多时间：

In [72]: %time with open('tmp.file', 'w') as f: f.write(xs)
CPU times: user 0.00 s, sys: 0.01 s, total: 0.01 s
Wall time: 0.00 s

Answer 3

除其他答案外，请使用outputFile.write(str(x)) 而不是writelines。 writelines 旨在与一系列字符串一起使用。在您的情况下，它会迭代字符串并单独写入每个字符。在一个简单的测试中，writelines 慢了 3.7 倍：

>>> timeit("f.writelines(str(s))", setup="f=open('tmp.txt','w');s=range(1000)", number=10000)
4.935087700632465
>>> timeit("f.write(str(s))", setup="f=open('tmp.txt','w');s=range(1000)", number=10000)
1.3468097837871085