用Cython加速Python代码

安装Cython

pip install Cython

如何使用

要在我们的笔记本中使用Cython，我们将使用IPython magic命令。Magic命令以百分号开始，并提供一些额外的功能，这些功能可以增强工作流。通常，有两种类型的Magic命令:

行magic由单个“%”表示，并且只在一行输入进行操作
单元格magic由两个“%”表示，并在多行输入上操作。

让我们开始:

首先，为了能够使用Cython，我们必须运行:

%load_ext Cython

现在，每当我们想在代码单元中运行Cython时，我们必须首先将以下magic命令放入单元格：

%%cython

完成这些之后，就可以开始编写Cython代码了。

Cython可以跑多快

与普通Python代码相比，Cython的速度快多少实际上取决于代码本身。例如，如果您正在运行具有许多变量的计算开销较大的循环，Cython将大大优于常规Python代码。递归函数也会使Cython比Python快很多。

让我们用斐波那契数列来证明这一点。简单地说，这个算法通过把前两个数相加找到下一个数。下面是Python中可能出现的情况:

%%cython

def fibonacci(n):
    if n<0:
        print("1st fibonacci number= 0")
    elif n==1:
        return 0
    elif n==2:
        return 1
    else:
        return fibonacci(n-1) + fibonacci(n-2)

运行代码：

%%time

fibonacci(39)

结果：

CPU times: user 8.39 s, sys: 78.6 ms, total: 8.47 s
Wall time: 8.43 s

39088169

正如所见，找到序列的第39个数字花费了8.39秒，这里Wall time是指从函数调用开始到结束所花费的总时间。接下来在magic命令行后面添加-a有何不同：

%%cython -a

def fibonacci_c(int n):
    if n<0:
        print("1st fibonacci number = 0")
    elif n==1:
        return 0
    elif n==2:
        return 1
    else:
        return fibonacci_c(n-1)+fibonacci_c(n-2)

运行结果如下：

正如您所看到的，通过在magic命令后面添加’ -a ‘，我们收到了一些注释，这些注释向我们展示了代码中有多少Python交互。这里的目标是去掉所有的黄线，让它们有一个白色的背景。在这种情况下，将不存在Python交互，所有代码都将在C中运行。您还可以单击每行旁边的“+”符号，查看Python代码的C转换。

运行代码看下能有多快:

%%time
fibonacci_c(39)

运行结果如下：

CPU times: user 4.85 s, sys: 49.7 ms, total: 4.9 s
Wall time: 4.89 s
39088169

本例中，Cython的速度大约是Python的5.8倍。这清楚地展示了利用Cython节省时间的能力，与常规Python代码相比，Cython提供了最大的改进。

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