Python: List vs Dict für die Nachschlagetabelle


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Ich habe ungefähr 10 Millionen Werte, die ich in eine Art Nachschlagetabelle einfügen muss, also habe ich mich gefragt, welche Liste oder Diktat effizienter wäre .

Ich weiß, dass Sie so etwas für beide tun können:

if something in dict_of_stuff:
    pass

und

if something in list_of_stuff:
    pass

Mein Gedanke ist, dass das Diktat schneller und effizienter sein wird.

Danke für Ihre Hilfe.

BEARBEITEN 1
Wenig mehr Informationen darüber, was ich versuche zu tun. Euler Problem 92 . Ich mache eine Nachschlagetabelle, um zu sehen, ob ein berechneter Wert fertig berechnet wurde.

EDIT 2
Effizienz zum Nachschlagen.

EDIT 3
Es gibt keine Werte, die mit dem Wert verknüpft sind. Wäre eine Menge also besser?


1
Effizienz in Bezug auf was? Einfügen? Sieh nach oben? Speicherverbrauch? Prüfen Sie, ob der Wert rein vorhanden ist, oder sind Metadaten damit verbunden?
Truppo

Als Randnotiz benötigen Sie keine 10-Millionen-Liste oder Diktat für dieses spezielle Problem, sondern eine viel kleinere.
sfotiadis

Antworten:


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Geschwindigkeit

Suchvorgänge in Listen sind O (n), Suchvorgänge in Wörterbüchern werden in Bezug auf die Anzahl der Elemente in der Datenstruktur mit O (1) abgeschrieben. Wenn Sie keine Werte zuordnen müssen, verwenden Sie Mengen.

Erinnerung

Sowohl Wörterbücher als auch Mengen verwenden Hashing und viel mehr Speicher als nur zur Objektspeicherung. Laut AM Kuchling in Beautiful Code versucht die Implementierung, den Hash 2/3 voll zu halten, sodass Sie möglicherweise viel Speicherplatz verschwenden.

Wenn Sie keine neuen Einträge im laufenden Betrieb hinzufügen (was Sie basierend auf Ihrer aktualisierten Frage tun), kann es sich lohnen, die Liste zu sortieren und die binäre Suche zu verwenden. Dies ist O (log n) und ist wahrscheinlich langsamer für Zeichenfolgen, unmöglich für Objekte, die keine natürliche Reihenfolge haben.


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Ja, aber es ist eine einmalige Operation, wenn sich der Inhalt nie ändert. Die binäre Suche ist O (log n).
Torsten Marek

1
@ John Fouhy: Die Ints werden nicht in der Hash-Tabelle gespeichert, sondern nur Zeiger, dh Sie haben 40M für die Ints (na ja, nicht wirklich, wenn viele von ihnen klein sind) und 60M für die Hash-Tabelle. Ich bin damit einverstanden, dass es heutzutage kein so großes Problem ist, aber es lohnt sich trotzdem, daran zu denken.
Torsten Marek

2
Dies ist eine alte Frage, aber ich denke, dass amortisiertes O (1) für sehr große Mengen / Diktate möglicherweise nicht gilt. Das Worst-Case-Szenario laut wiki.python.org/moin/TimeComplexity ist O (n). Ich denke, es hängt von der internen Hashing-Implementierung ab, zu welchem ​​Zeitpunkt die durchschnittliche Zeit von O (1) abweicht und auf O (n) konvergiert. Sie können die Suchleistung verbessern, indem Sie die globalen Mengen anhand eines leicht erkennbaren Attributs (wie dem Wert der ersten Ziffer, der zweiten, dritten usw. usw. in kleinere Abschnitte unterteilen , solange Sie eine optimale Satzgröße benötigen). .
Nisan.H

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@TorstenMarek Das verwirrt mich. Auf dieser Seite lautet die Listensuche O (1) und die Diktatsuche O (n). Dies ist das Gegenteil von dem, was Sie gesagt haben. Bin ich falsch verstanden?
temporärer_Benutzername

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@ Aerovistae Ich denke, Sie haben die Informationen auf dieser Seite falsch verstanden. Unter Liste sehe ich O (n) für "x in s" (Nachschlagen). Es zeigt auch die Set- und Dikt-Suche als O (1) -Durchschnittsfall.
Dennis

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Ein Diktat ist eine Hash-Tabelle, daher ist es sehr schnell, die Schlüssel zu finden. Zwischen Diktat und Liste wäre Diktat also schneller. Wenn Sie jedoch keinen zu verknüpfenden Wert haben, ist es noch besser, einen Satz zu verwenden. Es ist eine Hash-Tabelle ohne den Teil "Tabelle".


EDIT: Für Ihre neue Frage, JA, wäre ein Satz besser. Erstellen Sie einfach 2 Sätze, einen für Sequenzen, die mit 1 enden, und einen für Sequenzen, die mit 89 enden. Ich habe dieses Problem mit Sätzen erfolgreich gelöst.



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Ich habe ein Benchmarking durchgeführt und es stellte sich heraus, dass Diktat schneller ist als sowohl Liste als auch Satz für große Datenmengen, wobei Python 2.7.3 auf einer i7-CPU unter Linux ausgeführt wird:

  • python -mtimeit -s 'd=range(10**7)' '5*10**6 in d'

    10 Schleifen, am besten 3: 64,2 ms pro Schleife

  • python -mtimeit -s 'd=dict.fromkeys(range(10**7))' '5*10**6 in d'

    10000000 Schleifen, am besten 3: 0,0759 usec pro Schleife

  • python -mtimeit -s 'from sets import Set; d=Set(range(10**7))' '5*10**6 in d'

    1000000 Schleifen, am besten 3: 0,262 usec pro Schleife

Wie Sie sehen können, ist das Diktat erheblich schneller als die Liste und etwa dreimal schneller als das eingestellte. In einigen Anwendungen möchten Sie möglicherweise dennoch ein Set für die Schönheit auswählen. Und wenn die Datensätze wirklich klein sind (<1000 Elemente), funktionieren Listen ziemlich gut.


Sollte es nicht genau das Gegenteil sein? Liste: 10 * 64,2 * 1000 = 642000 usec, dikt: 10000000 * 0,0759 = 759000 usec und Satz: 1000000 * 0,262 = 262000 usec ... also sind Sätze die schnellsten, gefolgt von der Liste und mit dikt als letztem Beispiel. Oder fehlt mir etwas?
Andzep

1
... aber die Frage für mich hier ist: Was misst diese Zeit eigentlich? Nicht die Zugriffszeit für eine bestimmte Liste, ein bestimmtes Diktat oder einen bestimmten Satz, sondern viel mehr die Zeit und die Schleifen, um die Liste zu erstellen , zu diktieren, festzulegen und schließlich einen Wert zu finden und darauf zuzugreifen. Hat das überhaupt mit der Frage zu tun? ... Es ist aber interessant ...
Andzep

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@andzep, Sie irren sich, die -sOption ist, die timeitUmgebung einzurichten, dh es zählt nicht in der Gesamtzeit. Die -sOption wird nur einmal ausgeführt. Unter Python 3.3 erhalte ich folgende Ergebnisse: gen (Bereich) -> 0,229 usec, Liste -> 157 ms, dict -> 0,0806 usec, set -> 0,0807 usec. Das Einstellen und Diktieren der Leistung ist gleich. Die Initialisierung von Dict dauert jedoch etwas länger als festgelegt (Gesamtzeit 13.580s v. 11.803s)
sleblanc

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Warum nicht das eingebaute Set verwenden? Ich bekomme tatsächlich viel schlechtere Ergebnisse mit sets.Set () als mit eingebautem set ()
Thomas Guyot-Sionnest

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@ ThomasGuyot-Sionnest Das eingebaute Set wurde in Python 2.4 eingeführt, daher bin ich mir nicht sicher, warum ich es in meiner vorgeschlagenen Lösung nicht verwendet habe. Ich erhalte eine gute Leistung mit python -mtimeit -s "d=set(range(10**7))" "5*10**6 in d"Python 3.6.0 (10000000 Schleifen, am besten 3: 0,0608 usec pro Schleife), ungefähr die gleiche wie beim Diktat-Benchmark. Vielen Dank für Ihren Kommentar.
EriF89

6

Du willst ein Diktat.

Für (unsortierte) Listen in Python benötigt die "in" -Operation O (n) Zeit - nicht gut, wenn Sie über eine große Datenmenge verfügen. Ein Diktat ist dagegen eine Hash-Tabelle, sodass Sie mit einer O (1) -Nachschlagzeit rechnen können.

Wie andere angemerkt haben, können Sie stattdessen eine Menge (eine spezielle Art von Diktat) auswählen, wenn Sie nur Schlüssel anstelle von Schlüssel / Wert-Paaren haben.

Verbunden:

  • Python-Wiki : Informationen zur zeitlichen Komplexität von Python-Containeroperationen.
  • SO : Betriebszeit des Python-Containers und Komplexität des Speichers

1
Selbst für sortierte Listen ist "in" O (n).

2
Für eine verknüpfte Liste ja --- aber "Listen" in Python sind das, was die meisten Leute als Vektoren bezeichnen würden, die beim Sortieren einen indizierten Zugriff in O (1) und eine Suchoperation in O (log n) bieten.
zweitelinde

Wollen Sie damit sagen, dass der inauf eine sortierte Liste angewendete Operator eine bessere Leistung erbringt als auf eine unsortierte Liste (für die Suche nach einem zufälligen Wert)? (Ich denke nicht, ob sie intern als Vektoren oder als Knoten in einer verknüpften Liste implementiert sind, ist relevant.)
Martineau

4

Wenn die Daten eindeutig sind, ist set () am effizientesten, aber von zwei - dikt (was auch Eindeutigkeit erfordert, oops :)


Ich habe festgestellt, als ich meine Antwort gesehen habe%)
SilentGhost

2
@SilentGhost Wenn die Antwort falsch ist, warum nicht löschen? Schade für die Upvotes, aber das passiert (na ja, passiert )
Jean-François Fabre

3

Als neue Testreihe zeigt @ EriF89 nach all den Jahren immer noch:

$ python -m timeit -s "l={k:k for k in xrange(5000)}"    "[i for i in xrange(10000) if i in l]"
1000 loops, best of 3: 1.84 msec per loop
$ python -m timeit -s "l=[k for k in xrange(5000)]"    "[i for i in xrange(10000) if i in l]"
10 loops, best of 3: 573 msec per loop
$ python -m timeit -s "l=tuple([k for k in xrange(5000)])"    "[i for i in xrange(10000) if i in l]"
10 loops, best of 3: 587 msec per loop
$ python -m timeit -s "l=set([k for k in xrange(5000)])"    "[i for i in xrange(10000) if i in l]"
1000 loops, best of 3: 1.88 msec per loop

Hier vergleichen wir auch a tuple, von denen bekannt ist, dass sie listsin einigen Anwendungsfällen schneller als (und weniger Speicher) sind. Im Falle der Nachschlagetabelle ist die tupleVerkleidung nicht besser.

Sowohl die dictals setauch sehr gut. Dies wirft einen interessanten Punkt auf, der mit der @ SilentGhost-Antwort zur Eindeutigkeit zusammenhängt: Wenn das OP 10 Millionen Werte in einem Datensatz enthält und nicht bekannt ist, ob Duplikate darin enthalten sind, lohnt es sich, einen Satz / ein Diktat seiner Elemente parallel zu halten mit dem tatsächlichen Datensatz und Testen auf Existenz in diesem Satz / Diktat. Es ist möglich, dass die 10 Millionen Datenpunkte nur 10 eindeutige Werte haben, was einen viel kleineren Platz zum Suchen darstellt!

Der Fehler von SilentGhost in Bezug auf Diktate ist tatsächlich aufschlussreich, da man ein Diktat verwenden könnte, um doppelte Daten (in Werten) zu einem nicht duplizierten Satz (Schlüssel) zu korrelieren und somit ein Datenobjekt zu behalten, um alle Daten zu speichern, und dennoch schnell als Nachschlagetabelle zu sein. Ein Diktatschlüssel könnte beispielsweise der Wert sein, nach dem gesucht wird, und der Wert könnte eine Liste von Indizes in einer imaginären Liste sein, in der dieser Wert aufgetreten ist.

Wenn beispielsweise die zu durchsuchende Quelldatenliste war l=[1,2,3,1,2,1,4], könnte sie sowohl für die Suche als auch für den Speicher optimiert werden, indem sie durch dieses Diktat ersetzt wird:

>>> from collections import defaultdict
>>> d = defaultdict(list)
>>> l=[1,2,3,1,2,1,4]
>>> for i, e in enumerate(l):
...     d[e].append(i)
>>> d
defaultdict(<class 'list'>, {1: [0, 3, 5], 2: [1, 4], 3: [2], 4: [6]})

Mit diesem Diktat kann man wissen:

  1. Wenn sich ein Wert im Originaldatensatz befand (dh 2 in dzurückgegeben wird True)
  2. Wo der Wert in dem ursprünglichen Datensatz war (dh d[2]zurückgibt Liste des Indizes , wo Daten wurden in Originaldatenliste gefunden: [1, 4])

Für Ihren letzten Absatz ist es zwar sinnvoll, ihn zu lesen, aber es wäre schön (und wahrscheinlich einfacher zu verstehen), den tatsächlichen Code zu sehen, den Sie erklären möchten.
Kaiser

0

Sie müssen nicht unbedingt 10 Millionen Werte in der Tabelle speichern, es ist also auch keine große Sache.

Tipp: Überlegen Sie, wie groß Ihr Ergebnis nach der ersten Quadratsumme sein kann. Das größtmögliche Ergebnis wird viel kleiner als 10 Millionen sein ...

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