Python中的更快的fractions模块

Question

有没有一个比fractions模块更快的替代品，比如说一个cFractions模块？就像cDecimal模块是Decimal模块的更快版本一样。因为fractions模块运行得太慢了。

Answer 1

很遗憾，目前没有不需要编译外部依赖的C语言等价方案。根据你的需求，我做了一个简单的代码示例：https://gist.github.com/mscuthbert/f22942537ebbba2c31d4，可能会对你有帮助。

这个示例提供了一个函数 opFrac(num)，它可以选择性地把整数、浮点数或分数转换成浮点数或分数，并且可以设置分母的上限（我用的是65535，因为我处理的是小分数）；如果这个浮点数可以在二进制中精确表示（也就是说，它是某个2的幂的倍数），那么就不做任何改变。否则就把它转换成分数。同样地，如果分数可以在二进制中精确表示，我们就把它转换成浮点数；否则就不做改变。

这里的 Fraction(float).limit_denominator(x) 调用被提取成一个辅助函数 _preFracLimitDenominator，这个函数只会创建一个 Fraction 对象，而不是通常情况下会创建的三个对象。

这个示例的使用场景不多，但在有需要的地方，效果非常好。比如在我的项目 music21 中，我们主要处理的音符通常是在一个节拍（整数）上，或者在半拍、四分之一拍、八分之一拍等（这些在二进制中可以精确表示），但在一些比较少见的情况下，当音符的放置（偏移）或持续时间是，比如说，三分之一拍或五分之一拍时，我们就会遇到浮点数转换的问题，这导致了一些难以发现的bug。我们的测试用例在使用浮点数偏移和持续时间时需要350秒，而把所有的转换成分数后，时间增加到了1100秒——这完全不可接受。后来我们改用可选的分数和快速创建分数的方法，时间又回到了360秒，只损失了3%的性能。

如果你能接受有时候使用浮点数，有时候使用分数，这可能是一个不错的选择。

Answer 2

可以使用这个链接。

它使用了GMP这个多精度库，可以快速进行整数和有理数的计算。

注意：我也是这个项目的维护者。

Answer 3

我也遇到了缺少这个包的问题，于是决定自己实现一个叫做 cfractions 的包（源代码可以在 Github 上找到）。

我们只需要安装它

/path/to/python3 -m pip install cfractions

然后在你的模块中把 fractions 替换成 cfractions，就这么简单。

主要特点包括：

占用更少的内存

>>> from cfractions import Fraction
>>> import sys
>>> sys.getsizeof(Fraction())
32

相比于

>>> from fractions import Fraction
>>> import sys
>>> sys.getsizeof(Fraction())
48

所以它基本上是一个普通的 Python object 加上 2 个指针，用来表示分子和分母。

速度更快：
- 可以从一对 int 创建
- 可以从一个 float 创建
- 可以从 str 创建
- 可以对 n 个实例求和
- 可以对 n 个实例求积或者如果我们看看相对性能我们可以看到 fractions.Fraction 的表现非常好，太棒了！
注意：我使用了 perfplot 包，所有基准测试都在 Python3.9.4 上运行。
支持 Python3.5+，
使用普通的 Python C API，没有额外的依赖，
可以从分子/分母对、单个 int/float/任何 numbers.Rational 值、str（从版本 1.4.0 开始）构建，
支持所有算术和比较操作，
字符串表示（包括 __repr__ 和 __str__），
支持 pickle 和 copy，
不可变性和可哈希性，
可以与 int 和 float 进行操作（对于后者，将 Fraction 实例转换为 float，就像 fractions.Fraction 一样），
支持 PyPy（通过回退到 fractions.Fraction 代理），
使用 Hypothesis 框架进行所有操作的基于属性的测试。

它不包括的内容：

不支持与 complex 进行操作。

Python中的更快的fractions模块

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