Python打印计算结果比执行计算更耗时

Question

我写了一个Python脚本，结果让我很惊讶。这个脚本基本上是接收五个20位的数字，把它们相乘，然后再把结果提高到3000的幂。为了测量计算所需的时间，我用了一个叫timeit的模块。当我运行这个脚本时，它显示计算只花了3*10^-7秒。

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.")

然后它生成了一个文件，叫output.txt，但这个脚本在大约15秒后才结束。

这是不是意味着打印一个280KB的文件所花的时间比计算的时间还要长呢？我觉得不太可能。

如果不是这样，那是不是说Python在调用变量x的时候才会执行计算？每次计算这个变量的时候都会执行计算，还是说它会把实际的值存储在变量里呢？

我刚写了另一个脚本，确认Python写结果到.txt文件大约需要0.03秒。那么，为什么Python会在后面才执行计算呢？

Answer 1

把数字转换成字符串的过程花了很长时间：

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

不过，对于有数十万位数字的情况，这也不算意外。

编辑

和其他回答不同，写入文件其实并没有那么耗时：

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 2

除了其他的回答，建议你用 outputFile.write(str(x)) 来代替 writelines。因为 writelines 是用来处理一系列字符串的。在你的情况中，它会逐个字符地写入字符串。经过简单测试，发现 writelines 的速度慢了 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

Answer 3

问题不在于计算本身，也不是写文件的问题，而是把结果从内部的二进制格式转换成十进制格式时，花费了大量时间。这个转换的时间与位数的平方成正比，而你这里的位数非常多。

如果你把输出的代码改成：

outputFile.writelines(hex(x))

你会发现运行速度快很多。因为转换成十六进制格式只需要的时间与位数成线性关系。

如果你真的需要以十进制格式输出超大的整数，可以考虑使用 decimal 模块。这个模块内部的计算是基于十进制的，然后转换成十进制字符串的时间与十进制数字的位数成线性关系。不过，你需要提前设置好十进制的精度，以免在四舍五入时丢失低位数字。