Question

我正在学习Python，我正在努力了解容器在实践中的运作方式。有一个我无法解释的问题。假设，我创建了非常大的列表：

>>> l = [i for i in range(100000000)] # ~3 sec

创建它需要大约3秒钟（我使用升序号而不是相同的值来避免可能的优化）

我们可以阅读here，删除操作费用O(n)。但是当我从列表中间删除一个元素时，它会立即返回（就像任何其他简单命令一样快，如元素访问）

>>> del l[50000000] # instantly (< 0.1 sec)

之后，我可以在删除后的不到3秒内访问元素l[25000000]和l[75000000]，并且它也会立即执行（因此，我无法通过延迟或删除背景来解释这一点）。

有人可以解释一下，内部是如何完成的？该列表实际上是作为某种树实现的吗？这听起来很奇怪，而且会违反constant time element access的要求。

它是一种常见的优化，例如C ++中的返回值优化，还是一种罕见的，仅针对我的平台/版本？

我使用Linux和Python 3.4.1（Python 2.7.9显示相同的结果）。

Answer 1

我决定将我的一组评论转化为正确的答案。

首先，让我们澄清一下你在做什么时发生的事情：

>>> l = [i for i in range(100000000)]

这里发生了三件事：

正在创建100000000个int个对象。在CPython中创建对象需要分配内存并将内容放入该内存中，这需要时间。
您正在运行循环。这会大大影响性能：[i for i in range(...)]比list(range(...))慢得多。
正在动态创建大型列表。

阅读你的问题，似乎你只考虑最后一点，忽略其他人。因此，您的计时不准确：创建一个大型列表不需要3秒，这需要3秒钟的一小部分。

这个分数有多大是一个有趣的问题，仅使用Python代码很难回答，但我们仍然可以尝试。具体来说，我会尝试以下声明：

>>> [None] * 100000000

这里CPython不必创建大量对象（只有None），不必运行循环并且可以为列表分配一次内存（因为它事先知道大小）。

时间不言自明：

$ python3 -m timeit "list(range(100000000))"
10 loops, best of 3: 2.26 sec per loop
$ python3 -m timeit "[None] * 100000000"
10 loops, best of 3: 375 msec per loop

现在，回到你的问题：如何删除项目？

$ python3 -m timeit --setup "l = [None] * 100000000" "del l[0]"
10 loops, best of 3: 89 msec per loop
$ python3 -m timeit --setup "l = [None] * 100000000" "del l[100000000 // 4]"
10 loops, best of 3: 66.5 msec per loop
$ python3 -m timeit --setup "l = [None] * 100000000" "del l[100000000 // 2]"
10 loops, best of 3: 45.3 msec per loop

这些数字告诉我们一些重要的事情。注意2×45.3≈89。还有66.5×4 /3≈89。

这些数字正好说明线性复杂性是什么。如果函数具有时间复杂度 kn （ O（n）），则意味着如果我们将输入加倍，我们会加倍时间;如果我们将输入大小增加4/3，则时间会增加4/3。

这就是这里发生的事情。在CPython中，我们的100000000个项目列表是一个连续的内存区域，包含指向Python对象的指针：

l = |ptr0|ptr1|ptr2|...|ptr99999999|

当我们运行del l[0]时，我们正在从右向左移动ptr1，覆盖ptr0。其他元素也是如此：

l = |ptr0|ptr1|ptr2|...|ptr99999999|
     ^^^^
         ` item to delete

l = |ptr1|ptr2|...|ptr99999999|

因此，当我们运行del l[0]时，我们必须向左移动99999998指针。这与del l[100000000 // 2]不同，@button.buttonAndHandler(_('Save'), name='save') def handleAdd(self, action): data, errors = self.extractData() if errors: self.status = self.formErrorsMessage return obj = self.createAndAdd(data) if obj is not None: # mark only as finished if we get the new object self._finishedAdd = True IStatusMessage(self.request).addStatusMessage( self.success_message, "info" )只需移动指针的一半（前半部分的指针不需要移动）。 “移动一半的指针”等于“执行一半的操作”，这大致意味着“在一半时间内运行”（这并非总是如此，但时间表明在这种情况下这是正确的。）

Answer 2

我不确定为什么你认为删除单个元素需要3秒钟。

您的初始时间是100000000个人追加操作。每个都需要几分之一秒;你的删除操作需要相似的时间。

无论如何，正如Bartosz指出的那样，O（n）复杂性并不意味着所有操作都花费相同的时间长度，这意味着时间长度与列表的长度成正比。

Python如何快速从列表中删除元素？

2 个答案: