提升Python性能需先用cProfile等工具测量定位瓶颈，再通过优化算法与数据结构、使用高效库（如NumPy）、Cython或Numba加速计算密集型任务，并结合并发与并行策略实现系统性优化。
提高Python程序性能，核心在于理解瓶颈、优化算法与数据结构、善用内置工具及扩展库，并在必要时引入并发或并行机制。这并非一蹴而就的魔法，而是一个系统性、迭代性的过程，往往始于精确的测量，终于有针对性的改进。
解决方案
在我看来，提升Python程序性能，首先要抛开那些“感觉上更快”的直觉，转而依赖数据。这意味着我们得学会如何剖析代码，找出真正的耗时环节。接着，才是对症下药，无论是调整算法、选择更高效的数据结构，还是利用Python生态中那些用C语言编写的性能怪兽（比如NumPy、Pandas），甚至直接通过Cython或Numba将关键代码编译或即时编译。面对I/O密集型任务，异步编程（asyncio）往往能带来显著的提升；而对于CPU密集型任务，多进程（multiprocessing）才是绕过GIL限制的王道。
Python程序性能瓶颈在哪里？如何精确找出？
说实话，很多时候我们凭经验判断的瓶颈，和实际情况可能差了十万八千里。我曾经以为是某个复杂的循环拖慢了速度，结果一测，发现是文件I/O或者数据库查询占了大头。所以，第一步，也是最重要的一步，就是“测量”。
Python标准库里就有个非常棒的工具叫
cProfile
。它能帮你统计函数调用次数、总耗时、以及函数自身的耗时（不包括它调用的子函数）。用起来很简单，比如：
立即学习“Python免费学习笔记（深入）”；
import cProfiledef my_slow_function(): # 模拟一些耗时操作 sum(range(10**7)) time.sleep(0.1) # 模拟I/O等待if __name__ == '__main__': cProfile.run('my_slow_function()')
运行后，你会得到一大堆数据，里面通常会有
tottime
（函数自身执行时间）和
cumtime
（函数及其所有子函数执行时间）这两个关键指标。我会优先看
tottime
大的那些函数，它们往往是真正的“热点”。
对于更细粒度的分析，比如想知道每一行代码的执行时间，
line_profiler
是个外部但非常实用的库。安装后，用
@profile
装饰器标记你想分析的函数，再用
kernprof -l -v your_script.py
运行，它就能告诉你每一行代码的耗时比例，这对于定位循环内部的低效操作尤其有效。
还有一点常常被忽略的是内存。如果你的程序内存占用过高，导致频繁的垃圾回收或者操作系统进行页面交换，那性能自然会受影响。
memory_profiler
可以帮助我们追踪内存使用情况，找出那些“内存大户”。这些工具就像是医生手里的听诊器和X光机，能帮助我们精准定位“病灶”。
除了代码优化，算法和数据结构对Python性能有多大影响？
这个问题，我的答案是：影响巨大，甚至可以说是根本性的。很多时候，我们总想着优化一行行代码，但如果底层算法或者数据结构选择错了，再怎么抠细节也只是杯水车薪。这就像你想用自行车去和高铁比速度，方向不对，努力白费。
举个最简单的例子：判断一个元素是否在一个集合中。如果你用列表（
list
）：
my_list = list(range(100000))# 判断 99999 是否在列表中99999 in my_list # O(n) 操作，列表越长越慢
它的时间复杂度是O(n)，意味着列表越大，查找时间越长。但如果你用集合（
set
）：
my_set = set(range(100000))# 判断 99999 是否在集合中99999 in my_set # 平均 O(1) 操作，几乎不受集合大小影响
集合的查找时间复杂度平均是O(1)，几乎是常数时间。对于大规模数据，这种差异是指数级的。字典（
dict
）的查找也是类似的O(1)效率。
所以，在编写代码之前，花时间思考一下数据将如何存储和访问，选择最适合的数据结构，往往能带来比任何微观代码优化都显著的性能提升。Python的
collections
模块提供了
deque
（双端队列，适用于两端快速增删）、
Counter
（计数器，统计元素频率）等高级数据结构，它们都针对特定场景进行了优化，用好了能事半功倍。这不仅仅是Python的问题，这是编程的通用法则，但Python的灵活性让这种选择变得尤为关键。
如何利用C/C++扩展或JIT编译器提升Python计算密集型任务效率？
当Python原生代码的性能已经榨无可榨，而你的任务又偏偏是CPU密集型的计算，比如大量的数值运算、图像处理或者科学计算，那么绕过Python解释器的限制，直接利用C/C++的强大性能就成了必然选择。
一个非常流行的方案是
Cython
。它允许你用Python的语法编写代码，但可以通过类型声明（比如
cdef int i
）将其编译成C代码，然后编译成Python可以导入的扩展模块。这样，你既享受了Python的开发效率，又获得了接近C语言的运行速度。我个人用Cython处理过一些数据预处理的环节，效果非常惊艳，几十倍的加速是常有的事。
# example.pyx (Cython文件)def fib_cython(n): cdef int a=0, b=1, i for i in range(n): a, b = b, a+b return a
通过Cython编译后，这个斐波那那契数列的计算会比纯Python快很多。
另一个我很喜欢用的工具是
Numba
。它是一个即时（JIT）编译器，特别适合优化Python和NumPy代码。你只需要用一个装饰器
@jit
标记你的函数，Numba就会在运行时将它编译成优化的机器码。它对数值计算的加速效果尤其显著，几乎是“零成本”地获得性能提升。
from numba import jitimport numpy as np@jit(nopython=True) # nopython=True 强制Numba只使用JIT编译，不回退到Python解释器def sum_array_numba(arr): total = 0.0 for x in arr: total += x return total# 比较纯Python和Numba的性能# arr = np.random.rand(10**7)# %timeit sum_array_numba(arr)# %timeit sum(arr)
你会发现，Numba版本的函数在处理大型数组时，速度可以提升数十甚至数百倍。
当然，如果你已经在使用像
NumPy
或
SciPy
这样的科学计算库，那本身就已经是在利用C/C++的性能了，因为它们底层就是用C或Fortran实现的。所以，在进行数值计算时，尽量“向量化”你的操作，使用NumPy的数组操作而非Python的循环，也能获得巨大的性能提升。这其实也是一种变相的“C扩展”利用。这些工具的存在，让Python在处理性能敏感的任务时，不再是那个“慢吞吞”的形象。
以上就是如何提高Python程序的性能？的详细内容，更多请关注创想鸟其它相关文章！
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