Wie kann ich das elementweise Hinzufügen von Listen in Python effizient durchführen?

Elementweise Addition von Listen: Pythonische Effizienz

Bei der Manipulation von Listen besteht häufig die Notwendigkeit, elementweise Operationen durchzuführen. Betrachten Sie die Aufgabe, Elemente zweier Listen positionell hinzuzufügen, wie unten gezeigt:

list1 = [1, 2, 3]
list2 = [4, 5, 6]

Die gewünschte Ausgabe ist:

[1, 2, 3]
+  +  +
[4, 5, 6]
|| || ||
[5, 7, 9]

Um diese elementweise Addition zu erreichen, gibt es mehrere pythonische Ansätze :

Methode 1: „operator.add“ und „map“

Das Modul „operator.add“ stellt Folgendes bereit notwendige Funktionalität für elementweise Addition. Mithilfe der Kartenfunktion können Sie beide Listen gleichzeitig durchlaufen und den Add-Vorgang anwenden:

from operator import add
result = list(map(add, list1, list2))

Methode 2: ZIP und Listenverständnis

Die ZIP-Funktion kombiniert Elemente von Listen zu Tupeln, die in einem Listenverständnis weiter manipuliert werden können. Bei diesem Ansatz werden Werte aus den Tupeln extrahiert und summiert:

result = [sum(x) for x in zip(list1, list2)]

Leistungsüberlegungen

Die Wahl der Methode kann von den Leistungsanforderungen abhängen. Die folgenden Zeitvergleiche zeigen, dass der Ansatz „map(add, list1, list2)“ für große Listen am schnellsten ist. Die zip-basierten Methoden sind aufgrund der zusätzlichen Tupelmanipulation langsamer.

Zum Beispiel bei Listen mit jeweils 100.000 Elementen:

%timeit from operator import add;map(add, list1, list2)
10 loops, best of 3: 44.6 ms per loop
%timeit from itertools import izip; [a + b for a, b in izip(list1, list2)]
10 loops, best of 3: 71 ms per loop
%timeit [a + b for a, b in zip(list1, list2)]
10 loops, best of 3: 112 ms per loop

Für komplexere Vorgänge können zusätzliche Methoden erforderlich sein. Für die einfache Aufgabe der elementweisen Addition bieten die oben beschriebenen Ansätze jedoch die pythonischsten und effizientesten Lösungen.

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