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为什么选择 NumPy 数组而不是 Python 列表来进行大型矩阵运算?

Patricia Arquette
发布: 2024-12-13 08:46:14
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Why Choose NumPy Arrays over Python Lists for Large Matrix Operations?

对于大型矩阵,NumPy 数组相对于 Python 列表的优势

处理超大矩阵时,从 Python 列表转换到 NumPy 数组可以提供显着的优势优点。

紧凑性和速度:

与 Python 列表相比,NumPy 数组在紧凑性和速度上都表现出色。 Python 列表,特别是那些包含子列表(如立方体数组)的列表,由于存储指向每个子列表的指针的额外开销而占用大量内存。相反,NumPy 数组存储统一的数据类型,最大限度地减少内存使用并提供更快的访问和操作。

内存效率和可扩展性:

随着数据集大小的增加, NumPy 数组的内存效率变得越来越明显。例如,使用单精度浮点的 100x100x100 矩阵使用 NumPy 将占用大约 4 MB,而 Python 列表表示至少需要 20 MB。对于十亿个单元的数据立方体(1000 个系列),NumPy 需要大约 4 GB 内存,而 Python 列表需要 12 GB 或更多。

底层架构:

NumPy 数组和 Python 列表之间的区别源于它们的底层架构。 Python 列表依赖于间接寻址,每个元素都包含一个指向实际数据的指针。然而,NumPy 数组直接存储数据,最大限度地减少开销并优化性能。

实际应用:

在您的特定情况下,使用 100 万个单元的数据立方体, NumPy 在紧凑性和性能方面提供了切实的好处。然而,随着数据集增长到十亿个单元,NumPy 的内存效率优势变得不可或缺。它不仅可以将内存需求减少三倍,而且还可以在 RAM 有限的机器上处理如此大的数据集。

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