《Python高性能编程》

内容简介

本书共有12章，围绕如何进行代码优化和加快实际应用的运行速度进行详细讲解。本书主要包含以下主题：计算机内部结构的背景知识、列表和元组、字典和集合、迭代器和生成器、矩阵和矢量计算、并发、集群和工作队列等。最后，通过一系列真实案例展现了在应用场景中需要注意的问题。

本书适合初级和中级Python程序员、有一定Python语言基础想要得到进阶和提高的读者阅读。

作者简介

Micha Gorelick在bitly公司从事与数据打交道的工作，并负责建立

了快速前进实验室（Fast Forward Labs），研究从机器学习到高性

能流算法领域的问题。

Ian Ozsvald是ModelInsight.io的数据科学家和教师，有着超过十

年的Python经验。他在PyCon和PyData会议上教授Python编程，

这几年一直在英国从事关于数据科学和高性能计算方面的咨询工

作。

第1章理解高性能Python 1
1.1 基本的计算机系统 1
1.1.1 计算单元 2
1.1.2 存储单元 5
1.1.3 通信层 6
1.2 将基本的元素组装到一起 8
1.3 为什么使用Python 12
第2章通过性能分析找到瓶颈 15
2.1 高效地分析性能 16
2.2 Julia集合的介绍 17
2.3 计算完整的Julia集合 20
2.4 计时的简单方法——打印和修饰 24
2.5 用UNIX的time命令进行简单的计时 27
2.6 使用cProfile模块 28
2.7 用runsnakerun对cProfile的输出进行可视化 33
2.8 用line_profiler进行逐行分析 34
2.9 用memory_profiler诊断内存的用量 39
2.10 用heapy调查堆上的对象 45
2.11 用dowser实时画出变量的实例 47
2.12 用dis模块检查CPython字节码 49
2.13 在优化期间进行单元测试保持代码的正确性 53
2.14 确保性能分析成功的策略 56
2.15 小结 57
第3章列表和元组 58
3.1 一个更有效的搜索 61
3.2 列表和元组 63
3.2.1 动态数组：列表 64
3.2.2 静态数组：元组 67
3.3 小结 68
第4章字典和集合 69
4.1 字典和集合如何工作 72
4.1.1 插入和获取 73
4.1.2 删除 76
4.1.3 改变大小 76
4.1.4 散列函数和熵 76
4.2 字典和命名空间 80
4.3 小结 83
第5章迭代器和生成器 84
5.1 无穷数列的迭代器 87
5.2 生成器的延迟估值 89
5.3 小结 93
第6章矩阵和矢量计算 94
6.1 问题介绍 95
6.2 Python列表还不够吗 99
6.3 内存碎片 103
6.3.1 理解perf 105
6.3.2 根据perf输出做出抉择 106
6.3.3 使用numpy 107
6.4 用numpy解决扩散问题 110
6.4.1 内存分配和就地操作 113
6.4.2 选择优化点：找到需要被修正的地方 116
6.5 numexpr：让就地操作更快更简单 120
6.6 告诫故事：验证你的“优化”（scipy） 121
6.7 小结 123
第7章编译成C 126
7.1 可能获得哪种类型的速度提升 127
7.2 JIT和AOT编译器的对比 129
7.3 为什么类型检查有助代码更快运行 129
7.4 使用C编译器 130
7.5 复习Julia集的例子 131
7.6 Cython 131
7.6.1 使用Cython编译纯Python版本 132
7.6.2 Cython注解来分析代码块 134
7.6.3 增加一些类型注解 136
7.7 Shed Skin 140
7.7.1 构建扩展模块 141
7.7.2 内存拷贝的开销 144
7.8 Cython和numpy 144
7.9 Numba 148
7.10 Pythran 149
7.11 PyPy 151
7.11.1 垃圾收集的差异 152
7.11.2 运行PyPy并安装模块 152
7.12 什么时候使用每种工具 154
7.12.1 其他即将出现的项目 155
7.12.2 一个图像处理单元（GPU）的注意点 156
7.12.3 一个对未来编译器项目的展望 157
7.13 外部函数接口 157
7.13.1 ctypes 158
7.13.2 cffi 160
7.13.3 f2py 163
7.13.4 CPython模块 166
7.14 小结 170
第8章并发 171
8.1 异步编程介绍 172
8.2 串行爬虫 175
8.3 gevent 177
8.4 tornado 182
8.5 AsyncIO 185
8.6 数据库的例子 188
8.7 小结 191
第9章 multiprocessing模块 193
9.1 multiprocessing模块综述 196
9.2 使用蒙特卡罗方法来估算Pi 198
9.3 使用多进程和多线程来估算Pi 199
9.3.1 使用Python对象 200
9.3.2 并行系统中的随机数 207
9.3.3 使用numpy 207
9.4 寻找素数 210
9.5 使用进程间通信来验证素数 221
9.5.1 串行解决方案 225
9.5.2 Naïve Pool解决方案 225
9.5.3 Less Naïve Pool解决方案 226
9.5.4 使用Manager.Value作为一个标记 227
9.5.5 使用Redis作为一个标记 229
9.5.6 使用RawValue作为一个标记 232
9.5.7 使用mmap作为一个标记 232
9.5.8 使用mmap作为一个标记的终极效果 234
9.6 用multiprocessing来共享numpy数据 236
9.7 同步文件和变量访问 243
9.7.1 文件锁 243
9.7.2 给Value加锁 247
9.8 小结 249
第10章集群和工作队列 251
10.1 集群的益处 252
10.2 集群的缺陷 253
10.2.1 糟糕的集群升级策略造成华尔街损失4.62亿美元 254
10.2.2 Skype的24小时全球中断 255
10.3 通用的集群设计 255
10.4 怎样启动一个集群化的解决方案 256
10.5 使用集群时避免痛苦的方法 257
10.6 三个集群化解决方案 258
10.6.1 为简单的本地集群使用Parallel Python模块 259
10.6.2 使用IPython Parallel来支持研究 260
10.7 为鲁棒生产集群的NSQ 265
10.7.1 队列 265
10.7.2 发布者/订阅者 266
10.7.3 分布式素数计算器 268
10.8 看一下其他的集群化工具 271
10.9 小结 272
第11章使用更少的RAM 273
11.1 基础类型的对象开销高 274
11.2 理解集合中的RAM使用 278
11.3 字节和Unicode的对比 280
11.4 高效地在RAM中存储许多文本 281
11.5 使用更少RAM的窍门 290
11.6 概率数据结构 291
11.6.1 使用1字节的Morris计数器来做近似计数 292
11.6.2 K最小值 295
11.6.3 布隆过滤器 298
11.6.4 LogLog计数器 303
11.6.5 真实世界的例子 307
第12章现场教训 311
12.1 自适应实验室（Adaptive Lab）的社交媒体分析（SoMA） 311
12.1.1 自适应实验室（Adaptive Lab）使用的Python 312
12.1.2 SoMA的设计 312
12.1.3 我们的开发方法论 313
12.1.4 维护SoMA 313
12.1.5 对工程师同行的建议 313
12.2 使用RadimRehurek.com让深度学习飞翔 314
12.2.1 最佳时机 314
12.2.2 优化方面的教训 316
12.2.3 总结 318
12.3 在Lyst.com的大规模产品化的机器学习 318
12.3.1 Python在Lyst的地位 319
12.3.2 集群设计 319
12.3.3 在快速前进的初创公司中做代码评估 319
12.3.4 构建推荐引擎 319
12.3.5 报告和监控 320
12.3.6 一些建议 320
12.4 在Smesh的大规模社交媒体分析 321
12.4.1 Python在Smesh中的角色 321
12.4.2 平台 321
12.4.3 高性能的实时字符串匹配 322
12.4.4 报告、监控、调试和部署 323
12.5 PyPy促成了成功的Web和数据处理系统 324
12.5.1 先决条件 325
12.5.2 数据库 325
12.5.3 Web应用 326
12.5.4 OCR和翻译 326
12.5.5 任务分发和工作者 327
12.5.6 结论 327
12.6 在Lanyrd.com中的任务队列 327
12.6.1 Python在Lanyrd中的角色 328
12.6.2 使任务队列变高性能 328
12.6.3 报告、监控、调试和部署 328
12.6.4 对开发者同行的建议 329