最近在看代碼庫rlkit時，發現一句有意思的代碼和注釋(如下所示)，大意是從列表中隨機選擇一個元素時使用np.random.randint比np.random.choice更加高效，相關的解釋是np.random.choice會進行一些不必要的復制操作，使得效率相較于randint低一些。

possible_future_obs_idxs = self._idx_to_future_obs_idx[i]

# This is generally faster than random.choice.

# Makes you wonder what random.choice is doing

num_options = len(possible_future_obs_idxs)

next_obs_i = int(np.random.randint(0, num_options))

future_obs_idxs.append(possible_future_obs_idxs[next_obs_i])

我做了相關的實驗進行對比，發現使用np.random.random的實現比np.random.randint更快，并且是否使用參數size=1對結果的影響也很大，文末進行了總結。

1. random, randint, choice

生成長度為1e6的隨機array，從中隨機選擇1個數和1000個數，比較兩種情況下運行速度，測試代碼如下：

import numpy as np

import time

N = 1000000

array = np.random.random(N)

def random(N=N): # 使用random隨機選擇1個數

return array[int(np.random.random() * N)]

def random_size1(N=N):# 使用random(size=1)隨機選擇1個數

return array[int(np.random.random(size=1) * N)]

def random_size_n(n, N=N): # 使用random隨機選擇n個數

return array[(np.random.random(n) * N).astype(np.int)]

def randint(N=N):# 使用randint隨機選擇1個數

return array[np.random.randint(N)]

def randint_size1(N=N): # 使用randint(size=1)隨機選擇1個數

return array[np.random.randint(N, size=1)]

def randint_size_n(n, N=N): # 使用randint隨機選擇n個數

return array[np.random.randint(N,size=n)]

def choice(array=array): # 使用choice隨機選擇1個數

return np.random.choice(array)

def choice_size1(array=array): # 使用choice(size=1)隨機選擇1個數

return np.random.choice(array, size=1)

def choice_size_n(n, array=array): # 使用choice隨機選擇n個數

return np.random.choice(array, size=n)

test_funs = [random, random_size1, randint, randint_size1, choice, choice_size1]

test_randn_funs = [random_size_n, randint_size_n, choice_size_n]

def test_main(mode, times=1000000):

test_fun = test_funs[mode]

start = time.time()

for _ in range(times):

test_fun()

end = time.time()

print('test {} {} times using time {} s'.format(test_fun, times, end - start))

def test_randn_main(mode,n=1000, times=1000000):

test_fun = test_randn_funs[mode]

start = time.time()

for _ in range(times):

test_fun(n)

end = time.time()

print('test {} {} times using time {} s'.format(test_fun, times, end - start))

if __name__ == "__main__":

for i in range(6):

test_main(i)

for i in range(3):

test_randn_main(i)

進行1e6次的實驗結果(單位：s)：

更直觀的使用ipython的%timeit的結果：

import numpy as np

N = 1000

%timeit int(np.random.random() * N)

446 ns ± 3.21 ns per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 1000000 loops each)

%timeit np.random.randint(N)

908 ns ± 4.11 ns per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 1000000 loops each)

%timeit np.random.randint(N, size=1)

1.29 μs ± 5.42 ns per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 1000000 loops each)

以上實驗結果在不同環境中跑會有些許誤差，但是應該能得到以下結論：隨機選擇一個數時，random最快，速度是randint的2倍；

隨機選擇一個數時，不指定size=1的參數更快，以random為例，速度差異能到5倍左右；

隨機選擇n個數時，指定size=n，randint最快。

以下是我的猜測和解釋，如有問題歡迎指出：choice會有內存申請和復制array的操作，通常是最慢的；

指定size會有內存申請的操作，并且會轉化為ndarray類型，因此產生一個隨機數時不指定size=1更快；

random的輸出是python的float類型，指定size后是ndarray類型，乘以N時，float類型和N都直接進行python的float類型運算，而ndarray乘以N多進行了數據轉化和傳遞操作(轉化為numpy的類型并傳入底層進行運算，可以參考這個問題https://www.zhihu.com/question/24789359/answer/55643155)，randint內部實現其實是一樣的，但是乘以N的操作本身是在numpy的類型中進行的，減少了兩次數據轉化和傳遞，速度更快。

>>> x=np.random.random()

>>> type(x)

>>> y=np.random.random(size=1)

>>> type(y)

為了讓大家體會到數據格式轉化的耗時，補充一個實驗，注意上面是np.random.random()乘以的是python的常數，均為python內置數據類型的運算，而如果乘以的是numpy數據類型，結果可能不一樣：

import numpy as np

N = 1000

L = np.random.randint(1, N, size=N)

%timeit [np.random.randint(x) for x in L]

1.12 ms ± 87.9 μs per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 1000 loops each)

%timeit [int(np.random.random() * x) for x in L]

2.68 ms ± 92.4 μs per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 100 loops each)

## 可以看到這里使用np.random.random 反而比randint慢了，這是因為x其實是numpy.int64的格式

# np.random.random()是python數據類型，又涉及到numpy的數據格式轉換和數據傳遞。

>>>type(L[0])

numpy.int64

>>>type(np.random.random())

float

# 而當我們將x轉換為int型后，再次得到了我們之前的結論

%timeit [int(np.random.random() * int(x)) for x in L]

638 μs ± 12.8 μs per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 1000 loops each)

因為涉及到數據格式轉化和向底層代碼的數據傳遞，簡單的python內置運算可能比numpy更快，當運算較多時，numpy并行的優勢才能顯示出來。

2. 案例優化

我們以rlkit的這段代碼為例進行優化，該段代碼的目的是從不等長的列表組里對每個列表隨機選擇1個數據。這個案例特殊的地方在于列表組里有N個不等長的子列表，還要考慮循環處理子列表的時間，使用numpy并行進行向量對應位相乘速度更快，選擇random_idx的過程能夠加速80倍左右。

import numpy as np

N = 1000

L = np.random.randint(1, N, size=N) # 子列表的長度

%timeit random_idx = (np.random.random(N) * L).astype(np.int)

13 μs ± 419 ns per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 100000 loops each)

%timeit random_idx = [np.random.randint(x) for x in array_len]

1e+03 μs ± 22.1 μs per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 1000 loops each)

3. Take Awaynumpy的運算會涉及到數據格式轉化和向底層代碼的數據傳遞，當運算比較少時python內置運算可能比numpy更快，所以要注意運算量的類型，numpy的優勢在于大規模的并行計算；

隨機選擇一個數時，盡量避免設置size=1，不設置size的運行速度從快到慢為：random > randint > choice；

隨機選擇n個數時，由于randint(size=n)內置了random(size=n) * N的操作，比外部實現的random(size=n) * N少了兩次數據轉化而更快，速度從快到慢為：randint > random > choice。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的python从数组中随机选择一些元素_numpy.random随机选择数组元素如何更高效的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。