python – np.uint8和np.int8的不同执行时间

2023年3月3日 185次阅读

我有这段代码：

#!/usr/bin/env python3
# -*- coding: UTF-8 -*-

import time
import numpy as np

for t in [np.uint8, np.int8]:
  a=np.empty([480, 640], t)
  v=[10, 245]
  for y in range(480):
    for x in range(640):
      a[y, x]=v[x&1]  # 50%=10, 50%=245
  t1=time.clock()
  a[a<32]=0
  a[a>224]=0
  t2=time.clock()
  print("%2.3f ms"%((t2-t1)*1000), a.dtype)

我得到这个输出：

3.162 ms uint8
0.329 ms int8

如果它在有符号数组上运行,为什么这个[a <32] = 0快十倍？ 有没有办法在无符号数组上加速？ 是的…它与更多样本相同：

for t in [np.int8, np.uint8]:
  a=np.empty([480, 640], t)
  v=[10, 245]
  for y in range(480):
    for x in range(640):
      a[y, x]=v[x&1]  # 50%=10, 50%=235

  t1=time.process_time()
  for l in range(1000):
    b=1*a  # deep copy
    b[b<32]=0
    b[b>224]=0
  t2=time.process_time()
  print("%5.4f ms"%((t2-t1)*1000), a.dtype)

结果如下：

328.0701 ms int8
3081.5300 ms uint8

最佳答案 为了确保每个人都知道时差的来源,我将代码分解为每个步骤：

整个代码

%%timeit 
tmp = np.array(a, dtype=np.uint8, copy=True)
tmp[tmp < 30] = 0
tmp[tmp > 224] = 0

10 loops, best of 3: 21.6 ms per loop

%%timeit 
tmp = np.array(a, dtype=np.int8, copy=True)
tmp[tmp < 30] = 0
tmp[tmp > 224] = 0

100 loops, best of 3: 10.4 ms per loop

所以是的,整个操作更快,但让我们看一下每个设置操作所花费的时间：

%timeit tmp = np.array(a, dtype=np.uint8, copy=True); tmp[tmp < 30] = 0
tmp = np.array(a, dtype=np.uint8, copy=True)
tmp[tmp < 30] = 0
%timeit tmp2 = np.array(tmp, copy=True); tmp2[tmp2 > 224] = 0

100 loops, best of 3: 19.3 ms per loop

100 loops, best of 3: 17.6 ms per loop

因此对于int8,每个设置都需要相同的时间：

100 loops, best of 3: 6.75 ms per loop

100 loops, best of 3: 4.36 ms per loop

让我们看看如果我们只根据索引创建一个新视图会发生什么：

%timeit tmp = np.array(a, dtype=np.uint8, copy=True); _ = tmp[tmp < 30]
tmp = np.array(a, dtype=np.uint8, copy=True)
tmp[tmp < 30] = 0
%timeit tmp2 = np.array(tmp, copy=True); _ = tmp2[tmp2 > 224]

100 loops, best of 3: 17.9 ms per loop

100 loops, best of 3: 16.2 ms per loop

对于int8：

100 loops, best of 3: 7.64 ms per loop

100 loops, best of 3: 4.3 ms per loop

还是int更快.那么创建布尔掩码呢：

%timeit tmp = np.array(a, dtype=np.uint8, copy=True); _ = tmp < 30
tmp = np.array(a, dtype=np.uint8, copy=True)
tmp[tmp < 30] = 0
%timeit tmp2 = np.array(tmp, copy=True); _ = tmp2 > 224

100 loops, best of 3: 4.25 ms per loop

100 loops, best of 3: 2.58 ms per loop

对于int8：

100 loops, best of 3: 4.26 ms per loop

100 loops, best of 3: 4.08 ms per loop

简而言之：在创建布尔掩码时,dtype没有太大区别,但如果使用布尔掩码创建数据的新视图,使用int会更快.但这只是一种错觉,因为实际上numpy看到它访问第一个操作中的所有元素(因为235在get8中被转换为-21)而在第二个操作中没有元素.使用uint时,两个操作的掩码都包含True和False(混合).

简介：numpy可以并且确实优化获取和设置数组的所有/没有元素.

在你提到的评论中,对于uint v = [10,100]更快,但在我的计算机上使用与上面相同的设置它们两者大致相同：

uint: 10 loops, best of 3: 21.7 ms per loop
int:  10 loops, best of 3: 23.2 ms per loop

这是因为现在第一个操作有一个混合的布尔掩码,而numpy不能像设置all / no元素那样优化它.但是第二个操作有一个布尔掩码只有False所以numpy会跳过这个uint和int.

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