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Python 切片操作的复杂度与优化

舞姬之光

舞姬之光

发布时间:2026-01-27 19:38:56

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来源于php中文网

原创

Python切片时间复杂度为O(k),k为结果长度;list/str/tuple切片均创建新对象,range切片为O(1),自定义类由__getitem__决定,numpy切片通常为O(1)视图。

python 切片操作的复杂度与优化

Python 切片的时间复杂度到底是多少

liststrtuple 等内置序列做切片,时间复杂度是 O(k),其中 k 是切片结果的长度,不是原序列长度。这意味着 a[1000000:1000005] 很快,但 a[:1000000] 会拷贝一百万个元素。

根本原因:Python 切片会创建新对象(浅拷贝),不是视图。即使你只取 5 个元素,解释器仍需逐个复制引用(对 list)或字节(对 str)。

  • bytesbytearray 切片也是 O(k),但底层有小优化(如短切片走 memmove)
  • range 对象支持切片,但返回的是新 range,不触发实际遍历,所以是 O(1)
  • 自定义类实现 __getitem__ 时,切片行为完全由你控制——可能 O(1),也可能 O(n)

什么时候切片会意外变慢

表面看是切片,实际触发隐式遍历或转换:

  • 对生成器或 itertools.chain 做切片:必须先转成 list 才能索引,变成 O(n) —— itertools.islice(gen, start, stop) 才是正确选择
  • 用负步长切片(如 a[::-1]):仍为 O(k),但无法复用原缓冲区,强制分配新内存 + 反向拷贝,比正向略慢
  • 在循环中反复切片大列表(如 for i in range(len(a)): sub = a[i:i+10]):每次都是新拷贝,累积开销明显
  • numpy.ndarray 做切片:返回视图(view),O(1),但前提是没触发 copy(比如跨步太大会降级为 copy)

替代切片的低开销方案

如果只是“访问”而非“拥有”,优先避免切片:

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下载
  • collections.dequemaxlen 维护滑动窗口,比不断切片快得多
  • 需要随机访问子序列?考虑传 (seq, start, stop) 三元组,让下游按需取值
  • 处理大文本时,用 memoryview 包装 bytes 后切片:仍是 O(k),但避免了 Python 对象头开销,适合高频小切片
  • 真要多次截取同一段?缓存切片结果(如 cached = a[100:200]),别重复计算

为什么 str 切片比 list 快一点

不是算法差异,而是数据结构特性:str 是不可变的紧凑字节数组(Unicode 下是 UCS-2/UCS-4 编码块),切片可直接用 memcpy;而 list 存的是指针数组,每个元素要单独增加引用计数,多一层间接和计数开销。

实测差距通常在 10%–30%,但一旦涉及超长字符串(GB 级)或极端高频调用(如解析器内部),这点差异会放大。

真正容易被忽略的是:所有这些优化都建立在“你确实需要一个新副本”的前提上。如果只是判断某段内容是否存在,用 instr.startswith() 或正则预编译,往往比切片再比较更省。

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