本文可以教你僅使用 3 行代碼，大大加快數(shù)據(jù)預(yù)處理的速度。

Python 是機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域內(nèi)的首選編程語言，它易于使用，也有很多出色的庫來幫助你更快處理數(shù)據(jù)。但當(dāng)我們面臨大量數(shù)據(jù)時，一些問題就會顯現(xiàn)……

在默認(rèn)情況下，Python 程序是單個進(jìn)程，使用單 CPU 核心執(zhí)行。而大多數(shù)當(dāng)代機(jī)器學(xué)習(xí)硬件都至少搭載了雙核處理器。這意味著如果沒有進(jìn)行優(yōu)化，在數(shù)據(jù)預(yù)處理的時候會出現(xiàn)「一核有難九核圍觀」的情況——超過 50% 的算力都會被浪費(fèi)。在當(dāng)前四核處理器（英特爾酷睿 i5）和 6 核處理器（英特爾酷睿 i7）大行其道的時候，這種情況會變得更加明顯。

? 幸運(yùn)的是，Python 庫中內(nèi)建了一些隱藏的特性，可以讓我們充分利用所有 CPU 核心的能力。通過使用 Python 的 concurrent.futures 模塊，我們只需要 3 行代碼就可以讓一個普通的程序轉(zhuǎn)換成適用于多核處理器并行處理的程序。

標(biāo)準(zhǔn)方法

讓我們舉一個簡單的例子，在單個文件夾中有一個圖片數(shù)據(jù)集，其中有數(shù)萬張圖片。在這里，我們決定使用 1000 張。我們希望在所有圖片被傳遞到深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之前將其調(diào)整為 600×600 像素分辨率的形式。以下是你經(jīng)常會在 GitHub 上看到的標(biāo)準(zhǔn) Python 代碼：

import?globimport?osimport?cv2###?Loop?through?all?jpg?files?in?the?current?folder?###?Resize?each?one?to?size?600x600for?image_filename?in?glob.glob("*.jpg"):###?Read?in?the?image?dataimg?=?cv2.imread(image_filename)###?Resize?the?imageimg?=?cv2.resize(img,?(600,?600))?

上面的程序遵循你在處理數(shù)據(jù)腳本時經(jīng)常看到的簡單模式：

1. 首先從需要處理內(nèi)容的文件（或其他數(shù)據(jù)）列表開始。

2. 使用 for 循環(huán)逐個處理每個數(shù)據(jù)，然后在每個循環(huán)迭代上運(yùn)行預(yù)處理。

讓我們在一個包含 1000 個 jpeg 文件的文件夾上測試這個程序，看看運(yùn)行它需要多久：

time?python?standard_res_conversion.py

在我的酷睿 i7-8700k 6 核 CPU 上，運(yùn)行時間為 7.9864 秒！在這樣的高端 CPU 上，這種速度看起來是難以讓人接受的，看看我們能做點什么。

更快的方法

為了便于理解并行化的提升，假設(shè)我們需要執(zhí)行相同的任務(wù)，比如將 1000 個釘子釘入木頭，假如釘入一個需要一秒，一個人就需要 1000 秒來完成任務(wù)。四個人組隊就只需要 250 秒。

在我們這個包含 1000 個圖像的例子中，可以讓 Python 做類似的工作：

將 jpeg 文件列表分成 4 個小組；

運(yùn)行 Python 解釋器中的 4 個獨(dú)立實例；

讓 Python 的每個實例處理 4 個數(shù)據(jù)小組中的一個；

結(jié)合四個處理過程得到的結(jié)果得出最終結(jié)果列表。

這一方法的重點在于，Python 幫我們處理了所有棘手的工作。我們只需告訴它我們想要運(yùn)行哪個函數(shù)，要用多少 Python 實例，剩下的就交給它了！只需改變?nèi)写a。實例：

import?globimport?osimport?cv2import?concurrent.futuresdef?load_and_resize(image_filename):###?Read?in?the?image?dataimg?=?cv2.imread(image_filename)###?Resize?the?imageimg?=?cv2.resize(img,?(600,?600))?###?Create?a?pool?of?processes.?By?default,?one?is?created?for?each?CPU?in?your?machine.with?concurrent.futures.ProcessPoolExecutor()?as?executor:###?Get?a?list?of?files?to?processimage_files?=?glob.glob("*.jpg")###?Process?the?list?of?files,?but?split?the?work?across?the?process?pool?to?use?all?CPUs###?Loop?through?all?jpg?files?in?the?current?folder?###?Resize?each?one?to?size?600x600executor.map(load_and_resize,?image_files)

從以上代碼中摘出一行：

with?concurrent.futures.ProcessPoolExecutor()?as?executor:

你的 CPU 核越多，啟動的 Python 進(jìn)程越多，我的 CPU 有 6 個核。實際處理代碼如下：

executor.map(load_and_resize,?image_files)

「executor.map()」將你想要運(yùn)行的函數(shù)和列表作為輸入，列表中的每個元素都是我們函數(shù)的單個輸入。由于我們有 6 個核，我們將同時處理該列表中的 6 個項目！

如果再次用以下代碼運(yùn)行我們的程序：

time?python?fast_res_conversion.py

我們可以將運(yùn)行時間降到 1.14265 秒，速度提升了近 6 倍！

注意：在生成更多 Python 進(jìn)程及在它們之間整理數(shù)據(jù)時會有一些開銷，所以速度提升并不總是這么明顯。但是總的來說，速度提升還是非常可觀的。

它總是那么快嗎？?

如果你有一個數(shù)據(jù)列表要處理，而且在每個數(shù)據(jù)點上執(zhí)行相似的運(yùn)算，那么使用 Python 并行池是一個很好的選擇。但有時這不是最佳解決方案。并行池處理的數(shù)據(jù)不會在任何可預(yù)測的順序中進(jìn)行處理。如果你對處理后的結(jié)果有特殊順序要求，那么這個方法可能不適合你。

你處理的數(shù)據(jù)也必須是 Python 可以「炮制」的類型。所幸這些指定類別都很常見。以下來自 Python 官方文件：

None, True, 及 False

整數(shù)、浮點數(shù)、復(fù)數(shù)

字符串、字節(jié)、字節(jié)數(shù)組

只包含可挑選對象的元組、列表、集合和字典

在模塊頂層定義的函數(shù)（使用 def ，而不是 lambda ）

在模塊頂層定義的內(nèi)置函數(shù)

在模塊頂層定義的類

這種類的實例，其 __dict__ 或調(diào)用__getstate__() 的結(jié)果是可選擇的（參見「Pickling Class Instances」一節(jié)）。

END