在Python中的DFT比C要花费更长的时间

Question

我目前正在把一些C代码翻译成Python。该代码正被用来帮助识别由射电天文学中使用的CLEAN算法引起的错误。为了分析强度图的傅里叶变换值，必须在特定像素值处找到Q-Stokes-Map和U-Stokes-Map（由ANT_-pix给出）。这些地图只是257*257数组。在

下面的代码用C运行需要几秒钟，而用Python运行则需要几个小时。我很确定它是非常优化的，因为我对Python的了解非常差。在

谢谢你的帮助。在

更新我的问题是，是否有更好的方法在Python中实现循环，从而加快速度。我在这里读了很多关于Python的问题的答案，这些问题建议尽可能避免在Python中嵌套for循环，我只是想知道是否有人知道一种好的方法来实现下面的Python代码，而不使用循环或使用更好的优化循环。我知道这可能是一个很高的要求！在

到目前为止，我一直在使用FFT，但我的主管想看看DFT会有什么不同。这是因为天线位置通常不会出现在精确的像素值处。使用FFT需要舍入到最接近的像素值。在

我用Python作为CASA，用来减少射电天文数据集的计算机程序是用Python编写的，用它实现Python脚本远比C简单得多

原始代码

def DFT_Vis(ANT_Pix="",IMap="",QMap="",UMap="", NMap="", Nvis=""):

UV=numpy.zeros([Nvis,6])
Offset=(NMap+1)/2
ANT=ANT_Pix+Offset;

i=0
l=0
k=0
SumI=0
SumRL=0
SumLR=0


z=0

RL=QMap+1j*UMap
LR=QMap-1j*UMap

Factor=[math.e**(-2j*math.pi*z/NMap) for z in range(NMap)]

for i in range(Nvis):
    X=ANT[i,0]
    Y=ANT[i,1]

    for l in range(NMap):

        for k in range(NMap):

            Temp=Factor[int((X*l)%NMap)]*Factor[int((Y*k)%NMap)];

            SumI+=IMap[l,k]*Temp
            SumRL+=RL[l,k]*Temp
            SumLR+=IMap[l,k]*Temp               


        k=1

    UV[i,0]=SumI.real
    UV[i,1]=SumI.imag
    UV[i,2]=SumRL.real
    UV[i,3]=SumRL.imag
    UV[i,4]=SumLR.real
    UV[i,5]=SumLR.imag
    l=1
    k=1
    SumI=0
    SumRL=0
    SumLR=0

return(UV)

Answer 1

如果您对提高脚本的性能感兴趣，cython可能是一个选择。在

Answer 2

我不是FFT的专家，但我的理解是FFT只是一种快速计算DFT的方法。所以对我来说，你的问题听起来像是在尝试编写一个气泡排序算法，看看它是否比快速排序给出了更好的答案。它们都是排序算法，结果是一样的！在

所以我质疑你的基本前提。我想知道你是否可以改变你的数据四舍五入，从SciPy FFT代码得到同样的结果。在

另外，根据我的DSP教科书，FFT可以产生比计算DFT更精确的答案，这仅仅是因为浮点运算是不精确的，而且FFT在寻找正确答案的过程中调用的浮点运算更少。在

如果您有一些工作的C代码可以完成所需的计算，那么您可以始终包装C代码，以便从Python调用它。此处讨论：Wrapping a C library in Python: C, Cython or ctypes?

回答您的实际问题：正如@ZoZo123所指出的，从range()更改为{}将是一个巨大的胜利。使用range()，Python必须构建一个数字列表，然后在完成后销毁该列表；使用xrange()Python只需创建一个迭代器，每次生成一个数字。（但是请注意，在python3.x中，range()生成一个迭代器，并且没有xrange()。）

另外，如果此代码不必与其余代码集成，则可以尝试在PyPy下运行此代码。这正是pypyy可以优化的代码类型。PyPy的问题是，当前您的项目必须是“纯”Python，而且看起来您使用的是NumPy。（有一些项目可以让NumPy和PyPy一起工作，但是还没有完成）http://pypy.org/

如果这段代码需要与其他代码集成，那么我认为您需要看看Cython（正如@Krzysztof Rosiêski所指出的）。在

Answer 3

您可能应该使用numpy的fourier变换代码，而不是自己编写：http://docs.scipy.org/doc/numpy/reference/routines.fft.html