深夜Python - 第1夜 - for 迷 in 迷思

　　在一個月黑風高的夜晚，我悄悄打開編輯器，進入程式的世界。剛剛學會Python的我，由於一段時間的過度裝B，被委托優化一段程式，我信心十足地接下來，看了又看……這不挺好的程式嗎？但是又覺得哪不太對，無奈，只好去找夜貓兄。

　　“夜貓兄！速救！——”我敲門敲出了過年放煙花般的氛圍。夜貓兄剛剛起床，瞅瞅我的程式，然後瞅瞅我，一臉鄙夷：“這……是你寫的？”

　　“這是……其實是β兄的原創……”我感覺不妙……

　　“真差！”夜貓兄只說了這2個字。

　　“啥啥啥？”我滿臉問號。上貢了十袋小魚乾，三杯熱牛奶，終於讓夜貓兄滿意，同意傳授我Python秘籍。夜貓兄親自上手，帶著我把代碼優化了一遍。

　　優化的位置很多，一段一段來看。

1 testdata = np.zeros((1, 80, 30))  ###   1  80  36
2 for i in range(80):  ##   80
3     for j in range(30):
4         testdata[0, i, j] = m[i, j]

　　這可以看成一段C語言里初始化數組的程式，其中np為numpy庫，m為80×30的數組，testdata用於數據分類，必須增加一個維度，所以有了上面的程式，它類似於如下C語言代碼：

1 int testdata[1][80][30] = {0};
2 int i,j;
3 for(i=0; i<80; i++){
4     for(j=0; j<30; j++){
5         testdata[0][i][j] = m[i][j];
6     }
7 }

　　“夜貓兄，這不就是C語言的改寫嗎？有什麼問題嗎？”

　　“Python的優勢就是它語法很簡潔，開發起來很高效，所以用Python模仿C開發就很搞笑。看我給你重寫這段代碼。”

　　還沒等我反應過來，夜貓兄的爪子就敲完了鍵盤……我一看，啥啥啥？這就行了？

1 testdata = m.reshape((1, 80, 30))

　　“reshape是numpy自帶的方法，可以重新組織數據，通俗點說，改變數組的形狀。numpy底層是C語言實現的，所以速度比用Python的for快得多，而且代碼簡潔易讀，這麼寫都不用加註釋了。”

　　“對對對，夜貓兄威武！”

　　“多說一句，註意reshape函數是有別的參數可以用的，就是order。預設order='C'，就是上面的效果，order='F'就會按照列的順序排列數據，還有個'A'，具體的去看官方文檔。給你演示一下。”

 1 >>> a = np.arange(12)
 2 >>> a.reshape((4,3))
 3 array([[ 0,  1,  2],
 4        [ 3,  4,  5],
 5        [ 6,  7,  8],
 6        [ 9, 10, 11]])
 7 >>> a.reshape((4,3), order='C')
 8 array([[ 0,  1,  2],
 9        [ 3,  4,  5],
10        [ 6,  7,  8],
11        [ 9, 10, 11]])
12 >>> a.reshape((4,3), order='F')
13 array([[ 0,  4,  8],
14        [ 1,  5,  9],
15        [ 2,  6, 10],
16        [ 3,  7, 11]])

　　"哇，學到了學到了。"我笑嘻嘻地搓著手，“誒，那下麵那段……”

　　“對，類似的。”夜貓兄捻起一條小魚乾，嘬了一口牛奶，改起了下麵的代碼：

1 tdata = np.zeros((47, 4))
2 ...
3 data = tctimeClient.recv(47 * 4 * 4)  # 40ms  4位元組
4 ptr = 0
5 for i in range(47 * 4):
6     tdata[ptr % 47][ptr // 47] = struct.unpack('f', data[4 * i:4 * i + 4])[0]  # / 浮點數除，//整除
7     ptr += 1

　　這段代碼中data是接收到的位元組數據，數據類型需要轉換成float32，所以需要用struct修改數據類型，類似於C語言的強制類型轉換。當然聰明如我——夜貓兄的高手在C語言里會用union(共用體)來實現類型的轉換。會用C語言的童鞋可以看出，tdata[ptr % 47][ptr // 47]就是按照列的順序排列數據。但是如夜貓兄所說，這樣的做法在Python里非常低效的，應該用現成的庫代替。而struct.unpack是可以多位元組操作的，所以應該用47×4個'f'一次性把數據全轉換掉。

1 byte_data = tctimeClient.recv(47 * 4 * 4)  # 40ms  4位元組
2 float_data = struct.unpack('f'*47*4, byte_data)
3 tdata = np.array(float_data).reshape((47, 4), order='F')

　　“夜貓兄，給講講struct唄～”

　　“自己搜去！”夜貓兄只顧著改代碼，不太願意理我，我只好再掏出來一罐小魚乾……“這是官方文檔，下次自己搜啊。”

　　……

　　光陰似箭……牛奶杯漸漸見底……夜貓兄的爪子停了下來，“今天就到這吧，我要睡午覺了，代碼慢慢改吧。”

　　“哈？你是不是就是想要小魚乾和牛奶？”

　　“閉嘴，你走！”夜貓兄一口幹了剩下的小魚乾，把罐子扔給我，“垃圾什麼的都帶走啊！”

 　　深夜Python，第1夜，2019.10.16。