18.3. 优化正则表达式

Soundex 函数的第一件事是检查输入是否是一个空字符串。怎样做是最好的方法？

如果你回答 “正则表达式”，坐在角落里反省你糟糕的直觉。正则表达式几乎永远不是最好的答案，而且应该被尽可能避开。这不仅仅是基于性能考虑，而是因为调试和维护都很困难，当然性能也是个原因。

这是 soundex/stage1/soundex1a.py 检查 source 是否全部由字母构成的一段代码，至少是一个字母 (而不是空字符串)：

    allChars = string.uppercase + string.lowercase
    if not re.search('^[%s]+$' % allChars, source):
        return "0000"

soundex1a.py 表现如何？为了方便，__main__ 部分包含了一段代码：调用 timeit 模块，为三个不同名字分别建立测试，依次测试，并显示每个测试的最短耗时：

 if __name__ == '__main__':
    from timeit import Timer
    names = ('Woo', 'Pilgrim', 'Flingjingwaller')
    for name in names:
        statement = "soundex('%s')" % name
        t = Timer(statement, "from __main__ import soundex")
        print name.ljust(15), soundex(name), min(t.repeat())

那么，应用正则表达式的 soundex1a.py 表现如何呢？

C:\samples\soundex\stage1>python soundex1a.py
Woo             W000 19.3356647283
Pilgrim         P426 24.0772053431
Flingjingwaller F452 35.0463220884

正如你预料，名字越长，算法耗时就越长。有几个工作可以令我们减小这个差距 (使函数对于长输入花费较短的相对时间) 但是算法的本质决定它不可能每次运行时间都相同。

另一点应铭记于心的是，我们测试的是有代表性的名字样本。Woo 是个被缩短到单字符并补零的小样本；Pilgrim 是个夹带着特别字符和忽略字符的平均长度的正常样本；Flingjingwaller 是一个包含连续重复字符并且特别长的样本。其它的测试可能同样有帮助，但它们已经很好地代表了不同的样本范围。

那么那个正则表达式如何呢？嗯，缺乏效率。因为这个表达式测试不止一个范围的字符 (A-Z 的大写范围和 a-z 的小写字母范围)，我们可以使用一个正则表达式的缩写语法。这便是 soundex/stage1/soundex1b.py:

    if not re.search('^[A-Za-z]+$', source):
        return "0000"

timeit 显示 soundex1b.py 比 soundex1a.py 稍微快一些，但是没什么令人激动的变化：

C:\samples\soundex\stage1>python soundex1b.py
Woo             W000 17.1361133887
Pilgrim         P426 21.8201693232
Flingjingwaller F452 32.7262294509

在 第 15.3 节 “重构” 中我们看到正则表达式可以被编译并在重用时以更快速度获得结果。因为这个正则表达式在函数中每次被调用时都不变化，我们可以编译它一次并使用被编译的版本。这便是 soundex/stage1/soundex1c.py：

isOnlyChars = re.compile('^[A-Za-z]+$').search
def soundex(source):
    if not isOnlyChars(source):
        return "0000"

soundex1c.py 中使用被编译的正则表达式产生了显著的提速：

C:\samples\soundex\stage1>python soundex1c.py
Woo             W000 14.5348347346
Pilgrim         P426 19.2784703084
Flingjingwaller F452 30.0893873383

但是这样的优化是正路吗？这里的逻辑很简单：输入 source 应该是非空，并且需要完全由字母构成。如果编写一个循环查看每个字符并且抛弃正则表达式，是否会更快些？

这便是 soundex/stage1/soundex1d.py：

    if not source:
        return "0000"
    for c in source:
        if not ('A' <= c <= 'Z') and not ('a' <= c <= 'z'):
            return "0000"

这个技术在 soundex1d.py 中恰好不及 编译后的正则表达式快 (尽管比使用未编译的正则表达式快[14])：

C:\samples\soundex\stage1>python soundex1d.py
Woo             W000 15.4065058548
Pilgrim         P426 22.2753567842
Flingjingwaller F452 37.5845122774

为什么 soundex1d.py 没能更快？答案来自 Python 的编译本质。正则表达式引擎以 C 语言编写，被编译后则能本能地在你的计算机上运行。另一方面，循环是以 Python 编写，要通过 Python 解释器。尽管循环相对简单，但没能简单到补偿花在代码解释上的时间。正则表达式永远不是正确答案……但例外还是存在的。

恰巧 Python 提供了一个晦涩的字符串方法。你有理由不了解它，因为本书未曾提到它。这个方法便是 isalpha()，它检查一个字符串是否只包含字母。

这便是 soundex/stage1/soundex1e.py：

    if (not source) and (not source.isalpha()):
        return "0000"

在 soundex1e.py 中应用这个特殊方法我们能得到多少好处? 很多。

C:\samples\soundex\stage1>python soundex1e.py
Woo             W000 13.5069504644
Pilgrim         P426 18.2199394057
Flingjingwaller F452 28.9975225902

例 18.3. 目前为止最好的结果：soundex/stage1/soundex1e.py

 import string, re
charToSoundex = {"A": "9",
                 "B": "1",
                 "C": "2",
                 "D": "3",
                 "E": "9",
                 "F": "1",
                 "G": "2",
                 "H": "9",
                 "I": "9",
                 "J": "2",
                 "K": "2",
                 "L": "4",
                 "M": "5",
                 "N": "5",
                 "O": "9",
                 "P": "1",
                 "Q": "2",
                 "R": "6",
                 "S": "2",
                 "T": "3",
                 "U": "9",
                 "V": "1",
                 "W": "9",
                 "X": "2",
                 "Y": "9",
                 "Z": "2"}
def soundex(source):
    if (not source) and (not source.isalpha()):
        return "0000"
    source = source[0].upper() + source[1:]
    digits = source[0]
    for s in source[1:]:
        s = s.upper()
        digits += charToSoundex[s]
    digits2 = digits[0]
    for d in digits[1:]:
        if digits2[-1] != d:
            digits2 += d
    digits3 = re.sub('9', '', digits2)
    while len(digits3) < 4:
        digits3 += "0"
    return digits3[:4]
if __name__ == '__main__':
    from timeit import Timer
    names = ('Woo', 'Pilgrim', 'Flingjingwaller')
    for name in names:
        statement = "soundex('%s')" % name
        t = Timer(statement, "from __main__ import soundex")
        print name.ljust(15), soundex(name), min(t.repeat())

Footnotes

[14] 注意 soundex1d.py 在后两个测试点上都比 soundex1b.py 慢，这点与作者所说的矛盾。本章另还有多处出现了正文与测试结果矛盾的地方，每个地方都会用译注加以说明。这个 bug 将在下个版本中得到修正。――译注