pandas apply 在 axis=1 时为什么比 vectorized 操作慢很多

apply在axis=1下特别慢,因其本质是Python层逐行循环,每行转Series并调用函数,引发对象创建、属性查找、类型检查等解释器开销,且无法利用NumPy底层C实现和CPU向量化指令。

pandas apply 在 axis=1 时为什么比 vectorized 操作慢很多

为什么 applyaxis=1 下特别慢?

因为 applyaxis=1 时,本质是 Python 层面的逐行循环:每行被包装成一个 Series 对象,再调用你的函数一次。这触发了大量 Python 解释器开销——对象创建、属性查找、类型检查、函数调用压入/弹出。而向量化操作(如 df['A'] + df['B'])直接调用底层 NumPy 的 C 实现,跳过所有 Python 循环,对整列做一次内存连续运算。

axis=1apply 还有哪些隐藏成本?

除了循环本身,这些细节也在拖慢速度:

  • raw=False(默认):每行传入的是带索引的 Series,不是纯数组,额外有 label 查找和对齐开销
  • result_type=None:返回结果类型需动态推断,尤其当函数返回 list 或 dict 时,会触发额外结构解析
  • 无法利用 CPU 向量化指令(如 AVX):Python 函数体内的计算仍是标量执行,哪怕你用了 np.log,也受限于单次调用上下文
  • GC 压力大:百万行 = 百万个临时 Series 对象,频繁触发垃圾回收

怎么验证你真在用 axis=1apply

别只看代码写了 axis=1,还要确认实际执行路径:

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  • %%timetimeit 测真实耗时,而非“看起来像向量化”
  • 检查函数体内是否出现 row['col_name']row.index —— 这说明你依赖了 Series 接口,无法被 raw=True 加速
  • 如果函数只读取固定几列数值,且逻辑可拆解,优先改写为布尔掩码 + loc 赋值,例如:
    df.loc[df['e'] == 10, 'new'] = df['c'] * df['d']

什么情况下还不得不写 axis=1apply

只有当逻辑真正无法用向量化表达式描述时才保留它,比如:

  • 需要调用外部 API 或文件 I/O(但这时性能瓶颈已不在 Pandas)
  • 函数内部有状态依赖(如累计计数、上一行值引用)——此时应考虑 shift + 累积函数,或改用 numba.jit
  • 涉及复杂字符串解析(正则捕获组嵌套、多步替换),且 .str 方法链无法覆盖

即便如此,也建议先尝试 swifter.apply 并行化,或把逻辑抽到 numba.vectorize 中——但要注意:一旦你开始为 apply 找加速方案,就说明问题本身可能更适合换种建模方式。

https://www.php.cn/faq/2023470.html

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