Odpowiedź.

Leniwa ocena (lazy evaluation) to kluczowa koncepcja efektywnego programowania, w której wartości są obliczane tylko wtedy, gdy jest to konieczne. Historycznie w Pythonie wszystkie podstawowe wbudowane struktury (listy, krotki) były "wygodne": wcześniej tworzyły i umieszczały w pamięci wszystkie elementy. Wraz ze wzrostem objętości danych i zadań związanych z przetwarzaniem strumieni pojawiła się potrzeba leniwych obliczeń.

Problem: wygodne obliczenia prowadzą do nieefektywnego wykorzystania pamięci i czasu tam, gdzie można stopniowo uzyskiwać wyniki — na przykład przy filtrowaniu, przekształcaniu dużych kolekcji lub strumieniowaniu plików.

Rozwiązanie: w Pythonie powstało wiele narzędzi do leniwych obliczeń: generatory, iteratory oraz funkcje standardowej biblioteki (map, filter, zip, enumerate) i moduł itertools. Wszystkie one zwracają nie gotowe kolekcje, a "leniwe" obiekty, które wydają wynik jeden element na raz.

Przykład kodu:

result = map(lambda x: x * x, range(100))  # zwróci generator-iterator
for y in result:
    print(y)  # wartości obliczane są na żądanie

import itertools
inf = itertools.count(1)
for i in inf:
    if i > 3:
        break
    print(i)  # 1, 2, 3

Kluczowe cechy:

Nie wszystkie elementy są przechowywane w pamięci: obliczane są "na żądanie".
Może pracować z nieskończonymi strumieniami danych.
Umożliwia przetwarzanie kolekcji, które fizycznie w pełni nie istnieją (na przykład strumień danych z sieci).

Pytania z pułapką.

Czy funkcje map/filter zawsze zwracają listę w Pythonie 3?

Nie, w Pythonie 3 te funkcje zwracają iteratory, a nie listy. Aby uzyskać listę, należy owinąć wynik w list().

x = map(int, ['1', '2'])  # <map object>
list(x)                   # [1, 2]

Czy można uzyskać długość wyniku map bez konwersji do listy?

Nie, iterator nie zna z góry, ile ma elementów, dopóki nie przejdzie przez wszystkie. Należy obliczyć przez list(), co unieważnia leniwość.

Funkcja range w Pythonie 3 — jest wygodna czy leniwa?

Leniwa: range tworzy "obiekt range" — oblicza elementy na żądanie, nie przechowując całej sekwencji.

Typowe błędy i antywzorce

Niejawnie konwertują leniwe obiekty na listy, tracąc korzyści z oszczędności pamięci.
Uważają iteratory i generatory za zamienne z listami (ale nie można ich indeksować ani ponownie przechodzić).
Stosują len() do leniwych obiektów i napotykają błędy.

Przykład z życia

Negatywny przypadek

Skrypt przetwarza ogromny plik CSV, tworząc listę wszystkich wierszy przez list(open(f)). Serwer "umiera" z powodu braku pamięci przy dużym pliku.

Zalety:

Szybkie indeksowanie po konkretnym wierszu.

Wady:

Wysokie zużycie pamięci.
Program nie skalowalny na dużych danych.

Pozytywny przypadek

Kod używa leniwej obróbki: przechodzi przez wiersze pliku iteratorem for line in open(f), lub przetwarza je przez map/filter bez tworzenia pośrednich kolekcji.