Pythonで経過時間を計測するための12の手法

はじめに

プログラミングにおいて、特定の処理がどれだけの時間を要するかを知ることは極めて重要です。

それによって、プログラムのパフォーマンス分析を行い、最適化を図ることが可能になります。

特に、Pythonで経過時間を計測する手法は、初心者から上級者までの全てのPython開発者が知っておくべき知識の一つと言えるでしょう。

本記事ではPythonで経過時間を計測するための12の手法を詳しく解説します。

●Pythonで時間を計測する理由

Pythonで時間を計測することは、プログラムの効率性やパフォーマンスを分析する上で不可欠です。

コードのどの部分が時間を取っているのかを知ることで、最適化の方向性を見つけ出すことができます。

また、大規模なデータ処理や、マルチスレッド/マルチプロセスを利用した並行処理においても、経過時間の計測は極めて有用です。

●Pythonでの時間の扱い方基本

Pythonで時間を扱うには、標準ライブラリのtimeモジュールやdatetimeモジュールを利用します。

これらのモジュールには、時間を扱うための様々な関数が用意されています。

○現在の時間を取得する

Pythonでは、timeモジュールのtime()関数を用いて現在のUNIXエポック（1970年1月1日0時0分0秒UTC）からの経過秒数を取得することができます。

具体的なコードは次の通りです。

import time

# 現在のUNIXエポックからの経過秒数を取得
now = time.time()
print(now)

このコードではtimeモジュールを使って現在のUNIXエポックからの経過秒数を取得しています。

この例ではtime.time()を使って現在のUNIXエポックからの経過秒数を取得しています。

○特定の日時を作成する

Pythonのdatetimeモジュールを使用すれば、特定の日時を表現することも可能です。

下記のコードは、2023年7月7日をdatetimeオブジェクトとして表現する例です。

from datetime import datetime

# 特定の日時を作成
dt = datetime(2023, 7, 7)
print(dt)

このコードではdatetimeモジュールを使って特定の日時を作成しています。

この例では、2023年7月7日を指定してdatetimeオブジェクトを作成しています。

○日時のフォーマット

datetimeオブジェクトは、strftimeメソッドを使って任意の形式の文字列に変換することができます。

from datetime import datetime

# 特定の日時を作成
dt = datetime(2023, 7, 7)

# 日時を文字列に変換
formatted_dt = dt.strftime("%Y年%m月%d日 %H時%M分%S秒")
print(formatted_dt)

このコードではdatetimeモジュールを使って特定の日時を作成し、その後strftimeメソッドを使って日時を指定した形式の文字列に変換しています。

この例では、作成した日時を”年月日時分秒”の形式で出力しています。

以上がPythonで時間を扱うための基本的な手法です。

続けて、経過時間を計測するための具体的な方法について解説します。

●経過時間を計測する方法

Pythonでは、timeモジュールを利用して経過時間を計測することができます。

ここでは、主に用いられるtime()関数、perf_counter()関数、そしてprocess_time()関数の使用法を説明します。

○timeモジュールとは

timeモジュールは、Pythonの標準ライブラリで、時間に関連する機能を提供します。

この中には、UNIXエポックからの経過秒数を取得するtime()関数や、ハイレゾリューションタイマーを提供するperf_counter()関数、CPU時間を提供するprocess_time()関数など、経過時間を計測するための関数が含まれています。

○time()関数の使用法

time()関数は、現在のUNIXエポックからの経過秒数を返します。

これを用いると、特定の処理の開始時刻と終了時刻の差分を計算することで、その処理に要した経過時間を計測することができます。

import time

# 処理開始時刻
start = time.time()

# 何らかの処理
for i in range(1000000):
    pass

# 処理終了時刻
end = time.time()

# 経過時間
elapsed_time = end - start
print(f"経過時間: {elapsed_time}秒")

このコードではtime()関数を使って処理の開始時刻と終了時刻を取得し、その差分を計算することで経過時間を計測しています。

この例では、1000000回のループを回すという簡単な処理の経過時間を計測しています。

○perf_counter()関数の使用法

perf_counter()関数は、Pythonが起動してからの経過時間を浮動小数点数の秒数で返します。

これはOSによる時間の補正やスリープ時間も含みます。

そのため、time()関数と比べてより精度の高い経過時間の計測が可能です。

import time

# 処理開始時刻
start = time.perf_counter()

# 何らかの処理
for i in range(1000000):
    pass

# 処理終了時刻
end = time.perf_counter()

# 経過時間
elapsed_time = end - start
print(f"経過時間: {elapsed_time}秒")

このコードではperf_counter()関数を使って処理の開始時刻と終了時刻を取得し、その差分を計算することで経過時間を計測しています。

この例では、1000000回のループを回すという簡単な処理の経過時間を計測しています。

○process_time()関数の使用法

process_time()関数は、プロセスがCPUを使用した時間を返します。

これはスリープ時間を含まず、Pythonが実行中のCPU時間のみを計測します。

そのため、CPUを使用する処理の経過時間を計測するのに適しています。

import time

# 処理開始時刻
start = time.process_time()

# 何らかの処理
for i in range(1000000):
    pass

# 処理終了時刻
end = time.process_time()

# 経過時間
elapsed_time = end - start
print(f"経過時間: {elapsed_time}秒")

このコードではprocess_time()関数を使って処理の開始時刻と終了時刻を取得し、その差分を計算することで経過時間を計測しています。

この例では、1000000回のループを回すという簡単な処理の経過時間を計測しています。

●経過時間計測の応用例

以上の基本的な時間計測の方法を利用して、更に具体的な応用例を見ていきましょう。

○サンプルコード1：関数の実行時間を計測する

関数の実行時間を計測するには、関数の開始時と終了時にそれぞれ時間を記録し、その差分を取ることで実現できます。

import time

def my_func():
    for i in range(1000000):
        pass

# 処理開始時刻
start = time.time()

# 関数の実行
my_func()

# 処理終了時刻
end = time.time()

# 経過時間
elapsed_time = end - start
print(f"経過時間: {elapsed_time}秒")

このコードでは、関数my_funcの実行時間を計測しています。

関数の開始時と終了時に時間を取得し、その差分を取ることで関数の実行時間を計測します。

○サンプルコード2：ループの実行時間を計測する

ループの実行時間を計測するには、ループの開始時と終了時にそれぞれ時間を記録し、その差分を取ることで実現できます。

import time

# 処理開始時刻
start = time.time()

# ループ処理
for i in range(1000000):
    pass

# 処理終了時刻
end = time.time()

# 経過時間
elapsed_time = end - start
print(f"経過時間: {elapsed_time}秒")

このコードでは、1000000回のループ処理の実行時間を計測しています。

ループの開始時と終了時に時間を取得し、その差分を取ることでループの実行時間を計測します。

○サンプルコード3：複数プロセスの実行時間を計測する

複数のプロセスを同時に実行し、その実行時間を計測する場合は、multiprocessingモジュールを使用します。

import time
from multiprocessing import Process

def my_func():
    for i in range(1000000):
        pass

# プロセスの作成
p1 = Process(target=my_func)
p2 = Process(target=my_func)

# 処理開始時刻
start = time.time()

# プロセスの開始
p1.start()
p2.start()

# プロセスの終了待ち
p1.join()
p2.join()

# 処理終了時刻
end = time.time()

# 経過時間
elapsed_time = end - start
print(f"経過時間: {elapsed_time}秒")

このコードでは、2つのプロセスを同時に実行し、その実行時間を計測しています。

複数プロセスの開始時と全てのプロセスが終了した時に時間を取得し、その差分を取ることで複数プロセスの実行時間を計測します。