将二进制字符串转换为二进制数组（1 和 0 的数组）的最快方法

Question

我试图找到将二进制字符串转换为整数0和1的数组的最快方法。 我目前正在使用python 3.8，并且有以下两个函数来获取这样的数组：

import numpy as np
from typing import Literal, Sequence
def string_to_array(Bin_String):
    Bin_array=[int(Bin_String[i],2) for i in range(len(Bin_String))]
    return Bin_array

def string_to_array_LtSq(string: Sequence[Literal['0', '1']]) -> np.ndarray:
    return np.array([int(c) for c in string])

对于长度为 1024 的字符串， string_to_array_LtSq函数比另一个函数花费的时间少 20 微秒（平均 370 微秒），但我不明白为什么它更快，因为两者都使用int函数。

但这是代码的重要部分，那么python中有没有更快的方法？

此外，是否可以用任何其他语言（例如 c）做得更快？ 我可能会切换到那种语言。

谢谢。

相关帖子：

1. 将位串（1 和 0 的字符串）转换为 numpy 数组

Answer 1

尝试：

s = '0011'

print(np.frombuffer(s.encode("ascii"), dtype="u1") - 48)

---

基准：

import numpy as np
from timeit import timeit

s = "1011" * 256  # length = 1024


def f1():
    return np.frombuffer(s.encode("ascii"), dtype="u1") - 48


def f2():
    return np.array([int(c) for c in s])


def f3():
    return list(map(int, s))


def f4():
    return [int(c) for c in s]


t1 = timeit(f1, number=1_000)
t2 = timeit(f2, number=1_000)
t3 = timeit(f3, number=1_000)
t4 = timeit(f4, number=1_000)

print(t1)
print(t2)
print(t3)
print(t4)

印刷：

0.00223864201689139
0.18963027599966154
0.10751374304527417
0.13433810899732634

^{编辑：添加了仅创建 python 列表的函数（而不是 np.array）}

Answer 2

bytearray似乎比 Andrej 的 NumPy 解决方案更快。 bytes可用于快速list解决方案。 1024 位的时间（仅显示前 5 位）：

f1   2.7 μs  [1 0 1 1 1]
f2   2.0 μs  bytearray(b'\x01\x00\x01\x01\x01')
f3   7.6 μs  [1, 0, 1, 1, 1]

基于 Andrej 的代码（ 在线试用！ ）：

import numpy as np
from timeit import timeit

s = "1011" * 256  # length = 1024


def f1():
    return np.frombuffer(s.encode("ascii"), dtype="u1") - 48


table = bytearray.maketrans(b'01', b'\x00\x01')

def f2():
    return bytearray(s, "ascii").translate(table)


def f3():
    return [*s.encode().translate(table)]


for _ in range(3):
    for f in f1, f2, f3:
        t = timeit(f, number=1_000)
        t = '%5.1f μs ' % (t * 1e3)
        print(f.__name__, t, f()[:5])
    print()