Python 中在递归循环中保存终端输出

本文介绍了如何在 Python 递归循环中持续输出状态信息到终端，避免信息被覆盖。通过 tqdm 库，可以方便地创建进度条，即使在复杂的二分搜索等场景下，也能有效地显示进度，提升用户体验。

在编写复杂的 Python 程序时，特别是涉及到耗时的递归循环，实时了解程序的运行状态至关重要。直接使用 print 语句可能会导致输出信息被覆盖，难以追踪进度。本文将介绍如何使用 tqdm 库在终端中创建动态更新的进度条，以便更好地监控程序的执行过程。

使用 tqdm 显示进度

tqdm 是一个强大的 Python 库，用于在循环中创建进度条。它易于使用，并且可以与各种类型的循环集成，包括 for 循环和 while 循环。

安装 tqdm

首先，需要安装 tqdm 库。可以使用 pip 进行安装：

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pip install tqdm

基本用法

tqdm 的基本用法非常简单。只需将需要监控的循环包装在 tqdm() 函数中即可。例如：

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from tqdm import tqdm
import time

for i in tqdm(range(10)):
    # 模拟耗时操作
    time.sleep(0.5)

这段代码会在终端中显示一个进度条，随着循环的进行而更新。

在递归循环中使用 tqdm

在递归循环中使用 tqdm 稍微复杂一些，因为需要确定循环的总迭代次数。如果无法事先确定迭代次数，则需要采取一些技巧来估计或计算。

示例：二分搜索

考虑一个二分搜索的例子。假设要在区间 [low, high] 中搜索一个值，直到区间宽度小于某个阈值。在这种情况下，可以根据初始区间大小和精度阈值来估计迭代次数。

from tqdm import tqdm
from math import log2

def binary_search(low, high, tolerance, costly_subroutine):
    """
    使用二分搜索查找满足条件的解。

    Args:
        low: 区间下界。
        high: 区间上界。
        tolerance: 精度阈值。
        costly_subroutine: 一个耗时的子程序，用于判断当前值是否满足条件。

    Returns:
        满足条件的解。
    """

    pbar_length = log2(high - low)
    pbar = tqdm(total=int(pbar_length - log2(tolerance)), leave=False, desc="Binary Search")

    while abs(high - low) > tolerance:
        mid = (high + low) / 2
        if costly_subroutine(mid):
            high = mid
        else:
            low = mid
        pbar.update(1)

    pbar.close()
    return (high + low) / 2

# 示例用法
def example_costly_subroutine(x):
    # 模拟耗时操作
    time.sleep(0.1)
    return x > 0.5

low_theta = 0
high_theta = 1
tolerance = 1e-5

result = binary_search(low_theta, high_theta, tolerance, example_costly_subroutine)
print(f"Result: {result}")

在这个例子中，binary_search 函数使用 tqdm 显示二分搜索的进度。pbar_length 根据初始区间大小和精度阈值计算得到，用于初始化进度条的总长度。leave=False 参数表示进度条在循环结束后自动消失。desc 参数用于设置进度条的描述信息。

注意事项

• 准确估计迭代次数： tqdm 的效果很大程度上取决于迭代次数的准确性。如果迭代次数估计不准确，进度条的显示可能会误导用户。
• 耗时操作： tqdm 本身也会带来一定的性能开销。对于非常短的循环，使用 tqdm 可能会降低程序的运行速度。
• 嵌套循环： 在嵌套循环中使用 tqdm 时，需要注意进度条的层级关系。可以使用 leave=False 参数来控制子循环的进度条是否在循环结束后消失，以避免混乱。

总结

tqdm 是一个非常实用的 Python 库，可以帮助开发者在终端中创建动态更新的进度条，从而更好地监控程序的运行状态。在递归循环中使用 tqdm 时，需要注意迭代次数的估计和进度条的层级关系。通过合理使用 tqdm，可以显著提升用户体验，使程序更易于调试和维护。

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