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Para calcular o tempo de execução de uma função estou utilizando

inicio=time.time()
# código 
fim=time.time()

Como faço para calcular o tempo repetidas vezes e depois calcular a média desse tempo?

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Você pode colocar o trecho de código que você está medindo a execução dentro de um laço:

import time

REPETICOES = 10
tempos = []
for vezes in range(0, REPETICOES):
    inicio = time.time()
    # ... o código a medir entra aqui ... #
    fim = time.time()
    tempos.append(fim - inicio)

media = sum(tempos) / REPETICOES

Ou então usar o módulo timeit:

import timeit

REPETICOES = 10

# o seu código fica dentro de uma string mesmo
meu_codigo = """
j = 0
for i in range(0,999):
    j += i * j
"""

tempo = timeit.timeit(stmt=meu_codigo, number=REPETICOES)
print(tempo / REPETICOES)

Mas você pode perceber que em ambos, seja "manualmente" ou através da biblioteca, as implementações são bastante parecidas.

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Uma forma interessante que o Python te permite fazer é criar um decorador que gerencie isso para você:

def time_statistics(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        start = time.time()
        result = func(*args, **kwargs)
        end = time.time()

        if not hasattr(wrapper, 'times'):
            wrapper.times = []

        wrapper.times.append(end - start)
        return result

    return wrapper

Assim, na função que você quer analisar, basta fazer:

@time_statistics
def foo(a, b):
    return a + b

Efetuar as chamadas para testar o tempo:

for _ in range(100):
    foo(1, 2)

Depois analisar os resultados:

print('Tempo mínimo [s]: ', min(foo.times))
print('Tempo máximo [s]: ', max(foo.times))
print('Média de tempo [s]: ', sum(foo.times) / len(foo.times))

Veja funcionando no Repl.it.

Dica: eu utilizei uma lista simples para gerenciar os tempos, mas você pode facilmente abstrair isso numa estrutura mais complexa que já gerencie toda a lógica que necessita, seja calculando mínimos e máximo, calculando a média, desvio padrão, variância, seja gerando o gráfico.

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