菜鸟数据科学入门02 - IPython 基础

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为什么要用 IPython？

IPython (Interactive Python 的简写) 是一个强大的交互式 Python Shell，由 Fernando Perez 在 2001 发起。它的目标是提供 Tools for the entire life cycle of research computing. 如果说 Python 是数据科学操作的引擎，那么 IPython 就是交互式的控制面板。

IPython 的优点：

• 交互式和批处理功能
• 提高编写、测试速度，执行结果立即可见，方便调试
• 同时保存脚本和计算过程，可重复可互动
• 丰富的数据可视化工具
• 能在本地计算机上对远程服务器中的数据进行分析
• 兼容 markdown 语法，满足数据分析、课程教学、博客写作等需求

Python Scientific Ecosystem

IPython 只是为 NumPy、Scipy、Pandas、Matplotlib 等包提供一个交互式接口，本身并不提供科学计算的功能。这些工具组合在一起，形成了可以匹敌如 Matlab、Mathmatic 等复杂工具的科学计算框架。

Shell or Notebook?

使用 IPython 有两种方式（前提是已经安装好 IPython）。

在命令行中使用

在命令行中输入 ipython，进入 IPython 环境：

Python 2.7.10 (default, Jul 30 2016, 19:40:32)
Type "copyright", "credits" or "license" for more information.

IPython 5.1.0 -- An enhanced Interactive Python.
?         -> Introduction and overview of IPython's features.
%quickref -> Quick reference.
help      -> Python's own help system.
object?   -> Details about 'object', use 'object??' for extra details.

In [1]:

在 Jupyter Notebook 中使用

Jupyter Notebook 是基于浏览器的 IPython shell 图形界面，非常适合用于开发、协同、分享甚至是发布数据科学研究成果。Notebook 以 JSON 格式保存整个交互式会话，可以兼容 Python 代码，文本标记语言如 Markdown，图片，视频，媒体内容等。 IPython Notebook 在 Python 社区中越来越普遍，特别是在科学研究与教育领域，很多课程/博客/书籍都是用 Notebook 写的。

安装 Jupyter 后，在命令行输入 jupyter notebook，进入 IPython 环境

[I 15:28:38.305 NotebookApp] Serving notebooks from local directory: /Users/kidult/Workspace/PresentWrok/OpenMind/2016.OM.DS/my_venv
[I 15:28:38.305 NotebookApp] 0 active kernels
[I 15:28:38.305 NotebookApp] The Jupyter Notebook is running at: http://localhost:8888/
[I 15:28:38.305 NotebookApp] Use Control-C to stop this server and shut down all kernels (twice to skip confirmation).

浏览器会打开本地的 Jupyter 控制台，新建或选择 .ipynb 后缀文件打开，就可以看到 Notebook 的页面了：

Notebook 基本结构和操作

在 Jupyter Notebook 中，基本的操作单元是 cell：

每个 cell 由 In和Out，即输入和输出部分组成。在这里，IPython 实际上生成了名叫 In和Out 的 Python 变量，把操作历史存储起来，以便随时调用。（_可调用上一个输出，_X可调用 Out[X] 的输出）

IPython 中的 cell 支持 Markdown 格式，所以很适合用来生成带源码和运行结果的文档。

Notebook 中常用操作

命令模式 (按 Esc 键进入)

键盘	命令	操作
↩	回车	进入编辑模式
⇧↩	shift+回车	运行 cell，选择下一个 cell
M	M 键	切换为 Markdown 格式
A	A 键	在上方插入 cell
B	B 键	在下方插入 cell
D,D	按两次 D 键	删除所选 cell
H	H 键	显示快捷键

编辑模式 (按 Enter 键进入)

键盘	命令	操作
⌘]	command + ]	缩进
⌘[	command + ]	取消缩进
⌘Z	command + Z	撤销
⌘⇧Z	command + shift + Z	重做
⌘↑	command + up 键	跳到 cell 开头
⌘↓	command + down 键	跳到 cell 结尾

实用功能

Tab自动补全

在输入命令时按下 tab 键，可以查看补全选项：

用 ? 查询文档

比如，要查询 len 的用法，只需要输入 len?

In [2]: len?

Type:        builtin_function_or_method
String form: 
Namespace:   Python builtin
Docstring:
len(object) -> integer

Return the number of items of a sequence or mapping.

另外，用 ?? 可以查看源代码，比如输入square??

In [8]: square??

Type:        function
String form: 
Definition:  square(a)
Source:
def square(a):
    "Return the square of a"
    return a ** 2

魔法命令

通过%lsmagic即可查看，以下为部分命令：

命令	命令说明
%hist	查询输入的历史
%reset	清空 namespace
%time	显示 Python语句的执行时间，包括 cpu time 和 wall clock time
%timeit	显示 Python语句的执行时间，但是这个命令会多次执行相应的语句（可以指定次数）%timeit
%bookmark	用于存储常用路径
%cd	进入目录命令
%env	显示系统环境变量
%pushd dir	将当前目录入栈，并进入dir指定的目录

参考资料

• Python Data Science Handbook
• IPython.org
• 学习IPython进行交互式编程和数据可视化
• 使用IPython有哪些好处？ - 知乎
• 为什么要使用IPython？ -

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