00's Adventure

菜鸟数据科学入门02 - IPython 基础

一、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。其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 这些复杂工具的科学计算框架。

二、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:

1
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

1
[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:

三、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 InOut,即输入和输出部分组成。在这里,IPython 实际上生成了名叫 InOut 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

四、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:

? 查询文档

比如,要查询 len 的用法,只需要输入 len?

1
In [2]: len?

Type:        builtin_function_or_method
String form: <built-in function len>
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??

1
In [8]: square??

Type:        function
String form: <function square at 0x103713cb0>
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

kidult00 wechat
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