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：

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：

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 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

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：

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: <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??

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