1. IPython 的介紹
Ipython 是一個(gè) python 的交互式 shell，比默認(rèn)的 python shell 好用得多，支持變量自動(dòng)補(bǔ)全，自動(dòng)縮進(jìn)，支持 bash shell 命令，內(nèi)置了許多很有用的功能和函數(shù)。學(xué)習(xí)Ipython 將會(huì)讓我們以一種更高的效率來使用 python。同時(shí)它也是利用 Python 進(jìn)行科學(xué)計(jì)算和交互可視化的一個(gè)最佳的平臺(tái)。
IPython 提供了兩個(gè)主要的組件：
- 一個(gè)強(qiáng)大的 python 交互式 shell；
- 供 Jupyter notebooks 使用的一個(gè) Jupyter 內(nèi)核（IPython notebook）。
IPython 的主要功能如下：
- 運(yùn)行 ipython 控制臺(tái) ；
- 使用 ipython 作為系統(tǒng) shell ；
- 使用歷史輸入(
history) ； - Tab 鍵自動(dòng)補(bǔ)全 ；
- 使用
%run命令運(yùn)行腳本 ； - 使用
%timeit命令快速測(cè)量時(shí)間 ； - 使用
%pdb命令快速 debug ； - 使用
%edit命令打開當(dāng)前函數(shù)編輯； - 使用
%save命令把某些歷史記錄保存到文件； - 使用
%debug命令激活debug程序； - 使用 pylab 進(jìn)行交互計(jì)算 ；
- 使用 IPython Notebook。
2. IPython 的安裝
Ipython 支持 Python2.7 版本或者3.3 以上的版本，此處用的是 windows 下的 python 3.7.9 版本。
- 安裝 ipython 很簡(jiǎn)單，可以直接使用 pip 管理工具即可:
pip install ipython # 這條命令會(huì)自動(dòng)安裝IPython以及它的各種依賴包
- 如果還想在 notebook 中或者在 Qt console 中使用 IPython，我們還需要安裝 Jupyter，如下命令：
pip install jupyter
- 另外還可能需要安裝一些用到的庫(kù)：
- NumPy 高性能多維數(shù)組矢量運(yùn)算庫(kù)：
pip install numpy
- Matplotlib 繪圖以及交互式可視化：
pip install matplotlib
3. IPython 的交互式使用
IPython 支持所有 python 的標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出，也就是我們?cè)?IDLE 中或者 Python shell 中能用的，在 IPython 中都能夠使用，唯一的不同之處使 ipython 會(huì)使用 In [x] 和 Out [x] 表示輸入輸出，并表示出相應(yīng)的序號(hào)。后面我們會(huì)知道，In 和 Out 是兩個(gè)保存歷史信息的變量。
進(jìn)入 IPython 也非常簡(jiǎn)單，直接 win + R 打開運(yùn)行，然后輸入ipython 即可進(jìn)入 IPython shell 交互框。
3.1 Tab 鍵自動(dòng)補(bǔ)全
在 shell 中輸入表達(dá)式時(shí)，只要按下 Tab 鍵，當(dāng)前命名空間中任何與輸入的字符串相匹配的變量(對(duì)象或者函數(shù)等)就提示出來，這時(shí)可以通過鍵盤的向下翻頁鍵找到自己需要的對(duì)象。
3.2 內(nèi)省
在變量的前面或者后面加上一個(gè)問號(hào) ?，就可以將有關(guān)該對(duì)象的一些通用信息顯示出來，這就叫做對(duì)象的內(nèi)省。
如果對(duì)象是一個(gè)函數(shù)或者實(shí)例方法，則它的 docstring 也會(huì)被顯示出來，定義方法如下：
查看該方法的內(nèi)省信息：
如果使用兩個(gè)問號(hào) ??，還可以顯示出該方法的源代碼：
此外，可以使用通配符字符串查找出所有與該通配符字符串相匹配的名稱，比如查找 re 模塊下所有的包含find的函數(shù)：
3.3 使用歷史命令 history
在 IPython shell 中，使用歷史命令可以簡(jiǎn)單地使用上下翻頁鍵即可，也可以使用hist命令(或者history命令)查看所有的歷史輸入。（正確的做法是使用%hist，在這里，%hist也是一個(gè)魔法命令）
如果在hist命令之后加上-n，即hist -n也可以顯示出輸入的序號(hào)：
在任何的交互會(huì)話中，輸入歷史和輸出歷史都會(huì)被保存在In和Out變量中，并被序號(hào)進(jìn)行索引。
另外，_，__，___和_i，_ii，_iii變量保存著最后三個(gè)輸出和輸入對(duì)象。_n和_in(這里的n表示具體的數(shù)字)變量返回第n個(gè)輸出結(jié)果和輸入內(nèi)容的歷史命令。
比如：_3輸出第3條語句的輸出結(jié)果，_i3輸出第3條語句的內(nèi)容。
3.4 使用 %run 命令運(yùn)行腳本
在 ipython 會(huì)話環(huán)境中，所有文件都可以通過%run命令當(dāng)做 Python 程序來運(yùn)行，輸入%run 路徑+python文件名稱即可
3.5 使用 %timeit 命令快速測(cè)量代碼運(yùn)行時(shí)間
在一個(gè)交互式會(huì)話中，可以使用%timeit魔法命令快速測(cè)量代碼運(yùn)行時(shí)間。相同的命令會(huì)在一個(gè)循環(huán)中多次執(zhí)行，多次運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)的平均值作為該命令的最終評(píng)估時(shí)長(zhǎng)。-n 選項(xiàng)可以控制命令在單詞循環(huán)中執(zhí)行的次數(shù)，-r選項(xiàng)控制執(zhí)行循環(huán)的次數(shù)。
3.6 使用 %debug 命令進(jìn)行快速 debug
ipython 帶有一個(gè)強(qiáng)大的調(diào)試器。無論何時(shí)控制臺(tái)拋出了一個(gè)異常，我們都可以使用%debug魔法命令在異常點(diǎn)啟動(dòng)調(diào)試器。接著你就能調(diào)試模式下訪問所有的本地變量和整個(gè)?；厮荨Ｊ褂?code>u和d向上和向下訪問棧，使用q退出調(diào)試器。在調(diào)試器中輸入?可以查看所有的可用命令列表?？梢允褂?code>%pdb魔法命令來激活I(lǐng)Python調(diào)試器，這樣，每當(dāng)異常拋出時(shí)，調(diào)試器就會(huì)自動(dòng)運(yùn)行。
3.7 使用 Pylab 進(jìn)行交互式計(jì)算
%pylab魔法命令可以使Numpy和matplotlib中的科學(xué)計(jì)算功能生效，這些功能被稱為基于向量和矩陣的高效操作，交互可視化特性。它能夠讓我們?cè)诳刂婆_(tái)進(jìn)行交互式計(jì)算和動(dòng)態(tài)繪圖。
在該示例中，我們首先定義了一個(gè) -10 到 10 的線性空間中的 1000 個(gè)數(shù)值的向量，接著繪制 (x,sin(x)) 圖像，這樣我們就成功繪制出了sin(x)的函數(shù)圖像：
3.8 在 IPython 中使用系統(tǒng) shell
我們可以在 IPython 中直接使用系統(tǒng) shell，并獲取讀取結(jié)果作為一個(gè) Python 字符串列表。為了實(shí)現(xiàn)這種功能，需要使用感嘆號(hào) ! 作為 shell 命令的前綴。比如現(xiàn)在在我的 windows 系統(tǒng)中，直接在 IPython 中ping 百度：
此外，在 IPython 中調(diào)用系統(tǒng) shell 可以再次進(jìn)入一個(gè)新的 IPython shell 中。
4. 使用 IPython Notebook
IPython Notebook 使用瀏覽器作為界面，向后臺(tái)的 IPython 服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求，并顯示結(jié)果。在瀏覽器的界面中使用單元(Cell)保存各種信息。Cell 有多種類型，需要強(qiáng)調(diào)的是，它也支持 MarkDown 語法，所以可以有 MarkDown 格式化文本單元，也可以有表示代碼的 Code 單元。
IPython Notebook 有一個(gè)重要的特點(diǎn)就是：可重復(fù)性的互動(dòng)計(jì)算，這意味著我們可以重復(fù)更改并且執(zhí)行曾經(jīng)的輸入記錄。它可以保存成其他很多格式，比如 Python腳本，HTML，PDF 等，所以它可以記錄我們的演算過程。很多課程，博客以及書籍都是用 Notebook 寫的。
4.1 安裝并運(yùn)行
前面 IPython 的安裝過程如果你都已經(jīng)執(zhí)行過了，那么 IPython Notebook 就算是安裝好了。至于怎么測(cè)試呢？
Win + R打開運(yùn)行窗口，輸入ipython notebook，如果正確安裝的話，這個(gè)命令就會(huì)默認(rèn)在本地 8888 端口啟動(dòng)一個(gè) web 服務(wù)，并自動(dòng)打開瀏覽器，打開http://localhost:8888/tree頁面，在這個(gè)頁面我們可以看到當(dāng)前目錄下的所有文件夾以及ipynb文件。當(dāng)然，如果不想在當(dāng)前默認(rèn)目錄啟動(dòng)該Web服務(wù)器的話，就在 cmd 窗口下切換目錄之后再運(yùn)行ipython notebook。
自動(dòng)打開，如下頁面：
我們可以點(diǎn)擊當(dāng)前目錄下的 Notebook 文件進(jìn)行編輯，也可以新建 Notebook。
編輯 Notebook 可以選擇代碼模式和文本編輯模式，也可以導(dǎo)出各種不同格式的文件。
由于 IPython Notebook 是基于 Web 服務(wù)模式的，所以我們可以在遠(yuǎn)程服務(wù)器打開 IPython 服務(wù)器，在本地客戶端啟動(dòng) IPython Web 交互界面，這樣可以很方便地操作遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)。
4.2 操作
在一個(gè)輸入框即Cell中使用回車即Enter鍵，表示換行，也就是說一個(gè)Cell中可以輸入多條語句。
一個(gè)Cell中的命令可以由兩種方式運(yùn)行：
Shift + Enter小格內(nèi)的所有代碼將會(huì)在當(dāng)前的 IPython 交互命名空間中運(yùn)行，運(yùn)行結(jié)果將會(huì)立即在輸入框下面的輸出區(qū)域顯示，且一個(gè)新的輸入框會(huì)出現(xiàn)。Ctrl + Enter組合鍵只會(huì)顯示運(yùn)行結(jié)果而不會(huì)創(chuàng)建新的輸入框。
也可以使用上面的菜單欄和工具欄對(duì)Cell進(jìn)行各種增刪復(fù)制粘貼等操作。
