IPython 及 Jupyter notebook

Author: fmw666

step7-Data-Analysis/docs/02-IPython-and-Jupyter notebook.md

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+## 💬 IPython 及 Jupyter notebook
+
+### 安装
+
++ IPython 的安装
+
+    ```python
+    pip install ipython
+    ```
+
++ Jupyter 的安装
+
+    ```python
+    pip install jupyter
+    ```
+
+### 基本使用
+
++ IPython 的基本使用——启动
+
+    ```bash
+    # 终端中
+    $ ipython
+    d:\python3.9.0\lib\site-packages\IPython\core\interactiveshell.py:936: UserWarning: Attempting to work in a virtualenv. If you encounter problems, please install IPython inside the virtualenv.
+    warn("Attempting to work in a virtualenv. If you encounter problems, please "
+    Python 3.9.0 (tags/v3.9.0:9cf6752, Oct  5 2020, 15:34:40) [MSC v.1927 64 bit (AMD64)]
+    Type 'copyright', 'credits' or 'license' for more information
+    IPython 7.19.0 -- An enhanced Interactive Python. Type '?' for help.
+
+    In [1]: a = 10
+
+    In [2]: a
+    Out[2]: 10
+    ```
+
++ IPython 的基本使用——退出
+
+    ```bash
+    # 终端中
+    ...
+    In [1]: exit
+    ```
+
++ Jupyter 的基本使用——启动
+
+    ```bash
+    # 终端中
+    $ jupyter notebook
+    ...
+
+    # 通过地址 http://localhost:8888/ 来访问
+    # Jupyter notebook 可以使用 IPython 命令
+    ```
+
++ Jupyter 的基本使用——安装第三方包
+
+    ```python
+    # ipython 命令行中
+    In [1]: ! pip install xxx
+
+    # 如：! pip install matplotlib
+    ```
+
++ Jupyter 的基本使用——退出
+
+    ```bash
+    # 终端中
+
+    快捷键 'ctrl + C' 退出
+    ```
+
+### IPython 基础
+
+> 可单独作用于终端或 Jupyter notebook 中
+
++ Tab 补全
+
+    *变量名*
+
+    ```python
+    In [1]: an_apple = 27
+
+    In [2]: an_example = 42
+
+    In [3]: an<Tab>
+    an_apple an_example any
+    ```
+
+    *方法、属性*
+
+    ```python
+    In [1]: b = [1, 2, 3]
+
+    In [2]: b.<Tab>
+    b.append  b.count   b.insert  b.reverse
+    b.clear   b.extend  b.pop     b.sort
+    b.copy    b.index   b.remove
+    ```
+
+    *模块*
+
+    ```python
+    In [1]: import datetime
+
+    In [2]: datatime.<Tab>
+    datetime.date          datetime.MAXYEAR     datetime.timedelta
+    datetime.datetime      datetime.MINYEAR     datetime.timezone
+    datetime.datetime_CAPI datetime.time        datetime.tzinfo
+    ```
+
+    *路径*
+
+    ```python
+    In [1]: datasets/movielens/<Tab>
+    datasets/movielens/movies,dat   datasets/movielens/README
+    datasets/movielens/ratings.dat  datasets/movielens/users.dat
+
+    In [2]: path = 'datasets/movielens/<Tab>
+    datasets/movielens/movies,dat   datasets/movielens/README
+    datasets/movielens/ratings.dat  datasets/movielens/users.dat
+    ```
+
+    *关键字参数*
+
+    ```python
+    In [1]: def func_with_keywords(abra=1, abbra=2, abbbra=3):
+                return abra, abbra, abbbra
+    
+    In [2]: func_with_keywords(ab<Tab>)
+    abbbra=  abbra=  abra=  abs
+    ```
+
++ 内省
+
+    在一个变量名的前后使用问号（?）可以显示一些关于该对象的概要信息，这就是对象内省：
+
+    ```python
+    In [1]: b = [1, 2, 3]
+
+    In [2]: b?
+    Type:        list
+    String form: [1, 2, 3]
+    Length:      3
+    Docstring:  
+    Built-in mutable sequence.
+
+    If no argument is given, the constructor creates a new empty list.
+    The argument must be an iterable if specified.
+    ```
+
+    如果对象是一个函数或实例方法，则文档字符串会显示出来：
+
+    ```python
+    In [1]: def add_numbers(a, b):
+                """
+                Add two numbers together
+                
+                Returns
+                -------
+                the_sum : type of arguments
+                """
+                return a + b
+    
+    # 使用 ？ 来显示文档字符串
+    In [2]: add_numbers?
+    Signature: add_numbers(a, b)
+    Docstring:
+    Add two numbers together
+
+    Returns
+    -------
+    the_sum : type of arguments
+    File:      f:\2a.python数据分析\code\<ipython-input-15-5b0474888b43>
+    Type:      function
+
+    # 使用 ?? 来显示函数的源代码
+    In [3]: add_numbers??
+    Signature: add_numbers(a, b)
+    Source:   
+    def add_numbers(a, b):
+        """
+        Add two numbers together
+
+        Returns
+        -------
+        the_sum : type of arguments
+        """
+        return a + b
+    File:      f:\2a.python数据分析\code\<ipython-input-18-0e543d60c645>
+    Type:      function
+    ```
+
+    问号（？）可以结合星号（*）作为通配符匹配字符
+
+    ```python
+    In [1]: import datetime as dt
+
+    In [2]: dt.*time*?
+    dt.datetime
+    dt.datetime_CAPI
+    dt.time
+    dt.timedelta
+    dt.timezone
+    ```
+
++ %run 命令
+
+    如果已有脚本文件 *ipython_script_test.py*：
+
+    ```python
+    def f(x, y, z):
+        return (x + y) / z
+
+    a = 5
+    b = 6
+    c = 7.5
+
+
+    result = f(a, b, c)
+    ```
+
+    则可以使用 %run 命令来运行，且运行后文件中定义的所有变量、函数均可任意使用：
+
+    > 如果想使用 IPython 命名空间中已有的变量，则使用 **%run -i** 命令
+
+    ```python
+    In [1]: %run ipython_script_test.py
+
+    In [2]: c
+    Out[2]: 7.5
+
+    In [3]: result
+    Out[3]: 1.4666666666666666
+    
+    In [4]: f(1, 1, 2)
+    Out[4]: 1.0
+    ```
+
+    如果想把脚本导入一个代码单元，使用 %load 命令：
+
+    ```python
+    In [1]: %load ipython_script_test.py
+    # %load ipython_script_test.py
+    def f(x, y, z):
+        return (x + y) / z
+
+    a = 5
+    b = 6
+    c = 7.5
+
+
+    result = f(a, b, c)
+    ```
+
++ 魔术命令
+
+    IPython 的特殊命令（没有内建到 Python 自身中去）被称为“魔术”命令，这些命令被设计来简化常见任务。魔术命令呃前缀符号是百分号 %，如查看当前路径：
+
+    ```python
+    In [1]: %pwd
+    Out[1]: 'F:\\2a.Python数据分析\\code'
+    ```
+
+    一些魔术命令可以赋值给 Python 变量：
+
+    ```python
+    In [1]: a = %pwd
+
+    In [2]: a
+    Out[2]: 'F:\\2a.Python数据分析\\code'
+    ```
+
+    如果魔术命令与当前命名空间变量不冲突，则可不加 %，这种特性被称为 *自动魔术*，可使用 `%automagic` 进行启用或禁用：
+
+    ```python
+    In [1]: pwd
+    Out[1]: 'F:\\2a.Python数据分析\\code'
+
+    In [2]: %automagic
+    Automagic is OFF, % prefix IS needed for line magics.
+
+    In [3]: pwd
+    ---------------------------------------------------------------------------
+    NameError                                 Traceback (most recent call last)
+    F:\2a.Python数据分析\code\ipython_script_test.py in <module>
+    ----> 1 pwd
+
+    NameError: name 'pwd' is not defined
+    ```
+
+    IPython 常用魔术命令：
+
+    |命令|描述|
+    |:--|:---|
+    |%quickref|显示 IPython 快速参考卡|
+    |%magic|显示所有可用魔术命令的详细文档|
+    |%debug|从最后发生报错的底部进入交互式调试器|
+    |%hist|打印命令输入（也可以打印输出）历史|
+    |%pdb|出现任意报错后自动进入调试器|
+    |%pwd|显示当前路径|
+    |%reset|删除交互式命名空间中所有的变量/名称|
+    |%page OBJECT|通过分页器更美观地打印显示一个对象|
+    |%run script.py|在 IPython 中运行一个 Python 脚本|
+    |%prun statement|使用 CProfile 执行语句，并报告输出|
+    |%time statement|报告单个语句的执行时间|
+    |%timeit statement|多次运行单个语句计算平均执行时间；在估算代码最短执行时间时有用|
+    |%who, %who_ls, %whos|根据不同级别的信息/详细程度，展示交互命名空间中定义的变量|
+    |%xdel variable|在 IPython 内部删除一个变量，消除相关的引用|
+
++ matplotlib 集成
+
+    IPython 能在分析计算领域流行的原因之一，就是它和数据可视化、用户界面库（如 matplotlib）的良好集成。
+
+    注意，使用 matplotlib，要更换 numpy 版本：
+
+    ```bash
+    # 终端中
+    pip install numpy==1.19.3
+    ```
+
+    要在 Jupyter 网页外显示图（后台），使用魔术命令 %matplotlib：
+
+    ```python
+    In [1]: %matplotlib
+    Using matplotlib backend: TkAgg
+
+    In [2]: import matplotlib.pyplot as plt
+
+    In [3]: import numpy as np
+
+    In [4]: plt.plot(np.random.randn(50).cumsum())
+    [<matplotlib.lines.Line2D at 0x219ce8ab700>]
+    ```
+
+    要在 Jupyter 网页内显示图，使用魔术命令 %matplotlib inline：
+
+    ```python
+    In [1]: %matplotlib inline
+
+    In [2]: import matplotlib.pyplot as plt
+
+    In [3]: import numpy as np
+
+    In [4]: plt.plot(np.random.randn(50).cumsum())
+    [<matplotlib.lines.Line2D at 0x219ce615550>]
+    ```