Python数据分析第02课：环境准备

雨点打透心脏的1/2处 2023-09-26 22:23 60阅读 0赞

如果希望快速开始使用 Python 处理数据科学相关的工作，建议大家直接安装 Anaconda，然后使用 Anaconda 中集成的 Notebook 或 JupyterLab 工具来编写代码。因为对于新手来说，先安装官方的 Python 解释器，再逐个安装工作中会使用到的三方库文件会比较麻烦，尤其是在 Windows 环境下，经常会因为构建工具或 DLL 文件的缺失导致安装失败，而一般新手也很难根据错误提示信息采取正确的解决措施，容易产生严重的挫败感。如果计算机上已经有 Python 解释器环境了，也可以直接使用 Python 的包管理工具 pip 安装 Jupyter，再根据实际工作的需要安装三方库，这种方式适合有一定经验的用户。

#### [安装和使用 Anaconda][Anaconda] ####

对于个人用户来说，可以从 Anaconda 的[官方网站][Link 1]下载它的“个人版（Individual Edition）”安装程序，安装完成后，你的计算机上不仅拥有了 Python 环境和 Spyder（类似于PyCharm的集成开发工具），还拥有了与数据科学工作相关的近200个工具包，包括我们上面提到 Python 数据分析三大神器。除此之外，Anaconda 还提供了一个名为 conda 的包管理工具，通过这个工具不仅可以管理 Python 的工具包，还可以用于创建运行 Python 程序的虚拟环境。

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如上图所示，可以通过 Anaconda 官网提供的下载链接选择适合自己操作系统的安装程序，建议大家选择图形化的安装程序，下载完成后双击安装程序开始安装。安装过程基本使用默认设置即可，完成安装后，macOS 用户可以在“应用程序”或“启动台”中找到名为“Anaconda-Navigator”的应用程序，运行该程序可以看到如下所示的界面，我们可以在这里选择需要执行的操作。

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对于 Windows 用户，建议按照安装向导的提示和推荐的选项来安装 Anaconda（除了安装路径，基本也没有什么需要选择的），安装完成后可以在“开始菜单”中找到“Anaconda3”。

> **提示**：可以选择 Miniconda 作为 Anaconda 的替代品，Miniconda 只会安装 Python 解释器环境和一些必要的工具，其他的三方库由用户自行选择安装。其实我个人并不喜欢 Anaconda，因为它是给小白用户使用的，我们有了 Python 环境以后完全可以按照自己的意愿来安装需要的三方库。

[conda命令][conda]

对于非新手用户，如果希望使用 conda 工具来管理依赖项或者创建项目的虚拟环境，可以在终端或命令行提示符中使用 conda 命令。Windows 用户可以在“开始菜单”中找到“Anaconda3”，然后点击“Anaconda Prompt”或“Anaconda PowerShell”来启动支持 conda 的命令行提示符。新手用户如果想创建新的虚拟环境或管理三方库（依赖项），建议直接使用“Anaconda-Navigator”中的“Environments”，通过可视化的方式对虚拟环境和依赖项进行管理。

1.  版本和帮助信息。
    
     *  查看版本：`conda -V`或`conda --version`
     *  获取帮助：`conda -h`或`conda --help`
     *  相关信息：`conda list`
2.  虚拟环境相关。
    
     *  显示所有虚拟环境：`conda env list`
     *  创建虚拟环境：`conda create --name venv`
     *  指定 Python 版本创建虚拟环境：`conda create --name venv python=3.7`
     *  指定 Python 版本创建虚拟环境并安装指定依赖项：`conda create --name venv python=3.7 numpy pandas`
     *  通过克隆现有虚拟环境的方式创建虚拟环境：`conda create --name venv2 --clone venv`
     *  分享虚拟环境并重定向到指定的文件中：`conda env export > environment.yml`
     *  通过分享的虚拟环境文件创建虚拟环境：`conda env create -f environment.yml`
     *  激活虚拟环境：`conda activate venv`
     *  退出虚拟环境：`conda deactivate`
     *  删除虚拟环境：`conda remove --name venv --all`
    
    > **说明**：上面的命令中，`venv`和`venv2`是虚拟环境文件夹的名字，可以将其替换为自己喜欢的名字，但是**强烈建议**使用英文且不要有特殊字符。
3.  包（三方库或工具）管理。
    
     *  查看已经安装的包：`conda list`
     *  搜索指定的包：`conda search matplotlib`
     *  安装指定的包：`conda install matplotlib`
     *  更新指定的包：`conda update matplotlib`
     *  移除指定的包：`conda remove matplotlib`
    
    > **说明**：在搜索、安装和更新软件包时，默认会连接到官方网站进行操作，如果觉得速度不给力，可以将默认的官方网站替换为国内的镜像网站，推荐使用清华大学的开源镜像网站。将默认源更换为国内镜像的命令是：`conda config --add channels https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/anaconda/pkgs/free/`和`conda config --add channels https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/anaconda/pkgs/main`。如果需要换回默认源，可以使用命令`conda config --remove-key channels`。

#### [安装和使用JupyterLab][JupyterLab] ####

[安装和启动][Link 2]

如果已经安装了 Anaconda，可以按照上面所说的方式在“Anaconda-Navigator”中直接启动 Notebook 或 JupyterLab。按照官方的说法，JupyterLab 是下一代的 Notebook，提供了更友好的界面和更强大的功能，我们也推荐大家使用 JupyterLab。Windows 用户也可以在开始菜单中打开“Anaconda Prompt”或“Anaconda PowerShell”，由于已经激活了 Anaconda 默认的虚拟环境，只需要输入`jupyter lab`命令来启动JupyterLab。macOS 系统在安装 Anaconda以后，每次打开终端时会自动激活 Anaconda 默认的虚拟环境，也是通过输入`jupyter lab`命令就可以启动JupyterLab。

对于安装了 Python 环境但是没有安装 Anaconda 的用户，可以用 Python 的包管理工具`pip`来安装 JupyterLab，安装成功后在终端或命令行提示符中执行`jupyter lab`命令来启动 JupyterLab，如下所示。

安装 JupyterLab：

pip install jupyterlab
    复制代码

安装 Python 数据分析三大神器：

pip install numpy pandas matplotlib
    复制代码

启动 JupyterLab：

jupyter lab
    复制代码

JupyterLab 是基于网页的用于交互计算的应用程序，可以用于代码开发、文档撰写、代码运行和结果展示。简单的说，你可以在网页中直接**编写代码**和**运行代码**，代码的运行结果也会直接在代码块下方进行展示。如在编写代码的过程中需要编写说明文档，可在同一个页面中使用 Markdown 格式进行编写，而且可以直接看到渲染后的效果。此外，Notebook 的设计初衷是提供一个能够支持多种编程语言的工作环境，目前它能够支持超过40种编程语言，包括 Python、R、Julia、Scala 等。

首先，我们可以创建一个用于书写 Python 代码的 Notebook，如下图所示。

![cb7c9156abe7bb34e7d04b242f1bb5a2.png][]

接下来，我们就可以编写代码、撰写文档和运行程序啦，如下图所示。

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[使用技巧][Link 3]

如果使用 Python 做工程化的项目开发，PyCharm 肯定是最好的选择，它提供了一个集成开发环境应该具有的所有功能，尤其是智能提示、代码补全、自动纠错这类功能会让开发人员感到非常舒服。如果使用 Python 做数据科学相关的工作，JupyterLab 并不比 PyCharm 逊色，在数据和图表展示方面 JupyterLab 更加优秀。为此，JetBrains 公司还专门开发了一个对标 JupyterLab 的新工具 DataSpell，有兴趣的读者可以自行了解。下面我们为大家介绍一些 JupyterLab 的使用技巧，希望能够帮助大家提升工作效率。

1.  自动补全。在使用 JupyterLab 编写代码时，按`Tab`键会获得代码提示和补全功能。
2.  获得帮助。如果希望了解一个对象（如变量、类、函数等）的相关信息或使用方式，可以在对象后面使用`?`并运行代码， 窗口下方会显示出对应的信息，帮助我们了解该对象，如下所示。

![84a63f306ba6dc29f1a8d0843c855bb7.png][]

1.  搜索命名。如果只记得一个类或一个函数名字的一部分，可以使用通配符`*`并配合`?`进行搜索，如下所示。

![4d457b7395d91663436453cde7ac2cca.png][]

1.  调用命令。可以在 JupyterLab 中使用`!`后面跟系统命令的方式来执行系统命令。
2.  魔法指令。JupyterLab 中有很多非常有趣且有用的魔法指令，例如可以使用`%timeit`测试语句的执行时间，可以使用`%pwd`查看当前工作目录等。如果想查看所有的魔法指令，可以使用`%lsmagic`，如果了解魔法指令的用法，可以使用`%magic`来查看，如下图所示。

![bcf835f5088afc8bbfc81ad11679313f.png][]

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>魔法指令</th> 
   <th>功能说明</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>%pwd</code></td> 
   <td>查看当前工作目录</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>%ls</code></td> 
   <td>列出当前或指定文件夹下的内容</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>%cat</code></td> 
   <td>查看指定文件的内容</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>%hist</code></td> 
   <td>查看输入历史</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>%matplotlib inline</code></td> 
   <td>设置在页面中嵌入matplotlib输出的统计图表</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>%config Inlinebackend.figure_format='svg'</code></td> 
   <td>设置统计图表使用SVG格式（矢量图）</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>%run</code></td> 
   <td>运行指定的程序</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>%load</code></td> 
   <td>加载指定的文件到单元格中</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>%quickref</code></td> 
   <td>显示IPython的快速参考</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>%timeit</code></td> 
   <td>多次运行代码并统计代码执行时间</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>%prun</code></td> 
   <td>用<code>cProfile.run</code>运行代码并显示分析器的输出</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>%who</code> / <code>%whos</code></td> 
   <td>显示命名空间中的变量</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>%xdel</code></td> 
   <td>删除一个对象并清理所有对它的引用</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

1.  快捷键。JupyterLab 中的很多操作可以通过快捷键来实现，使用快捷键可以提升工作效率。JupyterLab 的快捷键可以分为命令模式下的快捷键和编辑模式下的快捷键，所谓编辑模式就是处于输入代码或撰写文档状态的模式，在编辑模式下按`Esc`可以回到命令模式，在命令模式下按`Enter`可以进入编辑模式。
    
    命令模式下的快捷键：
    
    <table> 
     <thead> 
      <tr> 
       <th>快捷键</th> 
       <th>功能说明</th> 
      </tr> 
     </thead> 
     <tbody> 
      <tr> 
       <td><code>Alt</code> + <code>Enter</code></td> 
       <td>运行当前单元格并在下面插入新的单元格</td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td><code>Shift</code> + <code>Enter</code></td> 
       <td>运行当前单元格并选中下方的单元格</td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td><code>Ctrl</code> + <code>Enter</code></td> 
       <td>运行当前单元格</td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td><code>j</code> / <code>k</code>、<code>Shift</code> + <code>j</code> / <code>Shift</code> + <code>k</code></td> 
       <td>选中下方/上方单元格、连续选中下方/上方单元格</td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td><code>a</code> / <code>b</code></td> 
       <td>在下方/上方插入新的单元格</td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td><code>c</code> / <code>x</code></td> 
       <td>复制单元格 / 剪切单元格</td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td><code>v</code> / <code>Shift</code> + <code>v</code></td> 
       <td>在下方/上方粘贴单元格</td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td><code>dd</code> / <code>z</code></td> 
       <td>删除单元格 / 恢复删除的单元格</td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td><code>Shift</code> + <code>l</code></td> 
       <td>显示或隐藏当前/所有单元格行号</td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td><code>Space</code> / <code>Shift</code> + <code>Space</code></td> 
       <td>向下/向上滚动页面</td> 
      </tr> 
     </tbody> 
    </table>
    
    编辑模式下的快捷键：
    
    <table> 
     <thead> 
      <tr> 
       <th>快捷键</th> 
       <th>功能说明</th> 
      </tr> 
     </thead> 
     <tbody> 
      <tr> 
       <td><code>Shift</code> + <code>Tab</code></td> 
       <td>获得提示信息</td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td><code>Ctrl</code> + <code>]</code>/ <code>Ctrl</code> + <code>[</code></td> 
       <td>增加/减少缩进</td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td><code>Alt</code> + <code>Enter</code></td> 
       <td>运行当前单元格并在下面插入新的单元格</td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td><code>Shift</code> + <code>Enter</code></td> 
       <td>运行当前单元格并选中下方的单元格</td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td><code>Ctrl</code> + <code>Enter</code></td> 
       <td>运行当前单元格</td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td><code>Ctrl</code> + <code>Left</code> / <code>Right</code></td> 
       <td>光标移到行首/行尾</td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td><code>Ctrl</code> + <code>Up</code> / <code>Down</code></td> 
       <td>光标移动代码开头/结尾处</td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td><code>Up</code> / <code>Down</code></td> 
       <td>光标上移/下移一行或移到上/下一个单元格</td> 
      </tr> 
     </tbody> 
    </table>
    
    > **说明**：对于 macOS 系统可以将`Alt`键替换成`Option`键，将`Ctrl`键替换成`Command`键。

[Anaconda]: http://tuwen.1000phone.net/details?id=MzQ0MQ==#%E5%AE%89%E8%A3%85%E5%92%8C%E4%BD%BF%E7%94%A8%20Anaconda
[Link 1]: https://www.anaconda.com/
[4abdc5da7e269ad55de14872888ccbe3.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/4abdc5da7e269ad55de14872888ccbe3.png
[389fe49b84fc2a1f2c7db6ba03ff2d45.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/389fe49b84fc2a1f2c7db6ba03ff2d45.png
[conda]: http://tuwen.1000phone.net/details?id=MzQ0MQ==#conda%E5%91%BD%E4%BB%A4
[JupyterLab]: http://tuwen.1000phone.net/details?id=MzQ0MQ==#%E5%AE%89%E8%A3%85%E5%92%8C%E4%BD%BF%E7%94%A8JupyterLab
[Link 2]: http://tuwen.1000phone.net/details?id=MzQ0MQ==#%E5%AE%89%E8%A3%85%E5%92%8C%E5%90%AF%E5%8A%A8
[cb7c9156abe7bb34e7d04b242f1bb5a2.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/cb7c9156abe7bb34e7d04b242f1bb5a2.png
[6253f20e2d5b586010b1add506efa9b1.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/6253f20e2d5b586010b1add506efa9b1.png
[Link 3]: http://tuwen.1000phone.net/details?id=MzQ0MQ==#%E4%BD%BF%E7%94%A8%E6%8A%80%E5%B7%A7
[84a63f306ba6dc29f1a8d0843c855bb7.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/84a63f306ba6dc29f1a8d0843c855bb7.png
[4d457b7395d91663436453cde7ac2cca.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/4d457b7395d91663436453cde7ac2cca.png
[bcf835f5088afc8bbfc81ad11679313f.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/bcf835f5088afc8bbfc81ad11679313f.png