USF MSDS501 计算数据科学中文讲义 1.2 Python 工具的初次尝试

加载命令行应用

启动 Terminal.app （Mac）或任何 bash 终端 ， shell ，它是 UNIX 风格的 命令行提示符 程序。你应该看到一个闪烁的光标和一个 $ 提示符：

$

上面的 $ 符号只是提示，终端正在等待您输入内容。执行命令后，您将再次看到 $ 提示符。

命令行是一个非常低级的接口，用于与计算机的操作系统进行通信。您可以将终端视为诊断计算机，机械师可以将其插入汽车中，来获取控制权。仪表板类似于我们大多数时候使用的窗口图形界面。成为一名 程序员 就像成为一名机械师；有时你需要更强大但更复杂的 工具 来操作机器。

你应该或多或少总是运行一个命令行 shell，以防你需要做一些低级别的事情。机械师在他或她开始工作时所做的第一件事，就是连接诊断计算机。你也应该这样。

命令行实际上是一个完整的编程语言，包含循环和所有内容，但大多数时候我们只是执行命令。命令具有参数，就像编程语言中的函数调用具有参数一样。以下是如何在命令行打招呼：

$ echo "hello"
hello
$

通过按返回键终止命令。

echo 命令类似于 Python 代码中的 print 命令。

执行该命令后，提示符将返回，指示您可以键入另一个命令。

我们可以做很多事情; 这是另一个：

$ date
Wed Jul 12 14:18:51 PDT 2017

我们可以将一个参数传递给命令（类似 Python 中的函数调用）：

$ date "+%Y-%m-%d"
2018-07-08

这是一个很酷的例子，来自命令行的循环检查所有 .md 文件（你不需要在实验中运行这个文件；我只是在这里展示）：

$ for f in *.md; do echo $f; done
aws.md
bash-intro.md
combinations.md
complexity.md
computation.md
data-in-memory.md
data.md
files.md
git.md
operations.md
planning.md
programming.md
reading-code.md
sqrt.md

环境健全性检查

在命令行中，键入以下命令以验证您是否可以访问 python3 ：

$ which python3
/Users/parrt/anaconda3/bin/python3

或者，更好的是，确保默认的 Python 是版本 3：

$ which python
/Users/parrt/anaconda3/bin/python

Python 程序应该在 Anaconda bin （二进制）目录中，该目录包含所有二进制可执行文件。如果你没有在 which 命令的输出中看到 anaconda，你需要查看 Anaconda 的文档，并找出你没有运行适当的 Python 的原因。（很可能你的 PATH 环境变量有问题。）现在可以使用任何 3.X 版本的 Python 运行了。

接下来，运行该程序并确保您有最新版本如 3.6.5：

$ python
Python 3.6.5 | packaged by conda-forge | (default, Mar 30 2018, 00:00:55) 
[GCC 4.2.1 Compatible Apple LLVM 6.1.0 (clang-602.0.53)] on darwin
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>>

接下来尝试导入一个库：

$ python
Python 3.6.5 | packaged by conda-forge | (default, Mar 30 2018, 00:00:55) 
[GCC 4.2.1 Compatible Apple LLVM 6.1.0 (clang-602.0.53)] on darwin
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>> import pandas as pd
>>>

你不应该得到错误。

另请参阅我的书 机器学习机制 中的 计算机环境健全性检查 。

交互式 Python

现在让我们跳转到交互式 Python shell。简单来说，它与控制计算机的 bash 命令行 shell 相同。两者都是编程语言；他们只是有不同的专长。当我们从 bash shell 跳到 Python 的 shell 时，它就像是从法国跳到德国边境。我们不得不停止说法语并开始讲德语。（或者，如果你是美国人，请继续说英语，因为我们很懒，不懂任何外语。哈哈）当你退出 Python 解释器时，你会回到 bash 世界，就像你从德国到法国。

要进入 Python 世界，请从 bash $ 提示符输入 python ，就像我们在上一节中所做的那样。您应该看到它正在使用 Anaconda 版本。 如果没有，这意味着您正在使用系统上的默认 Python。

现在，从 Python 提示符 >>> （我们不再使用 bash ），键入 500 + 1 后跟换行符。你应该看到这样的东西：

$ python
Python 3.6.5 |Anaconda, Inc.| (default, Apr 26 2018, 08:42:37) 
[GCC 4.2.1 Compatible Clang 4.0.1 (tags/RELEASE_401/final)] on darwin
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>> 500+1
501
>>>

Python 已经求值了表达式并将结果打印回屏幕。好像我们使用了 print 函数调用，这给了我们相同的结果：

>>> print(500+1)
501

Python 交互式 shell 立即打印表达式值，但在将程序作为脚本运行时（即不是交互式）则不是这种情况。

要退出交互式 shell 并返回命令行（终端程序），请键入 quit() （或 ctrl-D ）并按下回车：

>>> quit()
$

$ 提示符表示您回到了 bash 命令行。 您不能再键入 python 代码。

脚本化 Python

访问磁盘上合适的目录（文件夹），或创建一个，例如 /Users/YOURID/msan501/inclass 。（ 不要在任何目录或文件名中使用空格......永远不要！ ）现在在该目录中创建一个名为 hello.py 的**文本文件，其中只包含一行：

500+1

使用您选择的编辑器，虽然 nano 是一个很好的编辑器，因为当我们进行云计算时，您将能够在远程服务器上使用它。 Sublime 和 TextEdit.app 也有效。

这个“代码”正是您在交互式 Python shell 中首先输入的内容。 将文件保存在 inclass 目录或任何调用目录中。

一旦使用编辑器将 Python 文件写入磁盘，您应该能够使用命令行中的 cd （更改目录）跳转到该目录：

$ cd /Users/YOURID/msan501/inclass

使用 ls 获取目录列表：

$ ls
hello.py

通过在命令行键入以下内容，验证是否已正确创建 Python 脚本：

$ cat hello.py
500+1
$

以下是最常见错误的解决方案：

1. 不要将 .txt 放在文件名的末尾；它必须是 .py
2. 不要使用 MS Word 或任何其他文字处理器；你认为它是文本，但事实并非如此。有很多文本编辑器，包括 Mac 的 TextEdit.app 。只需确保保存为纯文本而不是“富文本”。还有很多文本编辑器，如 Sublime 和 TextMate 。（如果你真的很硬核，你将学习 vi 或 emacs ，你会看到我在课堂上使用它。）你也可以在命令行中使用 nano ，直接在命令行窗口中进行编辑。

现在，我们将运行该程序/脚本：

$ python hello.py
$

我们没有任何输出。这是一个至关重要的区别。交互式 Python shell 会立即打印表达式值，因为它是交互式的。当您从命令行运行文件时，它假定您希望像脚本一样，以批处理模式执行代码。这就是为什么我们没有 print 语句就得不到任何输出。

现在编辑该文件并将其更改为：

print(500+1)

保存文件并重新运行。 现在您应该看到：

$ python hello.py 
501
$

Jupyter 笔记本（通过 Jupyter Lab）

现在，除了使用基于 Jupyter Lab 浏览器的环境之外，我们将做同样的事情。 （请参阅 正在编写的 ML 书 中的 您的机器学习开发环境 来了解更多信息。）

从命令行启动 Jupyter：

$ jupyter lab
I 11:27:00.606 LabApp] [jupyter_nbextensions_configurator] enabled 0.2.8
[I 11:27:00.613 LabApp] JupyterLab beta preview extension loaded from /Users/parrt/anaconda3/lib/python3.6/site-packages/jupyterlab
[I 11:27:00.613 LabApp] JupyterLab application directory is /Users/parrt/anaconda3/share/jupyter/lab
[W 11:27:00.616 LabApp] JupyterLab server extension not enabled, manually loading...
...

这将启动一个程序，在您的浏览器中启动一个选项卡：

<img src=" https://user-gold-cdn.xitu.io... ;h=1000&f=png&s=19693" width="60%">

单击 Notebook 类别下的 Python 3 图标，可为您创建一个新的笔记本窗口：

<img src=" https://user-gold-cdn.xitu.io... ;h=388&f=png&s=14891" width="80%">

在 In [] 旁边的第一个单元格中键入 500 + 1 。您应该看到在它下面的 Out 部分生成的输出 501。按 control-enter ，或工具栏中的右三角形来执行该单元格。

这是一个交互式环境，所以你可以返回去编辑 500 + 1 ，比如说 print(500 + 1) 。 这样做，然后再次点击 control-enter 来运行。 你应该得到相同的输出。

您应该能够非常快速地测试 Python 小程序或代码段。重复这些过程，直到它们成为第二本能。