史上最详细、最完全的ipython使用教程，Python使用者必备！——ipython系列之二

声明：本文承接前面一篇文章，ipython系列之一；另外，本文所指的ipython不是ipython notebook，ipython notebook已经被jupyter notebook所取代，不再叫ipython notebook了。

前面讲解了ipython里面的一些核心知识点，包括它的优势所在、快捷键操作、内省、什么是魔术命令等等，本文将在前文的基础之上，进一步拓展，讲解ipython的进阶知识点。

一、ipython与matplotlib结合

关于matplotlib的强大之处，这里不再说明，想要知道matplotlib的体系架构和绘图方法，可以参见我的另外两篇文章：

matplotlib高级教程之形状与路径——patches和path

一文详解matplotlib的配置文件以及配置方式

matplotlib教程之——自定义配置文件和绘图风格（rcParams和style）

matplotlib教程——matplotlib与tkinter的集成

我们先通过一个简单的例子来说明，我需要使用ipython画一个简单图形，如果直接打开ipython，然后绘制，代码如下：

In [1]: import matplotlib.pyplot as plt
 
In [2]: x=[1,2,3,4,5]
 
In [3]: y=[2,4,6,8,10]
 
In [4]: plt.plot(x,y)
Out[4]: [<matplotlib.lines.Line2D at 0x24a6558e438>]
 
In [5]: plt.show()

然后会打开下面的一个图像，如下：

但是，会出现一个问题，这个时候我如果想要继续在ipython里面输入其他的语句或者是执行其他的命令，没办法执行了，这是因为matplotlib的GUI时间循环接管了ipython的控制权，只有关闭了GUI窗口，才能够继续进行操作。这种阻塞式的问题极大地影响了交互体验，那怎么办呢？

我们不要直接启动在菜单中启动ipython，而是通过输入cmd命令，然后通过命令 ipython --pylab 这句话启动ipython，通过添加参数--pylab就可以解决上面的阻塞问题了，现在当我们再次输入上面的代码，发现及时GUI没有关闭，我们依然可以在ipython中进行交互，这是非常方便的。

--pylab 参数有以下两个方面的好处：

（1）ipython会默认启动后台的GUI，这样就不需要plt.show()这一句话，在plot绘图函数后面直接回车，就可以显示图片了

（2）GUI不会对ipython造成任何阻塞，不会影响交互

注意，我们还可以通过魔法命令%gui，选择合适的画图后端引擎，一般格式为 %gui guiname，如下所示：

 %gui wx      # enable wxPython event loop integration
 %gui qt4|qt  # enable PyQt4 event loop integration
 %gui qt5     # enable PyQt5 event loop integration
 %gui gtk     # enable PyGTK event loop integration
 %gui gtk3    # enable Gtk3 event loop integration
 %gui tk      # enable Tk event loop integration
 %gui osx     # enable Cocoa event loop integration
                 # (requires %matplotlib 1.1)
 %gui         # disable all event loop integration

关于后端画图引擎，还有一个魔术命令 %matplotlib 可以使用，常见的如下：

%matplotlib   #显示当前使用后端

Using matplotlib backend: TkAgg

 %matplotlib --list  或者是 -l   #显示有哪些后端可以使用
 Available matplotlib backends: ['osx', 'qt4', 'qt5', 'gtk3', 'notebook', 'wx', 'qt', 'nbagg','gtk', 'tk', 'inline']

 %matplotlib inline   #这是在jupyter notebook中使用的，让jupyter与matplotlib集成，这种情况下，默认使用的是TkAgg后端

但是上面的方式依然有一个问题，那就是ipython窗口与matplotlib窗口并没有放在一起，虽然他们不再有阻塞，但是依然影响更加舒适的交互体验，因为ipython程序是一个和用户终端有点类似的黑色的窗体（实际上我们可以修改它的主题），如果能够将matplotlib所化的图形就放在ipython里面多好，这样就不会出现多个窗体程序了，我们有几种方式实现：

（1）通过第三方的相关库，是完全可以将matplotlib放在ipython里面的，

（2）通过另一种形式——jupyter qtconsole来实现这样的目的

二、jupyter qtconsole

jupyter qtconsole的前身叫做ipython qtconsole，同ipython notebook一样，后面改成了jupyter，至于什么是jupyter，下一篇文章会专门介绍到jupyter notebook的使用。

jupyter qtconsole 是ipython团队基于qt框架开发的一个GUI控制台，但是这个“控制台”很特殊，它具有富文本编辑功能，既能够在里面实现内嵌图片、多行编辑、语法高亮等这样的“富文本功能”。关于qtconsole的安装和启动这些基础知识，这里就不在介绍了。

我们在qtconsole里面输入如下代码：会得到直接的一个结果如下所示：

我们发现，所化的图像直接就显示在了qtconsole里面，不需要我设置什么其他的，这是多么的人性化，这样的功能对于编写一个大型软件，使用qtconsole进行小模块的测试和试验，是特别有帮助的，这就是qtconsole的简单强大之处。

现在可以回答什么是qtconsole了。

它是一个具有菜单的富文本编辑的控制台，ipython具有的功能(tab自动补全、语法高亮、内省、魔术命令等等)，它都有，它是ipython的进一步改进版。

注意：上面的操作是基于新版本的jupyter qtconsole，它默认就已经将matplotlib集成到了qtconsole一起了，但是对于老版本的ipython qtconsole，并没有，因此不能直接打开ipython qtconsole，而是要在cmd中使用命令ipython qtconsole --pylab=inline 进行打开才行。

三、命令历史记录与输入输出

1、所谓的命令历史主要是上一篇文章中已经讲到的两个快捷键的使用，即Ctrl+P和Ctrl+N。还可以使用%hist魔术方法。

2、所谓的输入与输出主要是使用 _、__、_X、_iX，这里的X表示行号，在前面也已经讲过，这里就不重复了。

四、ipython与操作系统进行交互

ipython与操作系统的shell是联系的非常紧密的，我们可以直接在ipython中就实现在操作系统的shell中所做的事情，包括执行shell命令、更改目录、为shell提供别名、创建目录书签、将shell执行的结果保存在python的对象中 等等操作，下面进行一些常见的实例。

1、!cmd ：在ipython中打开系统的cmd。这就相当于现在ipython已经变成了系统自带的cmd，若要回到ipython界面，可以再输入ipython，这就相当于在cmd中启动ipython

2、%pwd :返回当前ipython的工作目录

    %cd newdirectory: 进入新的工作目录

    %dhist  ：打印目录访问的历史

    %env :以dict的形式返回系统的环境变量

如下：

In [1]: %pwd
Out[1]: 'D:\\ProgramData\\Anaconda3\\envs\\tensorflow\\Scripts'
 
In [2]: %cd C:\Users\XinAir\Desktop
C:\Users\XinAir\Desktop
 
In [3]: %dhist
Directory history (kept in _dh)
0: D:\ProgramData\Anaconda3\envs\tensorflow\Scripts
1: C:\Users\XinAir\Desktop

注意：所谓的ipython与系统自带的shell是集成的，主要是体现在两个方面：

（1）：我可以在ipython里面用魔术命令的方式达到在shell中执行系统命令的效果，比如上面的例子，返回当前的工作目录，进入新的从做目录等操作，这些操作本来是在shell中完成，但是我在ipython中通过魔术命令依然可以完成。

（2）在ipython中我也可以直接使用系统shell的命令，只不过需要在原来的shell命令前面加上一个感叹号！，这就是为什么

！cmd 就会打开系统shell的原因了，比如我可以在ipython中查看本机的IP地址，执行 !ipconfig。因为window系统中查看IP地址的shell命令就是ipconfig，在ipython中只需要在系统shell命令前面加上一个感叹号！就可以了。

再比如，我们都知道在windows下面，执行shell命令notepad会打开一个记事本，同样，如果我们在ipython中输入 

!notepad ，发现，也会打开一个记事本。

这两个方面的区别在于，第一种方法是通过魔术方法完成，但是，并不是所有的系统shell命令都会有一个魔术方法与之对应，魔术方法只定义了一些常见的shell命令，但是第二种方法，只要使用 !shell_command均可以。

3、为系统的shell命令定义别名

根据上面的说法，也就说很多系统shell命令并没有与之对应的魔术方法，那怎么办呢？我们可以给系统shell命令定义一个别名，然后在使用魔术方法实现。定义别名的方法为：

%alias  new_name shell_command

%alias是一个魔术方法 ，new_name是人为的起的别名，shell_command是系统的shell命令的名称，比如我给系统shellnotepad定一个别名abcd，如下：

%alias abcd notepad

然后执行%abcd就可以打开一个记事本了，如下：

In [4]: %alias abcd notepad
 
In [5]: %abcd

再举个例子，在windows系统中，输入shell命令 calc会打开一个计算器应用程序，我们也可以在ipython中给它定义一个别名，如下：

In [8]: %alias xyz calc
 
In [9]: %xyz

这样也会打开一个计算器。

总结：ipython与系统shell交互的两种方式如下所示：

4、使用ipython的目录书签系统

所谓的书签系统就是，给经常使用的目录起一个别名，以便实现快速跳转。格式为：

%bookmark 书签名 文件目录

其中%bookmark是魔术方法。

比如，我有一个常见的经常使用的目录，D:\ProgramData\Anaconda3\envs\tensorflow\Scripts

要在ipython中进入这个目录我可以这么办 %cd D:\ProgramData\Anaconda3\envs\tensorflow\Scripts,但是如果要经常进入这个目录就很麻烦，因为需要输入很多字母，现在我给他起一个书签名，如下：

In [10]: %bookmark mydir D:\ProgramData\Anaconda3\envs\tensorflow\Scripts
 
In [11]: %cd mydir
(bookmark:mydir) -> D:\ProgramData\Anaconda3\envs\tensorflow\Scripts
D:\ProgramData\Anaconda3\envs\tensorflow\Scripts

由此可见这种方式对于经常使用的目录，非常有帮助。

五、高级功能

ipython的功能当然远远不止于此，他还有更加高级的功能，包括日志处理、代码调试、性能分析、自定义主题显示等等方面的问题，后面的文章会继续分析跟进。