IPython 常用魔法命令

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IPython 魔法命令(Magic Commands)

IPython 的​​魔法命令(Magic Commands)​​是其交互式环境中的特殊指令,以 % 或 %% 开头,用于快速执行非 Python 标准功能的任务(如文件操作、性能分析、系统交互等)。它们大幅提升了代码编写和调试效率,尤其在 Jupyter Notebook 中广泛应用。

IPython 的魔法命令是其核心特色功能,分为​​行魔法​​(% 前缀)和​​单元魔法​​(%% 前缀)。以下是常用魔法命令分类详解及代码示例。

一、系统与文件操作

1. %ls

列出当前目录文件(类似Shell命令)

python 复制代码
# 显示详细文件列表
%ls -l

2. %cd​​%pwd

切换工作目录和显示当前目录

python 复制代码
# 切换到 ../data 目录
%cd ../data
# 显示当前目录
%pwd
# 切换回文件所在目录
%cd ../notebooks

3. %%writefile​​

将代码单元内容写入文件

python 复制代码
%%writefile test.py
def hello():
    print("Hello from magic command!")

4. %run

执行外部Python脚本

python 复制代码
%run test.py  # 执行刚创建的 test.py
# 运行 test.py 中的 hello 函数
hello()

二、性能分析与计时

1. %timeit

测量代码执行时间(自动多次运行取平均)

python 复制代码
%timeit [x**2 for x in range(1000)]
# 输出示例:259 µs ± 4.56 µs per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 1000 loops each)

2. %prun​​

性能分析(函数级耗时统计)

python 复制代码
def sum_squares(n):
    return sum([i**2 for i in range(n)])

%prun sum_squares(100000)
# 输出各函数调用耗时统计表

3. ​​%%timeit

测量整个代码单元的执行时间

python 复制代码
%%timeit
import numpy as np
arr = np.random.rand(1000)
arr.mean()

三、代码处理与交互

1. %load

加载外部代码到当前单元,如%load test.py

python 复制代码
%load test.py

2. ​​%edit

编辑代码并执行(打开编辑器)

python 复制代码
# 编辑后直接执行
%edit test.py
hello()

3. ​​%store

跨会话变量存储

python 复制代码
data = [1,2,3]
# 存储变量
%store data
# 恢复变量(下次启动仍可用)
%store -r data

四、调试与诊断

  1. ​%debug

自动进入调试器(在异常后使用)

python 复制代码
def divide(a, b):
    return a / b

# 触发 ZeroDivisionError
# 进入 pdb 调试环境
%debug divide(1, 0)

2. ​​%pdb

自动启动调试器(全局设置)

python 复制代码
# 开启自动调试(触发异常时自动进入 pdb)
%pdb on

3. ​​%who

查看当前命名空间变量

python 复制代码
a = 1
b = "text"
# 输出当前命名空间变量
%who
# 仅显示字符串变量: b
%who str

五、扩展与工具集成

  1. ​%matplotlib

控制 Matplotlib 绘图显示

python 复制代码
# 内嵌显示图表(Jupyter 常用)
%matplotlib inline
import matplotlib.pyplot as plt
plt.plot([1,2,3])

2. ​​%load_ext

加载 IPython 扩展

python 复制代码
# 加载自动重载模块扩展
%load_ext autoreload
# 修改代码后自动重新加载模块
%autoreload 2

3. ​​%%html%%javascript

渲染HTML,执行JavaScript

python 复制代码
%%html
<div style="color:red">This is HTML!</div>
python 复制代码
%%javascript
alert("Hello from JavaScript!");

六、信息查询与帮助

  1. ​​%magic

查看魔法命令文档

python 复制代码
%magic
# 显示所有可用的魔法命令

2. ​​%lsmagic​​

列出所有可用魔法命令

python 复制代码
%lsmagic
# 显示所有可用的魔法命令

3. ​​%history​​

显示命令历史

python 复制代码
%history -n 1-3
# 显示历史命令(第1-3条)

七、高级功能示例

  1. ​​%%capture​​

捕获输出/错误流

python 复制代码
%%capture result
import sys
print("Captured output")
sys.stderr.write("Error message")
result.stdout  
# 获取捕获的标准输出

2. ​​%%script

调用外部解释器

python 复制代码
%%script cmd
# Windows 命令行脚本,Linux/MacOS 可用 bash,即 %%script bash
echo "Running Bash script!"
ls -l

3. ​​%%latex

渲染 LaTeX 公式

python 复制代码
%%latex
\begin{equation}
E = mc^2
\end{equation}

IPython 魔法命令大幅提升了交互式编程效率,尤其在数据分析、快速原型开发场景中,能够无缝结合 Python 代码与系统工具。

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