本节将以两种模式使用IPython解释器 ：

• 在 交互模式 中，输入少量的称为 代码段 的Python代码，并立即查看结果。
• 在 脚本模式 中，从扩展名为 .py 的文件（Python的缩写）加载代码并执行。此类文件称为 脚本 或 程序 ，它们通常包含比交互模式更长的代码段。

除了IPython解释器之外，本节还会介绍如何使用基于浏览器的编程环境Jupyter Notebook编写和执行Python代码 。

1.5.1　使用IPython交互模式作为计算器

我们使用IPython交互模式来评估简单的算术表达式。

以交互模式进入IPython

首先，打开命令行窗口：

• 在macOS系统中，从Applications文件夹的Utilities子文件夹打开一个Terminal。
• 在Windows系统中，从开始菜单中打开Anaconda Command Prompt。
• 在Linux系统中，打开系统的Terminal或shell（取决于Linux的发行版本）。

在命令行窗口中，键入 ipython ，然后按Enter键（或Return键），你会看到如下文字（内容取决于使用的平台和IPython的版本）：

In [1]: 是一个 提示符 ，表示IPython正在等待输入。可以在此处输入 ? 获得帮助或开始输入代码段。

评估表达式

在交互模式下，可以评估表达式：

键入 45+72 并按Enter键后，IPython 读取 该代码段，对其进行 评估 并在 Out[1] 位置输出结果 。然后，IPython显示提示符 In[2] ，表明它正在等待输入第二个代码段。对于每个新代码段，IPython会令方括号中的数字加1。本书通常会在一章中的每一节将提示符设置为 In[1] ，表明开始一个新的交互式会话。

下面评估一个更复杂的表达式：

Python使用星号（*）做乘法，使用正斜杠（/）做除法。与数学中的定义一样，括号可以强制改变运算顺序，因此先评估括号表达式 (12.7-4) ，得到 8.7 。然后评估 5*8.7 ，结果为 43.5 。接着评估 43.5/2 ，得到结果 21.75 。最后，IPython将结果显示在 Out[2] 中。形如 5 、 4 和 2 的整数称为 整型数 ；带小数点的数字，如 12.7 、 43.5 和 21.75 ，称为 浮点数 。

退出交互模式

可以通过下面的操作退出交互模式：

• 在当前的 In[] 提示符后键入 exit 命令，然后按Enter键立即退出。
• 按组合键“<Ctrl> + D”（或<control> + D），会提示“ Do you really want to exit([y]/n)? ”。 y 两侧的方括号表示它是默认响应，按Enter键提交默认响应并退出。
• 按组合键“<Ctrl> + D”（或<control> + D）两次（仅限macOS和Linux）。

1.5.2　使用IPython解释器执行Python程序

在本节中，我们执行一个名为 RollDieDynamic.py 的脚本，该脚本的编写将在第6章介绍。 .py 扩展名 表明该文件包含Python源代码。脚本 RollDieDynamic.py 模拟投掷一个六面骰子。它提供了一个彩色的动态可视化效果，可动态绘制骰子每个面出现的次数。

更改路径为本章的示例文件夹

脚本 RollDieDynamic.py 在本书的 ch01 源代码文件夹中。在“开始阅读本书之前”部分中提到，先将 examples 文件夹解压缩到用户账户的 Documents 文件夹中。本书的每一章都有一个名为 ch## 的文件夹，该文件夹中包含该章源代码，其中 ## 是从 01 到 16 的两位数章节编号。首先，打开系统的命令行窗口。接下来，使用 cd （change directory）命令切换到 ch01 文件夹：

• 在macOS / Linux系统中，键入 cd~/Documents/examples/ch01 ，然后按Enter键。
• 在Windows系统中，键入 cd C:\Users\YourAccount\Documents\examples\ch01 ，然后按Enter键。

执行脚本

要执行脚本，在命令行中键入以下命令，然后按Enter键：

    ipython RollDieDynamic.py 6000 1

运行脚本会打开一个窗口显示可视化结果。数字6,000和1是掷骰子的次数和每次掷骰子的个数。在这个实例中，脚本会依次为每一个骰子更新图表6,000次。

对于一个六面骰子，点数1到6应“等概率”出现，即每个面朝上的概率都为1/6（或约等于16.667%）。如果投掷6,000次骰子，每个面朝上的数学期望大约为1,000次。与掷硬币一样，投掷骰子的结果也是随机的，因此可能会有某些点数出现的次数小于1,000，某些点数正好出现1,000次，还有某些点数出现超过1,000次。脚本随机生成骰子的点数，因此每次运行的结果会有所不同。依次将值1更改为100、1,000和10,000，观察脚本运行的结果可以发现，随着骰子个数的增加，每个点数出现的次数的百分比将无限趋近于16.667%，这就是“大数定律”的体现。下图是脚本执行期间的屏幕截图。

创建脚本

通常，可以在任何能够编辑文本的编辑器中创建Python源代码。在编辑器中可以键入程序、进行必要的更正并将其保存到计算机中。 集成开发环境 （IDE）提供支持整个软件开发过程的工具，例如编辑器、用于定位程序错误的调试器等。一些流行的Python IDE包括Spyder（随Anaconda一起提供）、PyCharm和Visual Studio Code。

执行时可能出现的问题

程序通常在第一次执行时无法正确运行。例如，程序可能会执行除以零（Python中的非法操作）的操作，这将导致程序提示错误消息。如果在脚本中出现这种情况，则需要返回编辑器进行必要的更正并重新执行脚本，以确定是否改正了错误。

类似除以零的错误发生在程序运行时，所以这些错误被称为 运行时错误 或 执行时错误 。 致命的运行时错误 会导致程序在没有成功完成其工作的情况下立即终止。 非致命的运行时错误 允许程序运行完成，但通常会产生不正确的结果。

1.5.3　在Jupyter Notebook中编写和执行代码

在“开始阅读本书之前”部分中安装的Anaconda Python发行版附带了Jupyter Notebook，这是一个基于浏览器的交互式编程环境，可以在其中编写和执行代码，也可以将代码与文本、图像和视频混合在一起。Jupyter Notebook是进行基于Python的数据分析研究和分享结果的首选编程环境，在科学界，特别是数据科学界得到了广泛的应用。此外，Jupyter Notebook正在支持越来越多的编程语言。

为方便起见，本书的所有源代码也在Jupyter Notebook中提供，使用时只需加载和执行即可。在本节中，我们将使用 JupyterLab 界面管理Notebook文件和Notebook使用的其他文件（如图像和视频等）。JupyterLab也可以方便地编写代码、执行代码、查看结果和调试代码等。

在Jupyter Notebook中编写代码与在IPython中编写代码没有太大差别，因为Jupyter Notebook默认使用IPython。在本节中，我们将创建一个Notebook，并将1.5.1节中的代码添加到其中执行。

在浏览器中打开JupyterLab

要打开JupyterLab，可在Terminal、shell或Anaconda命令提示符状态下进入 ch01 示例文件夹（如1.5.2节所述），键入以下命令，然后按Enter键（或Return键）：

    jupyter lab

该命令将会在计算机上运行Jupyter Notebook服务器，然后在默认的Web浏览器中打开JupyterLab，将 ch01 文件夹中的内容显示在JupyterLab界面左侧的File Browser（ ）选项卡中，如下所示。

Jupyter Notebook服务器使我们可以在Web浏览器中加载和运行Jupyter Notebook。在JupyterLab Files选项卡中，通过双击相应的文件可以在窗口的右侧（当前显示Launcher选项卡）显示文件内容。每个打开的文件都会在窗口的这一部分作为单独的选项卡显示。如果不小心关闭了浏览器，可以在Web浏览器中输入地址http://localhost:8888/lab重新打开JupyterLab。

新建一个Jupyter Notebook

在Jupyter Notebook的Launcher选项卡中，单击Python 3按钮创建名为 Untitled.ipynb 的新Jupyter Notebook，然后就可以在其中输入和执行Python 3代码。文件扩展名 .ipynb 是IPython Notebook的缩写（Jupyter Notebook的原始名称）。

更改Notebook文件名

将文件名 Untitled.ipynb 改为 TestDrive.ipynb ：

1. 右键单击 Untitled.ipynb 选项卡，然后选择Rename Notebook...。

2. 将名称改为 TestDrive.ipynb ，然后单击RENAME。

现在，JupyterLab的顶部如下图所示。

评估一个表达式

单元格 是Notebook的工作单元，可以在其中输入代码段。默认情况下，新Notebook只包含一个单元格，就是在 TestDrive.ipynb 的Notebook中看到的矩形框，不过也可以添加更多的单元格。在单元格的左侧，符号 []: 是Jupyter Notebook在执行单元格 后 显示单元格代码段编号的位置。单击单元格，然后键入表达式

    45 + 27

按组合键Ctrl + Enter（或Control + Enter）执行当前单元格的代码。JupyterLab在IPython中执行代码，然后在单元格下方显示结果。

添加并执行另一个单元格

下面，我们来评估一个更复杂的表达式。首先，单击Notebook左上角工具栏中的+按钮，在当前单元格下方添加一个新单元格。

单击新单元格，然后键入表达式

    5 * (12.7 - 4) / 2

按组合键Ctrl + Enter（或Control + Enter）执行单元格中的代码。

保存Notebook

如果对Notebook做了修改但尚未保存，Notebook选项卡中的 将变为 。要保存Notebook，选择JupyterLab的File菜单（不在浏览器窗口的顶部），然后选择Save Notebook。

各章示例提供的Notebook

为了方便起见，每章的示例都提供了可以立即执行的Notebook，但都没有显示输出。可以按照代码段逐个处理这些Notebook，并在执行每个代码段时查看输出的结果。

现在来看一下如何加载现有的Notebook并执行其单元格。首先，重置 TestDrive.ipynb Notebook，删除它的输出和代码段编号，这将使Notebook返回到初始状态。然后，从Kernel菜单中选择Restart Kernel and Clear All Outputs...，单击RESTART按钮。当需要重新执行Notebook的代码段时，也可以使用上面的命令。Notebook如下图所示。

选择File菜单中的Save Notebook，然后单击 TestDrive.ipynb 选项卡的 按钮关闭Notebook。

打开并执行一个已有的Notebook

当需要从给定章节的示例文件夹中启动JupyterLab时，可以从该文件夹或它的任何子文件夹中打开Notebook。一旦定位到了需要的Notebook后，可以双击将其打开。现在再次打开 TestDrive.ipynb Notebook。打开后，可以使用本节前面所述的方法单独执行每个单元格，也可以从Run菜单中选择Run All Cells立即执行Notebook中所有的单元格。Notebook将按顺序执行每一个单元格，并在每个单元格下方显示该单元格的输出。

关闭JupyterLab

使用完JupyterLab后，可以关闭其浏览器选项卡，然后在运行JupyterLab的终端、shell或Anaconda命令提示符中，按组合键Ctrl + C（或Control + C）两次。

JupyterLab提示

以下是使用JupyterLab进行工作的几个技巧：

• 如果需要输入并执行许多代码段，可以使用组合键Shift + Enter代替组合键Ctrl + Enter（或Control + Enter），这样在执行完当前单元格后会在下面添加一个新单元格。
• 当学习到后面的章节时，将在Jupyter Notebook中输入的一些代码段会包含多行代码。此时，可以在JupyterLab的View菜单中选择Show line numbers在单元格中显示行号。

关于JupyterLab的更多信息

JupyterLab还有许多实用的功能。要了解这些功能，可以阅读Jupyter团队对JupyterLab的介绍，链接为https://jupyterlab.readthedocs.io/en/stable/index.html。

单击GETTING STARTED下的Overview可以看到概述。此外，如需了解更多其他的功能，可以阅读USER GUIDE，其中有对JupyterLab界面、文件操作、文本编辑器和Notebook的介绍。 Ipeu49tW3XaOABHsRGsjcJHT0vffyBwx3Fx0dtB1NKET4mbyzBM/psDO8JkpFA4Z