魔法命令（Magic Commands）

什么是魔法命令

魔法命令（Magic Commands）是 IPython 内核提供的特殊命令，以 % 或 %% 开头，提供了许多普通 Python 代码无法直接完成的功能。

%timeit sum(range(10000))
%pwd
%ls
%who

%%time
for i in range(10**6):
    pass

性能测试：%timeit 和 %%time

性能测试是 Jupyter 最常用的魔法命令场景：

%timeit 对 sum(range(10000)) 进行性能测试，输出平均时间和标准差（7次运行，每次10000循环）

# %timeit — 自动运行多次取平均
%timeit sum(range(10000))
63.4 µs ± 425 ns per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 10,000 loops each)

# 可以指定运行次数和循环次数
%timeit -n 100 -r 5 sum(range(10000))

# %%time — 整个单元格的一次性计时
%%time
data = list(range(10**7))
total = sum(data)
CPU times: user 212 ms, sys: 45 ms, total: 257 ms
Wall time: 258 ms

%timeit vs %%time

%timeit 自动多次执行取均值，适合微基准测试（microsecond 级别）；%%time 只执行一次，适合较慢的操作（second 级别）。

文件系统操作

# 显示当前工作目录
%pwd
'/private/tmp/jupyter_demo'

# 列出文件（等同于 ls 命令）
%ls
demo.ipynb  data.csv  images/

# 切换目录
%cd /Users/mi/projects

# 创建目录
%mkdir new_folder

数据可视化：%matplotlib

这是数据科学中最重要的魔法命令之一：

# 让图表内联显示在 Notebook 中（推荐）
%matplotlib inline

# 交互式图表（可以缩放、平移）
%matplotlib widget

# 在外部窗口显示（传统方式）
%matplotlib qt

# 之后所有 matplotlib 图表都会内联显示
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

x = np.linspace(0, 2*np.pi, 100)
plt.plot(x, np.sin(x))
plt.title('y = sin(x)')
plt.show()  # 图表直接显示在输出区域

运行外部脚本：%run

# 运行外部 Python 脚本，脚本中的变量进入当前命名空间
%run analysis.py

# 运行并传入参数
%run script.py arg1 arg2

# 运行另一个 Notebook（作为普通 Python 脚本执行）
%run helper_notebook.ipynb

写入文件：%%writefile

%%writefile hello.py
# 这个单元格的内容会被写入 hello.py 文件
def greet(name):
    return f"Hello, {name}!"

if __name__ == "__main__":
    print(greet("World"))

Writing hello.py

Shell 命令：! 前缀

除了魔法命令，还可以用 ! 前缀直接运行 Shell 命令：

# 直接运行 Shell 命令
!pip install seaborn
!git status
!cat data.csv | head -5

# 捕获 Shell 命令输出到 Python 变量
files = !ls *.csv
print(files)  # 返回字符串列表

变量查看

# 查看当前所有变量
%who
x  y  data  model

# 查看变量及其类型
%whos
Variable   Type    Data/Info
-----------|---------|---------
x          int      42
y          float    3.14
data       list     n=100

# 删除变量
%reset_selective x   # 删除变量 x
%reset                # 删除所有变量（会确认提示）

查看历史与保存

# 查看执行历史
%history
%history -n 1-10   # 第 1-10 次执行的代码

# 保存到文件
%save my_session.py 1-10   # 将第 1-10 次执行的代码保存

# 查看所有可用的魔法命令
%lsmagic

常用魔法命令汇总

本章小结

• % 行魔法作用于当前行；%% 单元格魔法作用于整个单元格
• %timeit 精确测量性能；%%time 快速计时
• %matplotlib inline 启用内联图表（数据科学必备）
• ! 前缀直接运行 Shell 命令