2.2 魔法命令（Magic Commands）
2.2 魔法命令（Magic Commands）
本节摘要：Magic 命令以
%（单行）或%%（整格）开头，是 IPython 在 Notebook 里的系统级快捷方式。本节按 SOURCE 2.2 梳理计时、绘图、加载/运行脚本、工作目录、变量查看与 %%writefile 等高频命令，并给出误用 %reset 的警告。
核心问题
阅读完本节，你应当能够：
- 区分行 Magic
%与单元格 Magic%% - 用 %time/%timeit 与 %%time/%%timeit 测量性能
- 用 %matplotlib inline 内嵌图表、%load/%run 复用外部脚本
- 用 %pwd、%ls、%who、%whos 查看环境与变量
- 理解 %reset 会清空命名空间的风险
一、两类 Magic
SOURCE 定义：
- 行 Magic（
%）：只作用于当前行（或该行剩余部分） - 单元格 Magic（
%%）：作用于整个单元格第一行起
Magic 命令分类速览
二、计时：time 与 timeit
SOURCE 示例对比：
import time %time time.sleep(2) # 单次 sleep 约 2s
%%time import time time.sleep(1) print("hello world")
%timeit 多次运行取平均，适合微基准：
%timeit [i**2 for i in range(1000)]
%%timeit temp = [] for i in range(1000): temp.append(i**2)
| 命令 | 作用域 | 适用 |
|---|---|---|
| %time | 单行一次 | 粗看慢操作 |
| %timeit | 单行多次 | 对比两种写法 |
| %%time | 整格一次 | 多语句块总耗时 |
| %%timeit | 整格多次 | 整段 pipeline 基准 |
三、绘图、文件与目录
- %matplotlib inline：Notebook 内嵌显示 Matplotlib 图（旧环境常需首格执行）
- %load script.py：把外部脚本内容加载进当前单元格（不立即执行，需再 Shift+Enter）
- %run script.py：直接运行外部脚本，共享当前命名空间
- %pwd：当前工作目录
- %ls：列目录（类 shell）
- %history：IPython 历史命令
SOURCE 的 writefile 示例：
%%writefile test.txt hello world! this is a test file.
会在 Notebook 启动目录写出 test.txt——写库/部署前注意路径权限。
四、变量与命名空间
- %who：仅变量名列表
- %whos：类型、长度、部分值摘要
- %reset：删除当前 Notebook 内核里所有用户变量
⚠️ 常见坑：
%reset后 DataFrame 全没——长分析中途别手滑。若需清内存，优先del df+gc.collect()（见第 5 章）。
五、其他单元格 Magic
SOURCE 还列有（整格生效）：
| Magic | 用途 |
|---|---|
| %%bash | 单元格内跑 Bash（Linux/macOS；Windows 可用 WSL） |
| %%HTML | 渲染 HTML |
| %%latex | 渲染 LaTeX |
| %%javascript | 执行 JS（浏览器端，慎用） |
六、Magic 与纯 Python 的边界
Magic 是 IPython 扩展，导出为 .py 脚本时不会保留 % 行——长期逻辑应写进 .py 模块，Notebook 里 %run 调用。教学演示和一次性基准测试则是 Magic 的主场。
💡 关键直觉：把 Magic 当「笔记本专用胶水」——计时、清变量、拉脚本；业务算法仍放
.py便于测试与 Git diff。
本章回顾
- % vs %%：单行 vs 整格
- %timeit：性能对比首选
- %load / %run：复用外部代码两种语义
- %who / %whos：快速审计命名空间
- %reset：清空一切，谨慎使用
- %%writefile：从格内生成文件
下一节 2.3 调试技巧 在异常发生后用
%debug进入交互调试器——Magic 的「排错分支」。
高频 Magic 快查表
| 命令 | 一句话作用 | 典型误用 |
|---|---|---|
| %timeit | 多次运行取最短时间 | 用于耗时数秒的重计算 |
| %%time | 整格一次计时 | 忘记打印结果 |
| %load | 读外部脚本进当前格 | 误以为会立即执行 |
| %run | 执行外部脚本共享命名空间 | 模块改后未重跑 |
| %reset | 清空全部用户变量 | 分析中途手滑 |
| %who / %whos | 列出当前变量 | 与 dir() 混淆 |
| %pwd / %ls | 工作目录与文件列表 | 相对路径定位错误 |
| %%writefile | 把格内容写成文件 | 覆盖同名文件未确认 |
| %matplotlib inline | 内嵌显示图表 | 在 JupyterLab 中多余 |
命名空间审计实战
长分析后段，经常出现"用了哪个变量、哪个是脏数据"说不清的情况。养成习惯：每完成一个分析阶段，执行一次 %whos，看看 DataFrame 和中间列表是否都在预期内。若发现残留的临时变量，用 del 变量名 清理，而不是等 %reset 一刀切。
为什么 %load 和 %run 语义不同
- %load script.py：把 script.py 的文本拉进当前单元格，光标定位到内容，按 Shift+Enter 才执行。适合"先看看再跑"。
- %run script.py：直接执行，且与当前 Notebook 共享命名空间，脚本里定义的变量、函数在当前会话可用。适合把测试函数或数据处理流程抽到 .py 后回 Notebook 调用。
# 用 %run 复用模块后，检查 df 是否已定义 %run my_pipeline.py print(f"共处理 {df.shape[0]} 行")
把常用 Magic 固化进启动脚本
IPython 支持在 profile 里预置常用 Magic（例如每次启动自动执行 %matplotlib inline）。团队场景更稳妥的做法是在 00 导读或 README 里写清"首格运行 %matplotlib inline"，避免新同事漏执行导致图片不显示。
Magic 与普通 Python 的分工建议
- 交互验证、计时、加载：用 Magic。
- 业务逻辑、可复用函数：写 .py，用 %run 进来。
- 导出 .py 后仍要保留的代码：不要写 % 行，写成普通 Python 再在 Notebook 中 %run。
参数化与 %env
Magic 也支持参数。%timeit -n 3 -r 2 控制循环次数与重复轮次；%env PYTHONHASHSEED=42 临时设置环境变量再跑下一格，适合复现随机性强的实验。注意 %env 只影响当前内核进程，关闭内核即失效。
%env MY_VAR = hello import os print(os.environ.get("MY_VAR"))
常见的"看着像 Magic 其实不是"
%ls是 Magic，ls单独写会报语法错误（除非在 %%bash 里）。!pip install pandas是 shell 转义，装到当前内核环境，不是 Magic。%%capture捕获格内全部输出，适合静默跑安装或清理命令。
把它们和 2.2 的计时、变量、文件类 Magic 一起记，就覆盖了日常九成场景。
练习：用 Magic 完成一次性能对比
新建两个单元格，分别用列表推导和 for 循环生成一万个平方数，用 %timeit 各测一次，记录两个数字的差距。再把结果写进 Markdown 格：哪种写法快、差距大概几倍、为什么。这个练习把 2.2 的计时、2.3 的调试（如果写错了）、3.2 的向量化直觉一次串起来。
做完后执行 %whos 看看会话里有哪些变量，体会命名空间审计的实际手感。