在 Jupyter Notebook 或 IPython 環境中，“魔法命令”（Magic Commands）是一些以百分號（%）或驚嘆號（!)開頭的特殊命令，用于執行一些與代碼運行環境相關的操作，而不僅僅是執行普通的 Python 代碼。魔法命令可以大大增強 Jupyter Notebook 的功能和用戶體驗。
用過colab的人應該很熟悉了。

---

1. % 開頭的魔法命令

% 開頭的魔法命令分為兩類：行魔法命令（Line Magic）和單元魔法命令（Cell Magic）。行魔法命令以單 % 開頭，作用于單行代碼；單元魔法命令以雙 %% 開頭，作用于整個代碼單元。

1.1 常見 % 魔法命令

命令	描述	示例
%time	測量單行代碼的執行時間	%time result = some_function()
%timeit	多次運行單行代碼以獲取更準確的執行時間	%timeit result = some_function()
%run	運行外部 Python 腳本	%run myscript.py
%pwd	顯示當前工作目錄	%pwd
%ls	列出當前目錄下的文件和文件夾	%ls
%cd	更改當前工作目錄	%cd /path/to/directory
%who	列出當前命名空間中的變量	%who
%whos	顯示變量的詳細信息	%whos
%reset	清除當前命名空間中的所有變量	%reset
%history	顯示命令歷史	%history
%lsmagic	列出所有可用的魔法命令	%lsmagic
%config	查看或修改配置	%config InlineBackend.figure_format = "retina"
%debug	進入交互式調試模式	%debug
%store	保存變量到磁盤，可在后續會話中恢復	%store variable
%store -r	從磁盤恢復保存的變量	%store -r variable
%psource	顯示對象的源代碼	%psource my_function

1.2 常見 %% 魔法命令

命令	描述	示例
%%time	測量整個代碼單元的執行時間	%%time result = some_function() print(result)
%%writefile	將代碼單元的內容寫入文件	%%writefile myfile.py def hello(): print("Hello, world!")
%%capture	捕獲代碼單元的輸出	%%capture print("This output will be captured.")
%%bash	執行 Bash 命令	%%bash echo "Hello from Bash!" ls
%%html	渲染 HTML 代碼	%%html <h1>Hello, world!</h1>

---

2. ! 開頭的魔法命令

! 開頭的命令用于在 Jupyter Notebook 中執行系統命令，類似于在終端中運行命令。

2.1 常見 ! 命令

命令	描述	示例
!ls	列出當前目錄下的文件和文件夾	!ls
!pwd	顯示當前工作目錄	!pwd
!cd	更改當前工作目錄（注意：!cd 不會改變 Jupyter 的工作目錄，僅對當前單元有效）	!cd /path/to/directory
!mkdir	創建新目錄	!mkdir new_folder
!rm	刪除文件	!rm file.txt
!rmdir	刪除空目錄	!rmdir folder
!pip install	安裝 Python 包	!pip install package_name
!echo	打印文本	!echo "Hello, world!"

---

3. 使用示例

3.1 % 魔法命令示例

# 測量單行代碼的執行時間
%time result = [i for i in range(1000000)]# 列出當前目錄下的文件
%ls# 顯示當前工作目錄
%pwd# 清除所有變量
%reset# 顯示變量詳細信息
%whos

3.2 %% 魔法命令示例

# 測量整個代碼單元的執行時間
%%time
import time
time.sleep(2)
print("Done!")# 將代碼寫入文件
%%writefile example.py
def greet(name):print(f"Hello, {name}!")

3.3 ! 命令示例

# 列出當前目錄下的文件
!ls# 創建新目錄
!mkdir test_folder# 安裝 Python 包
!pip install numpy

---

4. 總結

• % 開頭的魔法命令用于執行單行操作或配置環境。
• %% 開頭的魔法命令用于對整個代碼單元進行操作。
• ! 開頭的命令用于執行系統命令，類似于在終端中運行命令。 這些魔法命令能夠顯著提升 Jupyter Notebook 的使用效率，幫助用戶更便捷地進行數據分析和代碼調試。

除了前面提到的 % 和 ! 開頭的魔法命令之外，Jupyter Notebook 和 IPython 還提供了許多其他有用的魔法命令，這些命令可以幫助用戶更高效地進行數據分析、代碼調試和環境管理。

以下是一些補充的魔法命令及其使用示例。

---

補充的魔法命令

1. %matplotlib：繪圖相關

• %matplotlib inline：將 Matplotlib 圖形嵌入到 Notebook 中。
• %matplotlib notebook：生成可交互的圖形，支持縮放和移動。
• %config InlineBackend.figure_format = "retina"：提高圖形的分辨率。

示例：

%matplotlib inline
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
x = np.linspace(0, 10, 100)
plt.plot(x, np.sin(x))
plt.show()

2. %pdb：調試相關

• %pdb：開啟或關閉自動調試模式。當代碼中出現異常時，會自動進入調試模式。
• %debug：進入交互式調試模式，用于調試當前代碼。

示例：

%pdb on  # 開啟自動調試模式
def divide(a, b):return a / bresult = divide(10, 0)  # 這里會觸發異常并進入調試模式

3. `%load：代碼加載

• %load：將外部文件的內容加載到當前代碼單元中。
• %load_ext：加載擴展模塊，例如 sql 或 autoreload。

示例：

%load myscript.py  # 將 myscript.py 的內容加載到當前單元

4. %autoreload：自動重新加載模塊

• %load_ext autoreload：加載自動重新加載擴展。
• %autoreload 2：自動重新加載所有模塊，每次調用函數時都會重新加載模塊。

示例：

%load_ext autoreload
%autoreload 2import mymodule
mymodule.some_function()  # 如果 mymodule.py 被修改，會自動重新加載

5. %who：變量管理

• %who：列出當前命名空間中的變量。
• %whos：列出當前命名空間中的變量及其詳細信息。
• %reset：清除當前命名空間中的所有變量。
• %store：保存變量到磁盤，可在后續會話中恢復。
• %store -r：從磁盤恢復保存的變量。

示例：

a = 10
b = "Hello"
%who  # 列出變量
%whos  # 列出變量及其詳細信息
%reset  # 清除所有變量

6. %history：命令歷史

• %history：顯示命令歷史。
• %history -f filename.py：將命令歷史保存到文件。

示例：

%history  # 顯示命令歷史
%history -f my_history.py  # 將命令歷史保存到文件

7. %lsmagic：列出所有魔法命令

• %lsmagic：列出所有可用的魔法命令。

示例：

%lsmagic

8. %config：配置

• %config：查看或修改配置。

示例：

%config InlineBackend.figure_format = "retina"  # 設置圖形格式為 Retina

9. %paste：粘貼代碼

• %paste：將剪貼板中的代碼粘貼到當前代碼單元中。

示例：

%paste  # 粘貼剪貼板中的代碼

10. %run：運行腳本

• %run：運行外部 Python 腳本。

示例：

%run myscript.py  # 運行 myscript.py 腳本

11. %psource：顯示源代碼

• %psource：顯示對象的源代碼。

示例：

def my_function():print("Hello, world!")%psource my_function  # 顯示 my_function 的源代碼

12. %timeit：性能分析

• %timeit：多次運行代碼以獲取更準確的執行時間。
• %%timeit：多次運行整個代碼單元以獲取更準確的執行時間。

示例：

%timeit [i for i in range(1000)]  # 測量單行代碼的執行時間
%%timeit
result = [i for i in range(1000)]  # 測量整個代碼單元的執行時間

13. %capture：捕獲輸出

• %%capture：捕獲代碼單元的輸出，可以將輸出保存到變量中。

示例：

%%capture captured_output
print("This output will be captured.")
print("Another line.")
print(captured_output)  # 打印捕獲的輸出

14. %env：環境變量

• %env：設置或查看環境變量。

示例：

%env MY_VAR=123  # 設置環境變量
%env MY_VAR  # 查看環境變量

15. %alias：命令別名

• %alias：為系統命令創建別名。

示例：

%alias ll ls -l  # 創建別名 ll，等同于 ls -l
!ll

---

總結

Jupyter Notebook 和 IPython 提供了豐富的魔法命令，這些命令可以幫助用戶更高效地進行數據分析、代碼調試和環境管理。通過合理使用這些魔法命令，可以顯著提升開發效率和用戶體驗。