第1章 Python程序库入门
Python数据分析
首先浏览一下http://www.xmind.net/m/WvfC/页面，从这里可以找到一幅描绘数据分析软件的脑图。很明显，我们不会在本章中安装本书所需的所有软件，而是介绍如何在不同的操作系统上面安装NumPy、SciPy、matplotlib和IPython，同时考察一些使用NumPy库的简单代码。
NumPy是一个基础性的Python库，为我们提供了常用的数值数组和函数。
SciPy是Python的科学计算库，对NumPy的功能进行了扩充，同时也有部分功能是重合的。Numpy和Scipy曾经共享基础代码，后来分道扬镳了。
matplotlib是一个基于NumPy的绘图库。第6章“数据可视化”会对matplotlib库进行详细介绍。
IPython为交互式计算提供了一个基础设施，这个项目最著名的部分就是它的交互式解释器IPython shell。我们将在本章后面介绍IPython shell。对于本书而言，当需要安装软件时，我们会在恰当的时刻给出相应的安装说明。当在安装软件的过程中遇到困难，或者不能断定最佳方案时，可以参考本章最后的部分，它提供了寻找解决问题所需辅助信息的指南。
本章将涉及以下主题。
- 在Windows、Linux和Macintosh系统上面安装Python、SciPy、matplotlib、IPython和NumPy。
- 利用NumPy数组编写简单的应用程序。
- 了解IPython。
- 在线资源和帮助。
1.1 本书用到的软件
本书所用软件都是基于Python语言的，所以必须首先安装Python。不过，对于某些操作系统而言，Python是默认安装的。但是，我们需要检查Python版本与想要安装的软件版本是否兼容。Python具有多种实现，其中包括具有商业版权的实现和发行版。在本书中，我们只关注标准CPython实现，因为它与NumPy完全兼容。
提示：
可以从 https://www.python.org/download/页面下载Python。在这个网站上，我们可以找到为Windows和Mac OS X系统开发的安装程序，以及为Linux、UNIX和Mac OS X系统提供的源码包。
本章需要安装的软件，在Windows、各种Linux发行版本和Mac OS X系统上都有相应的二进制安装程序。当然，如果愿意，也可以使用相应的源代码发行包。对于Python，要求其版本为2.4.x或更高，目前最佳版本为2.7.x，因为大部分的Python科学计算库都支持这个版本。对于Python 2.7版本的支持与维护工作，将延续至2020年，之后，我们不得不迁移到Python 3。
1.1.1 软件的安装和设置
下面学习在Windows、Linux和Mac OS X系统上安装和设置NumPy、SciPy、matplotlib和IPython的详细过程。针对不同的平台，我们会分别加以介绍。
1.1.2 Windows平台
对于Windows系统来说，安装过程非常简单，下载一个安装程序，然后根据向导提示即可完成安装工作。下面给出NumPy的安装步骤，对于其他软件库来说，过程类似。具体过程如下所示：
（1）从SourceForge网站（见表1-1）下载用于Windows系统的安装程序。最新的发行版本会随时间而变化，不过没关系，我们只要选择最适合自己的那个版本就可以。
（2）选择适当的版本。这里选择numpy-1.8.1-win32-superpack-python 2.7.exe。
（3）双击打开这个EXE格式的安装程序。
（4）这时会看到NumPy及其功能的描述信息，继续单击Next按钮。
如果已经安装了Python，会自动检测出来，如果没有检测到，很可能是路径设置有问题。
提示：
本章结尾部分给出了帮助解决NumPy安装问题的相关资料。
（5）如果Python已找到，就单击Next按钮；否则，单击Cancel按钮，然后安装Python（没有Python时是无法安装NumPy的）。注意，单击Next按钮后就无法返回了，所以在此之前最好确认一些事情，如确认当前的安装目录是不是你想要的那个，其他诸如此类。现在，安装正式开始，这可能需要一段时间。
提示：
安装程序的发展非常迅猛，其他的备选品种请参见http://www.scipy.org/install.html。对于安装程序来说，它要求C:Windows目录下存在一个msvcp71.dll文件，你可以根据情况从http://www.dll-files.com/dllindex/dll-
files.shtml?msvcp71页面下载。
1.1.3 Linux平台
在Linux系统上安装本书推荐的软件时，与操作系统本身的发行版本密切相关。如可以从命令行安装NumPy，也可以用图形界面的安装程序来安装，这取决于系统的发行版。安装matplotlib、SciPy和IPython时，用的命令是完全相同的，只不过程序包的名称要有所变化而已。我们建议安装matplotlib、SciPy和IPython，但这不是必需的。
大部分Linux发行版都带有NumPy程序包，可以根据自己的发行版使用相应的命令查看，具体如下所示：
- 对于Red Hat操作系统，可以使用下列命令安装NumPy：
$ yum install python-numpy - 对于Mandriva操作系统，可以使用下列命令安装NumPy：
$ urpmi python-numpy - 对于Gentoo操作系统，可以使用下列命令安装NumPy：
$ sudo emerge numpy - 对于Debian或者Ubuntu操作系统，可以使用下列命令安装NumPy：
$ sudo apt-get install python-numpy
表1-2总结了各种Linux发行版下NumPy、SciPy、matplotlib和IPython程序包的名称。
1.1.4 Mac OS X平台
Mac OS X平台既可以使用具有图形界面的安装程序，也可以通过软件包管理系统（port manager）以命令行方式来安装NumPy、matplotlib和SciPy，这取决于个人喜好。这里有一个先决条件，就是要确保已经安装了XCode，因为它不属于OS X系统的组成部分。我们可以用带有图形用户界面的安装程序来安装NumPy，具体过程如下所示。
（1）首先从http://sourceforge.net/projects/numpy/files/页面下载NumPy的安装程序。实际上，matplotlib和SciPy的安装程序也能从这里下载。
（2）只要把前面URL中的numpy替换为scipy或者matplotlib，就是相应软件包安装程序的下载地址。截至编写本书期间为止，IPython还没有提供图形用户界面的安装程序。
（3）下载相应的DMG文件，通常选择最新的文件。此外，也可以选用SciPy Superpack，下载地址是https://github.com/fonnesbeck/ScipySuperpack。
选择哪一种安装方式并不重要，最重要的是要确保一件事情，即Python库的更新操作不会给之前已安装的那些用到非Apple公司所提供的Python库的软件带来负面影响。关于NumPy、matplotlib和SciPy的部分，具体过程如下所示。
（1）打开DMG文件，本例中为numpy-1.8.1-py2.7-python.org-macosx 10.6.dmg文件。
（2）双击呈打开状的盒子的图标，注意是文件后缀为.mpkg的那个，这时会出现该安装程序的欢迎界面。
（3）单击Continue按钮，来到Read Me界面，这里会看到NumPy的简单说明。
（4）单击Continue按钮，进入License界面。
（5）阅读版权声明，单击Continue按钮，然后在提示接受该声明时，单击Accept按钮。此后，一路按回车键，直到单击Finish按钮便万事大吉了。
此外，也可以使用MacPorts、Fink或者Homebrew来安装这些程序库。下面给出安装这些程序包所需的命令。
对于本书来说，只有NumPy是必需的；对于其他程序库，只要是你不感兴趣的，完全可以忽略。
- 用MacPorts进行安装时，可以使用下列命令：
$ sudo port install py-numpy py-scipy py-matplotlib py-ipython- Fink也为NumPy提供了许多程序包，如scipy-core-py24、scipy-core-py25和scipy-core-py26；SciPy的程序包有cipy-py24、scipy-py25和scipy-py26。安装针对Python 2.6的NumPy及其他相关程序包的命令如下所示：
$ fink install scipy-core-py26 scipy-py26 matplotlib-py26