IPython 魔法命令（Magic Commands）

IPython 的​​魔法命令（Magic Commands）​​是其交互式环境中的特殊指令，以 % 或 %% 开头，用于快速执行非 Python 标准功能的任务（如文件操作、性能分析、系统交互等）。它们大幅提升了代码编写和调试效率，尤其在 Jupyter Notebook 中广泛应用。
IPython 的魔法命令是其核心特色功能，分为​​行魔法​​（% 前缀）和​​单元魔法​​（%% 前缀）。以下是常用魔法命令分类详解及代码示例。

一、系统与文件操作

1. %ls

列出当前目录文件（类似Shell命令）

# 显示详细文件列表
%ls -l

2. %cd​​和%pwd

切换工作目录和显示当前目录

# 切换到 ../data 目录
%cd ../data
# 显示当前目录
%pwd
# 切换回文件所在目录
%cd ../notebooks

3. %%writefile​​

将代码单元内容写入文件

%%writefile test.py
def hello():
    print("Hello from magic command!")

4. %run

执行外部Python脚本

%run test.py  # 执行刚创建的 test.py
# 运行 test.py 中的 hello 函数
hello()

二、性能分析与计时

1. %timeit

测量代码执行时间（自动多次运行取平均）

%timeit [x**2 for x in range(1000)]
# 输出示例：259 µs ± 4.56 µs per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 1000 loops each)

2. %prun​​

性能分析（函数级耗时统计）

def sum_squares(n):
    return sum([i**2 for i in range(n)])

%prun sum_squares(100000)
# 输出各函数调用耗时统计表

3. ​​%%timeit

测量整个代码单元的执行时间

%%timeit
import numpy as np
arr = np.random.rand(1000)
arr.mean()

三、代码处理与交互

1. %load

加载外部代码到当前单元，如%load test.py

%load test.py

2. ​​%edit

编辑代码并执行（打开编辑器）

# 编辑后直接执行
%edit test.py
hello()

3. ​​%store

跨会话变量存储

data = [1,2,3]
# 存储变量
%store data
# 恢复变量（下次启动仍可用）
%store -r data

四、调试与诊断

1. ​​%debug

自动进入调试器（在异常后使用）

def divide(a, b):
    return a / b

# 触发 ZeroDivisionError
# 进入 pdb 调试环境
%debug divide(1, 0)

2. ​​%pdb

自动启动调试器（全局设置）

# 开启自动调试（触发异常时自动进入 pdb）
%pdb on

3. ​​%who

查看当前命名空间变量

a = 1
b = "text"
# 输出当前命名空间变量
%who
# 仅显示字符串变量: b
%who str

五、扩展与工具集成

1. ​​%matplotlib

控制 Matplotlib 绘图显示

# 内嵌显示图表（Jupyter 常用）
%matplotlib inline
import matplotlib.pyplot as plt
plt.plot([1,2,3])

2. ​​%load_ext

加载 IPython 扩展

# 加载自动重载模块扩展
%load_ext autoreload
# 修改代码后自动重新加载模块
%autoreload 2

3. ​​%%html和%%javascript

渲染HTML，执行JavaScript

%%html
<div style="color:red">This is HTML!</div>

%%javascript
alert("Hello from JavaScript!");

六、信息查询与帮助

1. ​​%magic

查看魔法命令文档

%magic
# 显示所有可用的魔法命令

2. ​​%lsmagic​​

列出所有可用魔法命令

%lsmagic
# 显示所有可用的魔法命令

3. ​​%history​​

显示命令历史

%history -n 1-3
# 显示历史命令（第1-3条）

七、高级功能示例

1. ​​%%capture​​

捕获输出/错误流

%%capture result
import sys
print("Captured output")
sys.stderr.write("Error message")
result.stdout  
# 获取捕获的标准输出

2. ​​%%script

调用外部解释器

%%script cmd
# Windows 命令行脚本，Linux/MacOS 可用 bash，即 %%script bash
echo "Running Bash script!"
ls -l

3. ​​%%latex

渲染 LaTeX 公式

%%latex
\begin{equation}
E = mc^2
\end{equation}

IPython 魔法命令大幅提升了交互式编程效率，尤其在数据分析、快速原型开发场景中，能够无缝结合 Python 代码与系统工具。