2. Установка NumPy
2.1. NumPy в составе научных дистрибутивов Python
2.1.1. Anaconda
Пожалуй, самый лучший способ установки и использования стека пакетов SciPy, (в том числе и NumPy) является установка дистрибутива Anaconda. Устанавливая данный дистрибутив, вы устанавливаете несколько сотен (порядка 400, в зависимости от используемой вами платформы) самых разных пакетов. Может показаться избыточным, но на деле это оказывается очень удобным — практически все, что может вам понадобится, находится у вас под рукой. Так же вы получаете интерактивную оболочку IPython в привлекательной web-обертке Jupyter. В такой среде очень удобно работать. Например на картинке ниже показано, как выглядит создание матрицы из случайных чисел размером 10х10 и оформлен ее удобный для восприятия вывод с помощью библиотеки SymPy.
Чтобы установить дистрибутив Anaconda, сначала его нужно скачать с официального сайта. Прежде чем нажимать кнопку «download», уточните параметры своей платформы (допустим, у меня это Linux-x86 32 bit). Пока идет скачивание и установка, вы можете изучить доступные в вашем дистрибутиве пакеты и документацию к ним. Думаю, даже после беглого просмотра, вы убедитесь, что вы действительно имеете под рукой очень и очень много самых разнообразных инструментов.
Не смотря на то, что Anaconda сейчас является лидирующим по популярности дистрибутивом Python, не стоит забывать о других дистрибутивах. Все они предоставляют возможность работы со стеком SciPy и NumPy в частности. Помимо прочего, так же как и Anaconda они включают множество научных и вспомогательных библиотек. Однако, все они имеют значительные отличия от Anaconda.
2.1.2. ActivePython
Коммерческий (бесплатный период 30 дней) дистрибутив Python, предназначенный для быстрого внедрения и сопровождения серьезных проектов на базе Python. Содержит предварительно скомпилированные и настроенные решения практически для всех ключевых отраслей, что позволяет значительно сократить время на установку и настройку. Может быть установлен на целый ряд операционных систем. Содержит удобные инструменты для работы в Windows.
ActivePython полностью защищает от всех рисков, связанных с использованием ПО под лицензией GNU/GPL. Все пакеты доступные в собственном репозитории проверяются на безопасность и являются защищенными. Данный дистрибутив всегда включает только последнюю версию OpenSSL. Содержит обширную документацию, но при этом сама организация-разработчик обеспечивает техническую поддержку и всегда дает ответы даже на самые сложные вопросы.
2.1.3. Enthought Canopy
Данный дистрибутив предоставляет, как интерактивную среду, так и собственную среду разработки, причем вы не ограничены какой-то одной версией Python, а можете сами выбирать с какой именно версией Python вы будете работать к примеру 2.7 или 3.5. При этом вы так же имеете доступ к более чем 450 пакетам.
Весьма интересной особенностью Enthought Canopy является работа с научными и аналитическими пакетами. В вашем распоряжении появляется графический менеджер пакетов, который позволяет гибко манипулировать всеми пакетами и их зависимостями. При этом гарантируется что вы имеете доступ к самым стабильным (проверенным) версиям пакетов. Это не означает, что в других дистрибутивах не следят за включаемыми в них пакетами, но Enthought подчеркнуто гарантирует это.
Enthought Canopy включает в себя редактор кода, интегрированное окно IPython в оболочке Jupyter, интерактивный графический отладчик и встроенные инструменты импорта данных. Нельзя не упомянуть о MayaVi — визуализаторе научных данных и BlockCanvasи — визуализаторе для создания имитационных экспериментов. При этом вы имеете мгновенный доступ к пакетной документации, что весьма и весьма удобно.
Enthought Canopy способен работать с Eхcel и LabVIEW, имеет собственный сервер для совместной работы в рамках частных сетей, и имеет много других способов для интеграции в существующую инфраструктуру. Конечно за дополнительные возможности наверняка придется заплатить, но бесплатная версия прекрасно подойдет для научных и инженерных расчетов.
2.1.4. Intel® Distribution for Python
Данный дистрибутив является бесплатным и предоставляет собой высокоскоростную реализацию Python и большого количества научных пакетов. Например, в зависимости от испльзуемого процессора, производительность NumPy, SciPy и numexpr благодаря библиотеке Intel® Math Kernel Library может превосходить производительность тех же библиотек на тех же процессорах от 1,3 до нескольких тысяч раз.
Данный дистрибутив не так прост в установке и настройке, как другие и содержит не так много научных пакетов в своем составе. Но он очень хорошо задокументирован и недостающие пакеты могут быть легко установленны с помощью менеджера пакетов Conda. Помимо прочего, вместе с данным дистрибутивом можно легко использовать другие специализированные библиотеки от Intel®, например Intel® pyDAAL — хорошая альтернатива scikit-learn.
2.1.5. Python(x,y)
Этот дистрибутив больше всего подойдет приверженцам Windows. Абсолютно бесплатен, включает в себя множество научных пакетов и NumPy само-собой разумеется. При этом вы можете создавать научные проекты с Qt-интерфейсом, и работать в Spyder — научно-ориентированной среде разработки. В принципе, это и является ключевой особенностью Python(x,y). Вы действительно можете создавать как маленькие так и большие научные проекты.
Устанавливая Python(x,y), вы получаете очень много инструментов для создания серьезных научных приложений: от компиляторов С/С++/Fortran до средств документирования. Нельзя сказать, что данный дистрибутив является чем-то уникальным, но он определенно заслуживает внимания, особенно, пользователей Windows.
2.1.6. WinPython
Это бесплатный портативный дистрибутив Python — который является просто спасением для пользователей Windows. Слово «портативный» означает, что все необходимое находится в пределах одной папки и может копироваться куда угодно без предварительной установки. При этом на одной машине может запускаться несколько версий Python, причем для разных архитектур. Вы можете хранить весь свой проект на флэшке и работать с ним на любой Windows машине.
Наверное, стоит особо отметить, что данный дистрибутив, все же предназначен для продвинутых научных разработчиков и одновременно продвинутых пользователей Windows. Т. е. это означает, что вы не только создаете, но и сопровождаете научное программное обеспечение и точно знаете что делаете.
2.1.7. Pyzo
Бесплатный кросплатформенный дистрибутив, о котором, весьма лестно отзываются пользователи, особенно OSX. На самом деле, на данный момент, Pyzo представляет собой не дистрибутив, а IDE, которая нацелена на интерактивность и простоту, подходящую не только ученым, но даже школьникам.
Pyzo позволяет выбрать используемый интерпретатор Python и обычно используется с miniconda или anaconda, для упрощения установки научных пакетов. Эту IDE легко установить и легко начать с ней работать. На официальном сайте, достаточно информации для новичков-разработчиков. Поэтому, в отличии от WinPython, Pyzo с увереностью можно порекомендовать тем кто только начинает создавать научное программное обеспечение.
2.1.8. Какой дистрибутив выбрать?
Если вы являетесь новичком в науке или если в вашей работе исследования очень значительно преобладают над разработкой, то я порекомендовал бы дистрибутив Anaconda. Такая рекомендация связана стем, что в образовании и исследованиях IPython, Jupyter и установленных по умолчанию пакетов более чем достаточно. Конечно, рано или поздно, вы столкнетесь с тем, что вам потребуется писать не просто скрипты, но и код, который будет использоваться повторно и очень много раз. Поэтому, здесь обязательно пригодится IDE Spyder и всевозможные инструменты для построения графических инструментов.
Отдельного внимания заслуживает Intel® Distribution for Python, который окажется очень полезен для тех, кто уже перешел в рабочую фазу и ежедневно имеет дело с задачами анлиза данных, машинного обучения или любыми другими, если вы их решаете с помощью стека пакетов SciPy. Даже небольшой прирост в скорости вычислений — это большой плюс. Конечно прирост в 1,3 раза ничего не даст, но если вы готовы приобрести более мощные процессоры, то Intel® Distribution for Python позволит вам использовать весь их потенциал. Причем для этого не требуется знание С и Fortran. Хотя в тоже время знание С и Fortran с инструментами от Intel® может увеличить скорость вычислений на целые порядки.
Ну а все остальное я бы порекомендовал тем кто имеет склонность к разработке научного софта или имеет потребность в ее создании. Причем, новичкам на этом поприще, наверняка стоит начать с Pyzo, думаю, и обучение разработке с данной IDE окажется довольно успешным. Что касается Enthought Canopy, то данный дистрибутив, наверняка больше всего подойдет, как будующим так и состоявшимся инженерам. ActivePython окажется незаменим в коммерческих организациях. А вот Python(x,y) и WinPython больше всего подойдут, как неискушенным так и профессиональным пользователям Windows.
И на последок, данный короткий обзор содержит лишь крайне поверхностный обзор дистрибутивов Python. Я не знаю, какие именно цели вы преследуете и поэтому, прежде чем выбирать, ознакомьтесь с каждым дистрибутивом самостоятельно на его официальном сайте. Если вы преследуете только одну цель — научиться работать с пакетом NumPy (или другими научными пакетами), то повторюсь, лучше всего установить Anaconda. Если изучение NumPy — лишь шаг к более высокой цели, в достижении которой дистрибутив должен послужить основным инструментом, то к выбору дистрибутива нужно подходить более тщательно.
2.1.9. Использование в коммерческих целях
В подавляющем большинстве случаев, пакеты Python относятся к ПО с открытым исходным кодом, но если вы собираетесь использовать какие-то пакеты для извлечения коммерческой выгоды, то обязательно ознакомьтесь с их лицензией. Пользователям ActivePython и платных версий дистрибутивов Anaconda и Enthought Canopy в случае возникновения проблем, связанных с лицензиями на пакеты, предоставляются разнообразные компенсации.
2.2. Установка с помощью pip
Если по некоторым причинам вам необходим только пакет NumPy и больше ничего, то его можно установить с помощью стандартного менеджера пакетов Python — pip. Практически все пакеты разрабатываемые крупными проектами выгружаются в каталог пакетов Python (PyPI) и NumPy — не исключение. менеджер пакетов pip, как раз и нужен для того что бы устанавливать пакеты из этого каталога.
Если в вашей системе установлен Python и pip, то установить NumPy можно с помощью команды:
С помощью этой же команды можно установить любой пакет из стека SciPy:
Или сразу весь стек SciPy:
В данных примерах используется флаг —user для того что бы пакеты не записывались в системные папки и были доступны только локадьному пользователю. Если для вас это не принципиально, просто не используйте этот флаг.
2.3. Установка через менеджер пакетов Linux
Ubuntu и Debian
Пользователи Linux могут установить NumPy и весь стек пакетов SciPy из репозиториев. Однако, может оказаться, что установленный пакет окажется более старой или вовсе не подходящей версией. К тому же установка окажется общесистемной.
Или весь стек целиком
Fedora 22 и выше
2.4. Установка через менеджер пакетов MAC
У MAC нет предустановленного менеджера пакетов и если в вашей системе он отсутствует, то рекомендуется установить Macports. Для установки NumPy и всего стека пакетов SciPy выполните следующую команду:
В данном примере производится установка для Python версии 3.4. Если вы используете другую версию Python, допустим 3.5 то просто замените py34 на py35.
Если вы используете мнеджер Homebrew, то просто выполните:
2.5. Windows
Если по некоторым причинам в Windows вам не подходит установка с помощью pip, то ознакомьтесь с проектом Christoph Gohlke, который предоставляет возможность использовать двоичные файлы (32 и 64 бит) созданных для официального дистрибутива Python на языке CPython. Однако, лучшим вариантом все-таки остается pip.
2.6. Сборка NumPy из исходных компонентов
Создавать Пакеты из исходных текстов кода Python относительно легко, но NumPy требует подключения компилятора Fortran и компиляции кода C. Поэтому, если возникла такая необходимость, то лучше обратиться к официальной документации.
Установка PIP для Python и базовые команды
Как любой серьёзный язык программирования, Python поддерживает сторонние библиотеки и фреймворки. Их устанавливают, чтобы не изобретать колесо в каждом новом проекте. Необходимы пакеты можно найти в центральном репозитории Python — PyPI (Python Package Index — каталог пакетов Python).
Однако скачивание, установка и работа с этими пакетами вручную утомительны и занимают много времени. Именно поэтому многие разработчики полагаются на специальный инструмент PIP для Python, который всё делает гораздо быстрее и проще.
Что такое PIP для Python?
Сама аббревиатура — рекурсивный акроним, который на русском звучит как “PIP установщик пакетов” или “Предпочитаемый установщик программ”. Это утилита командной строки, которая позволяет устанавливать, переустанавливать и деинсталлировать PyPI пакеты простой командой pip .
Если вы когда-нибудь работали с командной строкой Windows и с терминалом на Linux или Mac и чувствуете себя уверенно, можете пропустить инструкции по установке.
Устанавливается ли PIP вместе с Python?
Если вы пользуетесь Python 2.7.9 (и выше) или Python 3.4 (и выше), PIP устанавливается вместе с Python по умолчанию. Если же у вас более старая версия Python, то сначала ознакомьтесь с инструкцией по установке.
Правильно ли Python установлен?
Вы должны быть уверены, что Python должным образом установлен на вашей системе. На Windows откройте командную строку с помощью комбинации Win+X . На Mac запустите терминал с помощью Command+пробел , а на Linux – комбинацией Ctrl+Alt+T или как-то иначе именно для вашего дистрибутива.
Затем введите команду:
На Linux пользователям Python 3.x следует ввести:
Если вы получили номер версии (например, Python 2.7.5 ), значит Python готов к использованию.
Если вы получили сообщение Python is not defined (Python не установлен), значит, для начала вам следует установить Python. Это уже не по теме статьи. Подробные инструкции по установке Python читайте в теме: Скачать и установить Python.
Как установить PIP на Windows.
Следующие инструкции подойдут для Windows 7, Windows 8.1 и Windows 10.
- Скачайте установочный скрипт get-pip.py. Если у вас Python 3.2, версия get-pip.py должны быть такой же. В любом случае щелкайте правой кнопкой мыши на ссылке и нажмите “Сохранить как…” и сохраните скрипт в любую безопасную папку, например в “Загрузки”.
- Откройте командную строку и перейдите к каталогу с файлом get-pip.py.
- Запустите следующую команду: python get-pip.py
Как установить PIP на Mac
Современные версии Mac идут с установленными Python и PIP. Так или иначе версия Python устаревает, а это не лучший вариант для серьёзного разработчика. Так что рекомендуется установить актуальные версии Python и PIP.
Если вы хотите использовать родную систему Python, но у вас нет доступного PIP, его можно установить следующей командой через терминал:
Если вы предпочитаете более свежие версии Python, используйте Homebrew. Следующие инструкции предполагают, что Homebrew уже установлен и готов к работе.
Установка Python с помощью Homebrew производится посредством одной команды:
Будет установлена последняя версия Python, в которую может входить PIP. Если после успешной установки пакет недоступен, необходимо выполнить перелинковку Python следующей командой:
Как установить PIP на Linux
Если у вас дистрибутив Linux с уже установленным на нем Python, то скорее всего возможно установить PIP, используя системный пакетный менеджер. Это более удачный способ, потому что системные версии Python не слишком хорошо работают со скриптом get-pip.py, используемым в Windows и Mac.
Advanced Package Tool (Python 2.x)
Advanced Package Tool (Python 3.x)
pacman Package Manager (Python 2.x)
pacman Package Manager (Python 3.x)
Yum Package Manager (Python 2.x)
Yum Package Manager (Python 3.x)
Dandified Yum (Python 2.x)
Dandified Yum (Python 3.x)
Zypper Package Manager (Python 2.x)
Zypper Package Manager (Python 3.x)
Как установить PIP на Raspberry Pi
Как пользователь Raspberry, возможно, вы запускали Rapsbian до того, как появилась официальная и поддерживаемая версия системы. Можно установить другую систему, например, Ubuntu, но в этом случае вам придётся воспользоваться инструкциями по Linux.
Начиная с Rapsbian Jessie, PIP установлен по умолчанию. Это одна из серьёзных причин, чтобы обновиться до Rapsbian Jessie вместо использования Rapsbian Wheezy или Rapsbian Jessie Lite. Так или иначе, на старую версию, все равно можно установить PIP.
На Rapsbian для Python 2.x следует пользоваться командой pip, а для Python 3.x — командой pip3 при использовании команд для PIP.
Как обновить PIP для Python
Пока PIP не слишком часто обновляется самостоятельно, очень важно постоянно иметь свежую версию. Это может иметь значение при исправлении багов, совместимости и дыр в защите.
К счастью, обновление PIP проходит просто и быстро.
Для Mac, Linux, или Raspberry Pi:
На текущих версиях Linux и Rapsbian Pi следует использовать команду pip3.
Как устанавливать библиотеки Python с помощью PIP
Если PIP работоспособен, можно начинать устанавливать пакеты из PyPI:
Установка определённой версии вместо новейшей версии пакета:
Поиск конкретного пакета:
Просмотр деталей об установленном пакете:
Список всех установленных пакетов:
Список всех устаревших пакетов:
Обновление устаревших пакетов:
Следует отметить, что старая версия пакета автоматически удаляется при обновлении до новой версии.