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第一部分 起步3

第1章 命令行简介3

1.1 Shell概览3

1.1.1 Shell是一款编程语言4

1.1.2路径和pwd5

1.1.3主目录（～）7

1.1.4列出内容（ls）8

1.1.5更改目录（cd）9

1.1.6查看文件内容（head和tail命令）12

1.2操作文件和目录12

1.2.1创建文件（nano、emacs、vi、 cat、＞和touch）12

1.2.2复制和重命名文件（cp和mv）17

1.2.3创建目录（mkdir）18

1.2.4删除文件和目录（rm）19

1.2.5标志和通配符21

1.3获取帮助22

1.3.1阅读程序手册（man）22

1.3.2找到正确的工具（apropos）24

1.3.3用重定向和管道组合多个实用程序（＞、＞＞和|）25

1.4权限和共享26

1.4.1查看权限（ls-l）27

1.4.2设置所有权28

1.4.3设置权限（chmod）29

1.4.4创建链接（ln）29

1.4.5连接其他计算机（ssh和scp）30

1.5环境31

1.5.1保存环境变量（.bashrc）33

1.5.2运行程序（PATH）34

1.5.3别名命令（alias）35

1.6使用bash编写脚本36

1.7本章小结38

第2章Python编程起步39

2.1运行Python40

2.2注释41

2.3变量42

2.4特殊变量44

2.4.1布尔值44

2.4.2 None不是0 ！45

2.4.3 NotImplemented不是None！45

2.5操作符45

2.6字符串49

2.6.1字符串索引50

2.6.2字符串连接52

2.6.3字符串字面值53

2.6.4字符串方法55

2.7模块56

2.7.1导入模块56

2.7.2从模块中导入变量57

2.7.3别名导入58

2.7.4导入变量别名58

2.7.5包59

2.7.6标准库和Python生态系统61

2.8本章小结62

第3章 基本容器63

3.1列表64

3.2元组68

3.3集合69

3.4字典71

3.5本章小结73

第4章 流程控制和逻辑运算75

4.1条件语句75

4.1.1 if-else语句78

4.1.2 if-elif-else语句79

4.1.3 if-else表达式80

4.2异常80

4.3循环83

4.3.1 while循环83

4.3.2 for循环85

4.3.3解析式87

4.4本章小结90

第5章 使用函数91

5.1 Python中的函数91

5.2关键字参数94

5.3变长参数96

5.4多返回值98

5.5作用域99

5.6递归102

5.7 lambda103

5.8生成器104

5.9装饰器107

5.10本章小结110

第6章 类和对象112

6.1面向对象112

6.2对象113

6.3类117

6.3.1类变量118

6.3.2实例变量120

6.3.3构造器121

6.3.4方法123

6.3.5静态方法126

6.3.6鸭子类型127

6.3.7多态128

6.4装饰器和元类132

6.5本章小结134

第二部分 上手139

第7章 分析和可视化139

7.1准备数据139

7.1.1实验数据143

7.1.2模拟数据144

7.1.3元数据145

7.2载入数据145

7.2.1 NumPy146

7.2.2 PyTables147

7.2.3 Pandas147

7.2.4 Blaze148

7.3清理和改写数据149

7.4分析153

7.4.1模型驱动的分析154

7.4.2数据驱动的分析155

7.5可视化156

7.5.1可视化工具157

7.5.2 gnuplot158

7.5.3 matplotlib160

7.5.4 Bokeh165

7.5.5 Inkscape167

7.6本章小结167

第8章 正则表达式169

8.1示例：杂乱的磁性170

8.2命令行中的元字符171

8.2.1用简单的模式列出文件172

8.2.2根据模式全局查找文件名（find）173

8.3 grep、 sed、 awk179

8.4在文件中查找模式（grep）179

8.5在文件中查找和替换（sed）181

8.5.1查找和替换复杂模式183

8.5.2 sed额外内容184

8.6处理数据列（awk）186

8.7 Python正则表达式188

8.8本章小结190

第9章NumPy：以数组的形式思考192

9.1数组193

9.2 dtype195

9.3切片和视图198

9.4算术和广播200

9.5花式索引204

9.6掩模206

9.7结构数组209

9.8通用函数211

9.9其他有用的函数213

9.10本章小结215

第10章 数据存储：文件和HDF5216

10.1 Python中的文件217

10.2关于计算机架构的一些说明221

10.3 HDF5中的重要思想223

10.4文件处理225

10.5层次布局227

10.6分块229

10.7核内和核外操作233

10.7.1核内233

10.7.2核外234

10.8查询235

10.9压缩236

10.10 HDF5工具237

10.11本章小结239

第11章 物理中重要的数据结构240

11.1散列表240

11.1.1调整大小242

11.1.2冲突243

11.2数据框245

11.2.1 Series246

11.2.2 DataFrame结构247

11.3 B树250

11.4 k-d树252

11.5本章小结256

第12章 并行化执行258

12.1规模和扩展能力259

12.2问题分类261

12.3示例：N体问题262

12.4非并行263

12.5线程267

12.6多处理273

12.7 MPI276

12.8本章小结281

第13章 软件部署283

13.1部署软件本身284

13.1.1 pip285

13.1.2 Conda289

13.1.3虚拟机292

13.1.4 Docker293

13.2部署到云端297

13.3在超算上部署299

13.4本章小结300

第3部分 完善305

第14章 构建流程和软件305

14.1 make306

14.1.1运行make308

14.1.2 makefile308

14.1.3目标309

14.1.4特殊目标311

14.2构建和运行软件312

14.2.1 Makefile配置313

14.2.2编译316

14.3安装316

14.4本章小结317

第15章 本地版本控制318

15.1什么是版本控制318

15.1.1计算物理中的实验室笔记本319

15.1.2版本控制工具的类型320

15.2 Git起步320

15.2.1安装Git321

15.2.2获取帮助321

15.2.3控制Git的行为（git config）322

15.3使用Git进行本地版本控制323

15.3.1创建本地库（git init）323

15.3.2暂存文件325

15.3.3检查本地副本的状态（git status）326

15.3.4保存快照（git commit）326

15.3.5 git log：查看历史329

15.3.6查看改动（git diff）329

15.3.7取消暂存或回滚文件（git reset）330

15.3.8丢弃提交（git revert）331

15.3.9列出、创建、删除分支（git branch）332

15.3.10切换分支（git checkout）334

15.3.11合并分支（git merge）334

15.3.12处理冲突336

15.4本章小结336

第16章 远程版本控制337

16.1代码托管（github.com）337

16.2在GitHub上创建代码库339

16.3声明远程库（git remote）339

16.4向远程库发送提交（git push）340

16.5下载代码库（git clone）341

16.6从远程库获取内容（git fetch）344

16.7合并远程库的内容（git merge）345

16.8 Pull等于Fetch加Merge（git pull）345

16.9冲突346

16.10解决冲突347

16.11本章小结348

第17章 调试350

17.1遇到一个错误351

17.2 print语句352

17.3交互式调试354

17.4在Pythong中调试（pdb）355

17.4.1设置跟踪点356

17.4.2步进357

17.4.3查询变量358

17.4.4设置状态358

17.4.5运行函数和方法359

17.4.6继续执行359

17.4.7断点360

17.5剖析360

17.5.1使用pstats查看剖析文件361

17.5.2可视化查看剖析信息361

17.5.3使用Kernprof剖析代码364

17.6 linting365

17.7本章小结366

第18章 测试368

18.1为什么要做测试369

18.2什么情况下要写测试369

18.3在哪里编写测试370

18.4如何测试？测试哪些内容370

18.5运行测试373

18.6边界情形374

18.7单元测试376

18.8集成测试378

18.9回归测试380

18.10测试生成器380

18.11测试覆盖382

18.12测试驱动开发383

18.13本章小结386

第4部分 发布389

第19章 文档389

19.1为什么文档很重要389

19.1.1文档非常有价值390

19.1.2编写文档比想象的要简单390

19.2文档类型391

19.2.1理论手册391

19.2.2用户和开发者指南392

19.2.3 readme文件392

19.2.4注释393

19.2.5自文档代码395

19.2.6文档字符串396

19.3自动化397

19.4本章小结401

第20章 出版402

20.1文档处理403

20.1.1格式和内容分离403

20.1.2跟踪改动404

20.2文本编辑器404

20.3标记语言405

20.3.1 LaTeX406

20.3.2参考文献416

20.4本章小结419

第21章 协作421

21.1任务单系统422

21.1.1工作流程概览422

21.1.2创建问题424

21.1.3分配问题425

21.1.4讨论问题426

21.1.5关闭问题427

21.2拉取请求和代码审查427

21.2.1提交拉取请求428

21.2.2审查合并请求428

21.2.3合并拉取请求429

21.3本章小结429

第22章 许可证、所有权和版权430

22.1哪些内容可赋予版权431

22.2首次发布权431

22.3什么是公共领域432

22.4选择一个软件许可证432

22.5伯克利软件发布许可证（BSD）434

22.6 GNU General PublicLicense （GPL）436

22.7知识共享（CC）437

22.8其他许可证438

22.9更换许可证440

22.10版权不是一切441

22.11本章小结442

第23章 关于计算物理进一步思考443

术语447