Python金融数据分析 1.1
Python在金融领域具有广泛应用，尤其在量化分析、风险管理、交易系统开发等方面表现突出。作为基于科学计算的高级编程语言，Python凭借其免费开源的特性、强大的编程范式（面向对象和函数式编程）以及丰富的标准库（如NumPy、Pandas、Matplotlib等）成为金融工程师的首选工具。Python通过IPython Notebook提供交互式开发环境，支持代码执行、数据可视化和文档生成，适合构建金融应用。适合学习和使用的Python版本通常为2.7及以上，推荐使用Anaconda或Enthought Canopy进行安装和配置。
Python在金融中的应用
本章将探讨 Python 作为金融编程语言的实用性。时至今日，Python已经在银行业、投资管理和保险业等金融领域取得广泛应用，甚至帮助房地产行业开发金融建模、风险管理和交易的程序。为了更好地体验Python的强大功能，本书推荐使用IPython Notebook，它能够更有效地实现数据可视化，将科学计算过程呈现给最终用户。
本章讨论以下主题:
口Python相较于其他金融编程语言的优势
口Python在金融应用中的功能
口Python的编程和实现范式:面向对象设计(object-oriented design)和函数式设计(functional design)
口 IPython 概述
口IPython 和IPython Notebook入门
口创建与存储Notebook 文档
口导出多种格式Notebook文档
口Notebook文档用户界面
口在Notebook 文档中插人 Markdown 语言
口在Notebook文档中利用Python实现运算
口在Notebook文档中创建数图
口在Notebok文档中显示数学方程式的多种方式
口在Notebook文档中插人图像和视频文件
口在Notebook文档中使用HTML和pandas DataFrame
1.1 Python 适合我吗
当前，金融T工程师能够通过多种计算机语言实现多种软件解决方案，如C、Java、R和MATLAB等。然而，每种语言均是为特定任务而设计的，不同语言的工作原理、行为、语法规则以及性能差异都会直接影响用户的使用效果。
本书将重点介绍Python在金融计量与分析中的应用。作为最初设计用于科学计算的编程语言，Python借助AQR资产管理开发的Pandas[开源]软件库，为金融数据管理和量化分析提供了高效的技术平台。
此外，大型金融机构也广泛利用Python构建基础系统架构。例如，美国银行的"石英"项目通过Python实现了头寸管理、定价和风险管理功能；而摩根大通则利用Python的跨平台特性，结合C++和Java开发了"雅典娜"系统，用于跨市场的风险管理和交易系统。
本书将系统介绍基于Python开发金融应用的各个方面，包括投资组合优化、数值定价、交互式分析以及利用Hadoop进行大数据投资决策等内容。
使用Python开发金融应用的优势主要体现在以下几个方面
1.1.1 免费+开源
Python许可证以及互联网在线Python 社区、文档均可免费使用，任何人都能基于实际需求访问和修改免费的开放源码。Python语言可以安装在主流操作系统中，包括Windows、UNIX、OS/2、Mac等系统。其开放性推动了前所未有的创新机遇，使得任何人有机会增强现有模块或开发新模块。对于高级用户而言，能够进行跨语言编程。借助合适的库，Python解释器能够集成多种编程语言，包括C、C++、Fortran、Lisp、PHP和Lua等。
1.1.2 高级、强大、灵活的编程语言
用户可以借助Python这种高级通用编程语言快速构建原型程序，无需处理内存管理等底层细节。Python提供了多种编程范式，包括面向对象、函数式和过程式编程，基于其灵活性，特别适合处理涉及多个可变参数的复杂数学模型。
1.1.3丰富的标准库
NumPy、SciPy、matplotlib、statsmodels 和 pandas 是广泛使用的模块，主要用于定量分析和数据管理。其他库可以扩展Python的功能，例如，gnuplot软件包使Python成为数据可视化工具，用于将数学函数和数据进行可视化交互;基于Tk的GUI工具（如Tkinter）则可将Python脚本转化为具有用户界面的CUI程序。IPython 是一种广泛使用的Python图形界面，最初设计用于处理Python数据，提供高效的交互式计算工具，支持并行和分布式计算。IPythonNotebook是IPython的Web浏览器版本，支持共享代码、文本、数学表达式、图像和其他丰富的媒体资料。IPython的设计初衷是为科学家提供一个便于使用Python和数据的环境。
1.2面向对象编程与函数式编程
如果你是一名金融程序员，你编写的程序可能用来操作价值数百万美元的交易，必须确保零错误。金融模型和软件系统变得日益复杂，因此优秀的软件设计尤为关键。基于易读性的考虑，编写Python代码时可以选择面向对象式或函数式编程方法。
1.2.1 面向对象式方法
随着对程序清晰度、效率和灵活性需求的提升，增强代码可读性和可管理性变得更加重要。通常采用面向对象式编程的方法构建软件系统。例如，我们可以将Greeting定义为一个类：
class Greeting(obiect):
init (self,my greeting):defself.my greeting =my greeting
def say hello(self,name):print"ss"(self.my greeting,name)创建一个名为Greeting的类，其构造函数可接收输入参数。在本例中，我们将问候语命名为'Hello'，并调用say_hello函数，传递name属性的值，从而生成相应的问候语。
>>> greeting =Greeting("Hello")
>>> greeting.say hello("World" )
>>> greeting.say hello("Dog")
>>> greeting.say hello("Cat")
Hello World
Hello Dog
Hello Cat1.2.2函数式方法
我们也可以使用函数方法实现Greeting函数。函数式编程是一种计算机程序结构可视为数学函数的编程范式，能避免更改状态数据，提高可重用性和简洁性。
将函数对象赋给一个变量，这个函数对象和其他变量一样可以作为参数传递，也可以作为返回值返回。如下代码可以输出与上例相同的结果:
from functools import partialdef greeting(my greeting,name):print "号s 号s"号(mygreeting，name)
定义一个名为 greeting的函数，该函数包含两个参数。利用functools 模块的partial函数，将函数greeting作为一个输人变量，Hello作为问候语赋给第二个变量。
>>> say hello to=partial(greeting,"Hello")
>>> say hello to("World")
>>> say hello to("Dog")
>>> say hello to("Cat")通过接受输入参数的函数，将 say_hello_to 变量作为返回值，输出问候语以及三个不同名称。
1.2.3 我该使用哪种方法
对于编程范式的选择尚无统一标准。Python既可以采用面向对象的方法，也可以采用函数式编程方式。在处理大规模数据时，函数式编程具有简洁性。相较于greeting:say_hello()，say_hello_to函数的可读性更高。程序员可以根据权衡哪种方式在可读性和程序维护成本方面更为出色。在复杂软件系统中，对象被定义为类，这有助于团队成员更有效地进行代码管理，且工作范围和系统范围的界定更加清晰地通过面向对象的方式完成。当涉及数学模型时，函数式编程方法在实现代码中的数学概念方面更为直观和直接。
1.3 我该使用哪个版本的 Python
在Python2.7及更高版本中，本专栏的实例代码和第三方Python模块均可正常运行。为确保最佳兼容性，建议您安装Python2.7版本。安装包可通过Python官方网站 https://www.python.org下载。
1.4 IPython 简介
IPython主要用于并行与分布式计算的高性能图形界面。你可以通过IPythonNotebook分享代码、文本、数学表达式、图像和其他丰富的多媒体资料。在本节中，我们将学习IPython Notebook的初步使用方法。
1.4.1 安装IPython
你安装的 Python 可能已经包含 IPython，请访问其官方网站 http://ipython.org 获取相应的安装指导。建议从 GitHub 下载 IPython 安装包，解压到一个文件夹中，在终端切换至该文件夹顶层目录后，执行以下命令完成安装：
$python setup.py install
1.4.1使用 pip
作为高效的Python软件包管理器，pip能够轻松实现自动安装Python软件包。例如，无需下载所有源文件即可安装IPython，只需在终端执行以下命令：
$ pip install ipython
为了在终端运行pip，必须先安装一个Python模块，访问https://pypi.org/pip获取下载和安装pip的更多信息。
1.4.3 lPython Notebook
IPython Notebook是基于Web的交互式计算界面的浏览器版本，支持开发、记录和执行代码。本节将介绍IPython Notebook在开发金融应用中的常见功能。以下展示了IPython Notebook在Windows 操作系统的界面截图：
IPython Notebook可在浏览器中完成代码编辑与执行功能，并支持显示多种媒体信息，包括图像、视频以及HTML组件。通过Markdown语言，用户可以方便地编写富文本内容并插入代码注释。此外，该平台还支持通过MathJax渲染LaTeX格式的数学符号，并利用Python模块与matplotlib工具渲染高质量的图片。
现在你可以看见笔记本名称、菜单栏、工具栏和空代码单元。
菜单栏呈现多种选择，以设置笔记本功能；工具栏以图标样式呈现常用操作，为用户带来便捷操作的选项。
1.4.4 Notebook单元格
在Notebook中，每一个逻辑部分被定义为一个单元格区域（cell region）。单元格区域是专为接收纯文本的多行文本输入设计的特定的输入区域，每个Notebook文档至少包含一个单元格区域。在执行单元格内容时，可通过以下方式操作：点击菜单栏中的Cel-Run，或工具栏中的Play按钮，或使用键盘快捷键Shift + Enter。每个单元格区域都具有不同的类型，具体包括代码单元格（Code）、Markdown单元格、原始文本单元格（RawNBConvert）以及标题单元格（heading）。
1.代码单元格
默认情况下，每个单元格都是代码单元格，点击Run即可运行Python 代码。灰色背景圆角矩形单元格可接受文本输人。所执行框的输出结果显示在文本输人辔惹蒟汨静普方的空白处。
2.Markdown 单元格
Markdown单元格可通过Markdown语言将纯文本轻松转化为富文本(richtext)，也接受任意 HTML代码格式。
标准LaTeX和AMS-LaTeX(amsmath包)可显示数学符号，用环绕 LaTeX方程显示内联数学计算，用在单独的块中显示方程。执行单元格时，MathJax可以渲染由LaTeX排版描述的数学方程。
3.原始文本单元格
原始文本单元格能够直接输出无格式文本。
每个单元格都可被定义为从一级到六级的层级结构，这种结构可被用于构建文档的结构层次或目录。