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在Ubuntu下用Python搭建桌面算法交易研究环境
这篇文章将讨论在ubuntu下,使用Python编程语言,来搭建一个强大,高效和易交互的算法交易策略研究环境.几乎所有的后续的算法交易文章都将利用此环境.
搭建此环境需要安装以下软件,它们都是开源且免费下载的:
- Oracle VirtualBox - 用于虚拟操作系统
- Ubuntu Desktop Linux - 作为我们的虚拟操作系统
- Python - 核心编程环境
- NumPy/SciPy - 用于快速、高效的数组和矩阵运算
- IPython - 用于Python的可视化交互开发
- matplotlib - 用于数据的图形可视化
- pandas - 用于数据“冲突”和时间序列分析
- scikit-learn - 用于机器学习和人工智能算法
这些工具（配合合适的 证券master数据库），将使我们能够创建一个快速可交互的策略研究环境。Pandas是专为数据“冲突”设计的，它可以高效地导入和清洗时间序列数据。NumPy/SciPy在底层运行，使得系统被很好的优化。IPython/matplotlib (以及qtconsole，详见下文)使结果可视化可交互并快速迭代。scikit-learn可让我们将机器学习技术应用到我们的策略中，以进一步提高性能。
请注意，我写这篇教程是为了那些无法或不愿意直接安装ubuntu系统的windows或Mac OSX用户，通过VirtualBox来搭建此环境。VirtualBox使我们可在host操作系统中创建一个虚拟机，可模拟guest操作系统，而丝毫不影响host操作系统。由此我们可以在完整安装Ubuntu前练习Ubuntu和Python工具。如果已经安装Ubuntu桌面系统，可直接跳到“在Ubuntu下安装Python研究环境包”这一节。
##安装VirtualBoX和Ubuntu Linux##
Mac OSX操作系统上关于VirtualBox安装的部分已经写过了，这里将简单的移到Windows环境中。一旦各种host操作系统下的VirtualBox安装完毕，其它过程就都一样了。
开始安装前，我们需要先下载Ubuntu和VirtualBox。
下载Ubuntu桌面磁盘镜像
打开Web浏览器，导航到Ubuntu 桌面主页，然后选择Ubuntu 13.04：
下载Ubuntu13.04（64位（如适用））
你会被问及是否愿意捐赠一些money，不过这个是可选的。进入下载页面后选择Ubuntu 13.04。你需要选择是否要下载32位或64位版本。很可能你是64位系统，但如果你有疑问，那么选择32位。在Mac OSX系统上，Ubuntu桌面ISO磁盘镜像将保存到Downloads目录下。安装VirtualBox后我们就要用到它了。
下载和安装VirtualBox
现在，我们已经下载了Ubuntu ，接下来需要去获取最新版本的Oracle的VirtualBox软件。点击这里访问该网站，选择你的特定主机的版本（本教程要求Mac OSX版本）
Oracle VirtualBox下载页面
一旦文件下载完毕，我们点击安装包图标运行（Windows上会有些不同，但是类似）：
双击安装包图标，安装VirtualBox
打开后，按照安装说明操作，保持默认（除非你觉得有必要修改他们！）。VirtualBox安装完毕后，可从Applications文件夹中打开（可通过Finder搜索到）。VirtualBox运行过程中它的图标将出现在下面的Dock栏里,如果你以后想经常以虚拟机方式使用Ubuntu,你可以将VirtualBox图标永久保存在Dock栏中:
还没有磁盘镜像的VirtualBox
点击“新建”（类似齿轮的图标）,创建一个新的“virtual box”(例如，虚拟操作系统),命名为"Ubuntu Desktop 13.04 Algorithmic Trading"(你可以使用别的类似的描述):
命名我们的新虚拟环境
分配虚拟机内存.因为是测试系统,所以我只分配了512Mb.一个实际的backtesting引擎因为效率原因可能需要本地安装(因此需分配多的多的内存):
选择虚拟磁盘的RAM量
创建虚拟硬盘,大小为推荐的8Gb,动态生成VirtualBox磁盘镜像,名字同上:
选择镜像所使用的硬盘类型
完整系统的详细信息如下:
已经创建的虚拟镜像
现在我们需要在VirtualBox中为新的磁盘镜像包含一个虚拟的'CD驱动器',这样就可以假装从这张光盘驱动器引导我们的Ubuntu磁盘镜像。在Settings里点击“Storage”选项卡，并添加一个磁盘。选择Downloads目录下的Ubuntu磁盘镜像ISO文件（或者其他你下载Ubuntu的目录），选择Ubuntu ISO镜像，并保存设置。
在第一次启动时选择Ubuntu桌面ISO
一切就绪，准备启动Ubuntu镜像并安装。点击“Start”，当出现主机捕获鼠标或键盘消息时点击“Ok”。在我的Mac OSX系统中，主机捕获键是左边的Cmd键（即左Apple键）。现在出现在你眼前的就是Ubuntu桌面安装界面，点击“Install Ubuntu”：
点击 "Install Ubuntu "开始安装
确保勾选两个框，安装专有的MP3和Wi-Fi驱动程序：
安装MP3和Wi-Fi的专用驱动程序
现在，您将看到一个界面，询问你想如何保存操作系统创建过程中的的数据。不要惊慌于“Erase Disk and Install Ubuntu”的选项。这并不意味着它会删除你的普通硬盘！它实际上指的是运行Ubuntu的虚拟磁盘，这是安全擦除（反正里面没有什么内容，因为是我们刚刚创建的）。继续进行安装，将出现询问位置的界面，随后，又将出现选择键盘布局的界面：
选择您所在的地理位置
输入您的用户凭据，请务必记住您的密码，以后安装软件包的时候需要它：
输入您的用户名和密码（此密码是管理员密码）
现在， Ubuntu将安装文件。它应该是比较快的，因为它是从硬盘复制到硬盘！完成后VirtualBox将重启。如果不自行重启，你可以去菜单强制重启。接下来将回到Ubuntu的登录界面：
Ubuntu桌面登录界面
用您的用户名和密码登录，你将看到闪亮的新的Ubuntu桌面：
Ubuntu桌面登录后的整体界面
最后需要做的事是点击火狐图标，通过访问一个网站（我选择QuantStart.com，有意思吧！），来测试互联网/网络功能正常：
*Ubuntu中的火狐浏览器
现在Ubuntu桌面已经安装完毕，接下来，我们就可以开始安装算法交易研究环境软件包。
在Ubuntu上安装Python研究环境软件包
点击左上角的搜索按钮，在输入框里输入“Terminal”，弹出命令行界面。双击终端图标启动终端：
*Ubuntu中的终端界面
所有后续的命令都在此终端输入。
任何崭新的Ubuntu Linux系统上做的第一件事就是更新和升级软件包。前者告诉Ubuntu可用的新软件包有哪些，后者用新版的软件包替换旧版的。运行下列命令（你将被提示输入您的密码） ：
sudo apt-get -y update
sudo apt-get -y upgrade
-y前缀告诉Ubuntu接受所有回答“是/否”的问题为'是'。 “sudo”是一个Ubuntu/Debian Linux的命令，允许以管理员权限执行其他命令。由于我们将在站点范围安装软件包，我们需要机器的root权限，因此必须使用'sudo'
你可能会在这里得到一个错误消息：
E: Could not get lock /var/lib/dpkg/lock - open (11: Resource temporarily unavailable)
为了解决这个问题，再次运行"sudo apt-get -y update"或者它不起作用，你可以在该站点(http://penreturns.rc.my/2012/02/could-not-get-lock-varlibaptlistslock.html)上查看是否有其他的命令。
一旦这两个更新命令成功执行，接下来我们需要安装Python，NumPy/SciPy，matplotlib，pandas，scikit-learn和IPython。我们将从Python开发包和编译器开始安装，编译器将在编译所有软件的时候用到：
sudo apt-get install python-pip python-dev python2.7-dev build-essential liblapack-dev libblas-dev
一旦必要的软件包已安装，我们就可以通过pip，即Python包管理器，安装NumPy。pip将下载NumPy的zip包，然后从源代码编译。请记住，编译需要花费一些时间，大概10-20分钟！
sudo pip install numpy
NumPy安装完了后,我们需要在继续之前检查它是否可用。如果你仔细看终端，你会发现计算机名后面跟了你的用户名。比如我的是mhallsmoore@algobox，随后是提示符。在提示符下键入python，然后试着导入NumPy。我们将计算一个列表的平均值,以测试NumPy是否可用:
mhallsmoore@algobox:~$ python
Python 2.7.4 (default, Sep 26 2013, 03:20:26)
[GCC 4.7.3] on linux2
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>> import numpy
>>> from numpy import mean
>>> mean([1,2,3])
2.0
>>> exit()
现在，我们已成功安装NumPy，接下来要安装Python的科学库,即SciPy。然而，它有一些依赖的软件包，包括ATLAS库和GNU Fortran编译器：
sudo apt-get install libatlas-base-dev gfortran
现在,我们将通过pip安装SciPy.这将需要相当长的时间（约20分钟，这取决于你的电脑），所以也许你可以去喝杯咖啡先：
sudo pip install scipy
唷！现在已安装SciPy。让我们通过计算一个整数列表的标准差来测试SciPy是否可以正常使用：
mhallsmoore@algobox:~$ python
Python 2.7.4 (default, Sep 26 2013, 03:20:26)
[GCC 4.7.3] on linux2
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>> import scipy
>>> from scipy import std
>>> std([1,2,3])
0.81649658092772603
>>> exit()
接下来我们需要安装matplotlib的依赖包，Python的图形库。 由于matplotlib是一个Python包，无法使用pip去安装以下PNG，JPEG文件和FreeType字体库相关的库，所以我们需要Ubuntu为我们安装：
sudo apt-get install libpng-dev libjpeg8-dev libfreetype6-dev
现在我们可以安装matplotlib了:
sudo pip install matplotlib
我们将安装数据分析和机器学习库,pandas和scikit-learn.这步不需要安装额外的依赖库, 因为NumPy和SciPy已经将依赖都覆盖了.
sudo pip install -U scikit-learn
sudo pip install pandas
我需要测试scikit-learn:
mhallsmoore@algobox:~$ python
Python 2.7.4 (default, Sep 26 2013, 03:20:26)
[GCC 4.7.3] on linux2
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>> from sklearn load datasets
>>> iris = datasets.load_iris()
>>> iris
..
..
'petal width (cm)']}
>>>
另外,我们需要测试pandas:
>>> from pandas import DataFrame
>>> pd = DataFrame()
>>> pd
Empty DataFrame
Columns: []
Index: []
>>> exit()
最后, 我们需要安装IPython.这是一个交互式的Python解释器，它相比标准的Python控制台，提供了一个更精简的工作流。在以后的教程中，我将讲述IPython在算法交易开发中的完整用途：
sudo pip install ipython
虽然IPython本身已经相当有用，它通过包含qtconsole可以有更强大的能力,qtconsole提供了内联matplotlib可视化的能力。尽管如此，它需要多一点点的工作以使它启动和运行。
首先，我们需要安装Qt库。对于这一点，你可能需要更新你的软件包（我做了！）：
sudo apt-get update
现在我们可以安装Qt了:
sudo apt-get install libqt4-core libqt4-gui libqt4-dev
qtconsole有一些附加的包,即ZMQ和Pygments库:
sudo apt-get install libzmq-dev
sudo pip install pyzmq
sudo pip install pygments
最后我们准备启动带有qtconsole的IPython:
ipython qtconsole --pylab=inline
然后我们可以做一个图（非常简单的！）, 键入下列命令（我已经包含了IPython编号的输入/输出,你不需要再输入）：
In [1]: x=np.array([1,2,3])
In [2]: plot(x)
Out[2]: [<matplotlib.lines.Line2D at 0x392a1d0>]
这将产生以下内嵌图表：
带有qtconsole的IPython显示一幅内嵌的图表
这就是它的安装过程。现在，我们手头就有一个非常强大的，高效和互动的算法交易的科研环境。我会在后续的文章中详细介绍如何结合IPython,matplotlib,pandas和scikit-learn,以一种直观的方式, 成功地研究和回溯测试量化交易策略。
译者：coolpigs 校对：jasminepeng