Python 编程环境重新构建

虽然日常工作里做Web开发比较多，一般都是全套JS/TS解决问题，但偶尔也会有用到Python的场景，如涉及到数据分析、科学计算和机器学习等领域，Python往往是绕不开的，也会在特定领域用Python去展开一些后端或者RPC的开发。

但是好巧不巧，现在我的工作电脑上Python的环境可以说是一塌糊涂，版本和依赖都很混乱。为此，我打算好好地整理一下我的Python使用流程和环境，打造一个干净快速的开发环境。

这篇博客主要记录我折腾和理解Python环境的过程，主要有两项工作

从零开始构建面向PyQt5的Python环境
重新整理已有的混乱Python环境，并重建conda+pytorch+cuda工作环境

解决方案总结

🌟全局只使用一个Python（winget官方源），使用miniconda管理多个Python环境

默认环境变量中只留下一个Python（winget-ms-store源），使用Windows Store安装，保持最新同步，不做虚拟环境管理，使用一个共享环境来满足简单开发需求（路径为：~/AppData/Local/Microsoft/WindowsApps/python.exe）
使用miniconda来管理虚拟环境，满足特定环境开发需求，如机器学习、Qt开发等
- 相较于之前的环境，现在的全局变量不再包含conda的Python路径，而只包含必要的Scripts，在默认Shell中只能操作conda而不能使用其他Python版本
- 使用专门的Anaconda Prompt终端来使用conda的虚拟环境，切换Python和pip版本等
- 在VS Code中使用自带的解释器选择来切换虚拟环境。由于Conda的虚拟环境切换是物理路径隔离，因此Code Runner使用$pythonPath -u $fullFileName 配置即可
- 使用miniconda来替换anaconda是因为我只对conda的管理功能有需求，其它科学计算库我更倾向于按需引入

conda的使用

conda是一个包管理器，也提供虚拟环境管理功能，这二者也是我们使用conda的重要原因。

conda相比pip它使用自建的源提供软件包（这也是很多软件找不到的原因），而不像pip只提供一个指向SourceForge的链接
注：在环境变量正常的情况下，激活虚拟环境后可以使用指定环境的pip
conda支持所有语言编写的二进制软件包，不像pip只提供Python软件包（虽然pip也支持安装二进制wheel）
conda的虚拟环境管理相比venv更完善、更好用

anaconda和miniconda

在conda之上，我们有两个“分支”都可以获取conda本体：

anaconda：包含了所有科学运算需要的包和conda，一个大而全的Python科学运算库，适合不专精开发的数据科学研究者
miniconda：仅包含conda, python和一些必须的依赖，其他科学运算库需要按需引入，一个小而美的Python解决方案，适合喜欢自定义的开发者

这里由于我的需求并不需要anaconda的全部库，选择了miniconda。

终端配置

终端美化方面请移步：终端解决方案

使用conda init <shell> 可以为指定Shell注入conda-hooks，启用虚拟环境能力

🌟不推荐在日用Shell中启用，这就是我Powershell卡的罪魁祸首

直接在Powershell中使用Conda

现在的conda在安装时不再建议添加环境变量，而是使用专门的Anaconda Prompt（即专门的Shell）来操作。

Not recommended.Instead,open Anaconda with the Windows Start menu and select “Anaconda (64-bit).This add to “PATH” option makes Anaconda get found before previously installed software,but may cause problems requiring you to uninstall and reinstall Anaconda.

我本来不理解，直到配置了新电脑发现我的老电脑的Powershell启动奇慢无比，才开始找原因。

环境变量（PATH）

如果不将conda的相关路径添加到环境变量，如下图的四项所示（其实GCC那项如果你已经安装了其他GCC就不用了），你就不能在Anaconda Prompt以外的地方（如Powershell）中使用conda命令。

这不会对你的性能产生什么影响，如果你没有程序不兼容的话可以添加，比较方便。

这里个人推荐只添加$CONDA/Library/bin和$CONDA/Library/usr/bin两个目录到PATH中，而不要添加根目录（包含Python），这样就可以使用conda功能而不破坏全局Python版本管理。

自动激活`base`环境

运行conda init powershell会在你的用户目录$PROFILE生成一个profile.ps1，里面的内容如下，而这个就是我Powershell启动慢的罪魁祸首：

#region conda initialize
# !! Contents within this block are managed by 'conda init' !!
If (Test-Path "C:\Users\kirito\anaconda3\Scripts\conda.exe") {
    (& "C:\Users\kirito\anaconda3\Scripts\conda.exe" "shell.powershell" "hook") | Out-String | ?{$_} | Invoke-Expression
}
#endregion

性能对比如下，可以说是立竿见影：

🚦如果你没有频繁调试Python的需求，请不要将这个profile.ps1设为常加载项，即使你使用conda config --set auto_activate_base false取消了自动激活base环境，它也会执行上述检查路径的过程拖慢启动。

conda的常用指令

虚拟环境相关

conda create -n <name> python=<version> 创建一个虚拟环境并指定版本
conda activate <name> 激活虚拟环境
conda deactivate 退出当前虚拟环境，回到base环境
conda env info 查看当前虚拟环境信息
conda env list列出所有虚拟环境
conda env remove -n <name>移除一个虚拟环境（并删除其依赖）
conda env export > env.yaml 导出当前虚拟环境配置
conda create -f <config> 从配置文件复制虚拟环境

包管理相关

conda update -n <env> <pkg> 更新依赖
- <env> 可以不指定，默认更新base环境（或当前环境）
- <pkg> 可以指定为conda或anaconda来更新自身
conda install -n <env> <pkg> -c <channel> 安装依赖
- <env> 可以不指定，默认更新base环境（或当前环境）
- <pkg>** 可以指定为Python，为当前环境安装自己的Python，否则将使用环境变量中的Python**

使用mamba改进conda

conda虽然有着优秀的科学计算环境和虚拟环境管理，但其令人诟病的依赖解析速度 ~~（永远在solving）~~ 和单线程下载不禁让人想起隔壁的难兄难弟npm。

mamba为了改写conda下载慢的局面应运而生了，主打下面这些特性：

conda无缝替换为mamba（drop-in alternative），可以用mamba来执行任何conda指令，包括安装依赖和虚拟环境
使用多线程并行加速下载
使用libsolv 加速依赖解析
核心部分是通过C++实现，以获得最大执行效率

安装mamba的指令

$ conda install -c conda-forge mamba

安装完成后飞速体验了下，确实起飞

使用mamba 安装pytorch：

# 创建并激活虚拟环境
$ mamba create -n pytorch python=3.9
$ mamba activate pytorch
# 使用官方推荐的安装方式
$ mamba install pytorch torchvision torchaudio pytorch-cuda=11.8 -c pytorch -c nvidia

可以看到1.5GB的文件相较于mamba的速度可以说是直接起飞，限制你的只有网速和防火墙。

由于我之前安装好了cuda11.8和对应的cudnn，这里直接展示结果（也可以看到mamba全新安装pytorch居然只用了10分钟）：

重新构建Pytorch生产环境

由于之前Winget手贱更新Conda的时候不小心把我之前辛苦配好的环境卸载了，当时安装的时候就挺痛苦的，半天都启用不了cuda。

半年后的今天我再来捋一捋这个环境依赖的逻辑，看看能不能跑通。

使用环境：miniconda+mamba

安装cuda

如果你不是N卡用户或者只想使用CPU请跳过这部分

首先确保你正确安装了显卡驱动，在Shell中运行nvidia-smi 查看显卡信息，可以看到我的cuda版本是12.0

根据cuda版本在官网中下载对应版本的CUDA Toolkit，版本要求是不高于自身GPU版本的Pytorch最高支持版本
- 个人实测cuda本身是向下兼容的，即GPU支持更低版本的cuda，如我的就支持18
- pytorch目前只官方支持到cuda18，但社区表示是向上兼容的，即pytorch的cuda18支持Toolkit 的20+
根据Toolkit版本去官网下载安装cudnn，压缩包解压后放进Cuda Toolkit安装目录的对应文件夹里

检查安装，Shell运行nvcc -V

安装Pytorch

访问Pytorch官网获取你的平台的安装代码：

我的平台安装代码如下（我使用mamba替代conda加快了安装进程）

# 创建并激活虚拟环境
$ mamba create -n pytorch python=3.9
$ mamba activate pytorch
# 使用官方推荐的安装方式
$ mamba install pytorch torchvision torchaudio pytorch-cuda=11.8 -c pytorch -c nvidia