Jupyter Notebook入門

原文轉載：https://zhuanlan.zhihu.com/p/33105153

https://blog.csdn.net/guleileo/article/details/80490921

一、運行jupyter notebook

0、獲取幫助

如果你有任何jupyter notebook命令的疑問，可以考慮查看官方幫助文檔，命令如下：

jupyter notebook --help
或

jupyter notebook -h

 1. 啟動

① 默認端口啟動

在終端中輸入以下命令：

jupyter notebook

執行命令后，會在終端顯示一系列的notebook的服務信息，同時瀏覽器會打開自動啟動jupyter notebook

啟動過程中終端會顯示如下內容：

C:\Users\24414>jupyter notebook
[I 11:12:47.948 NotebookApp] Serving notebooks from local directory: C:\Users\24414
[I 11:12:47.948 NotebookApp] 0 active kernels
[I 11:12:47.948 NotebookApp] The Jupyter Notebook is running at: http://localhost:8888/?token=6a17980cd4bfa0af7be412e76afdc190da6a16b38bbfb67c
[I 11:12:47.949 NotebookApp] Use Control-C to stop this server and shut down all kernels (twice to skip confirmation).
[C 11:12:47.957 NotebookApp]

    Copy/paste this URL into your browser when you connect for the first time,
    to login with a token:
        http://localhost:8888/?token=6a17980cd4bfa0af7be412e76afdc190da6a16b38bbfb67c
[I 11:12:48.185 NotebookApp] Accepting one-time-token-authenticated connection from ::1

 

• 注意：之后在Jupyter Notebook的所有操作，都請保持終端不要關閉，因為一旦關閉終端，就會斷開與本地服務器的鏈接，你將無法在Jupyter Notebook中進行其他操作啦。

瀏覽器地址欄中默認地將會顯示：http://localhost:8888。其中，“localhost”指的是本機，“8888”則是端口號。

 

 

如果你同時啟動了多個Jupyter Notebook，由於默認端口“8888”被占用，因此地址欄中的數字將從“8888”起，每多啟動一個Jupyter Notebook數字就加1，如“8889”、“8890”

 

 

② 指定端口啟動

如果你想自定義端口號來啟動Jupyter Notebook，可以在終端中輸入以下命令：

jupyter notebook --port <port_number>

 

其中，“<port_number>”是自定義端口號，直接以數字的形式寫在命令當中，數字兩邊不加尖括號“<>”。如：jupyter notebook --port 9999，即在端口號為“9999”的服務器啟動Jupyter Notebook。

③ 啟動服務器但不打開瀏覽器

如果你只是想啟動Jupyter Notebook的服務器但不打算立刻進入到主頁面，那么就無需立刻啟動瀏覽器。在終端中輸入：

jupyter notebook --no-browser

 

此時，將會在終端顯示啟動的服務器信息，並在服務器啟動之后，顯示出打開瀏覽器頁面的鏈接。當你需要啟動瀏覽器頁面時，只需要復制鏈接，並粘貼在瀏覽器的地址欄中，輕按回車變轉到了你的Jupyter Notebook頁面。

2、主頁面

① 主頁面內容

當執行完啟動命令之后，瀏覽器將會進入到Notebook的主頁面，如下圖所示。展示內容為你的電腦：C:\Users\<username>路徑下的文件,對於我的電腦路徑為C:\Users\24414

 

 

 

② 設置Jupyter Notebook文件存放位置

如果你不想把今后在Jupyter Notebook中編寫的所有文檔都直接保存在家目錄下，那你需要修改Jupyter Notebook的文件存放路徑。

首先我們創建一個文件夾，記住文件路徑。例如我在路徑：E:\jupyter_file 創建了一個jupyter_file的文件夾

 

 然后修改默認存儲路徑：

• 　　菜單中打開Anaconda Prompt，
• 　　輸入命令 jupyter notebook --generate-config

• 　　根據上面運行處的路徑打開C:\Users\24414\.jupyter文件（只有執行上一步后才會生成jupyter_notebook_config.py文件）
• 　　找到#c.NotebookApp.notebook_dir = ''，去掉該行前面的“#”，在打算存放文件的位置先新建一個文件夾（很重要），然后將新的路徑設置在單引號中，保存配置文件

• 　　在開始菜單找到“Jupyte Notebook”快捷鍵，鼠標右擊 -- 更多 -- 打開文件位置
• 　　找到對應的“Jupyte Notebook”快捷鍵，鼠標右擊 -- 屬性 -- 目標，去掉后面的 "%USERPROFILE%/"（很重要），然后點擊“應用”，“確定”

• 　　重新啟動Jupyte Notebook即可，我們可以看到一個干凈的主頁

二、Jupyter Notebook的基本使用

1. Files頁面

 Notebook 打開后，你會在頂部看到三個選項卡：Files（文件），Running（運行）和 Clusters（集群）。Files 基本上列出了所有的文件，Running 顯示你當前已經打開的終端和Notebooks，Clusters 由 IPython parallel 包提供，用於並行計算。

要打開一個新的 Jupyter Notebook，請單擊頁面右側的“New”選項卡。在這里，你有四個選項可供選擇：

⦁ Python 3

⦁ Text File (文本文件)

⦁ Folder (文件夾)

⦁ Terminal (終端)

在 "Text File" 選項中，你會得到一個空白的文檔。輸入你喜歡的任何字母，單詞和數字。它基本上是一個文本編輯器（類似於 Ubuntu 上的應用程序）。你也可以選擇一種語言（支持非常多的語言），然后用該語言來寫一個腳本。你還可以查找和替換文件中的單詞。

在 "Folder" 選項中， 顧名思義它的功能就是創建文件夾。你可以創建一個新文件夾來放入文件，重新命名或者刪除它。

"Terminal" 的工作方式與你的 Mac 電腦或 Linux 電腦上的終端完全相同（或者 Windows 上的 cmd ）。它在你的Web瀏覽器中支持終端會話。在這個終端中輸入 python ，瞧！現在你已經可以開始寫 python 腳本了。

2、我們將重點介紹 Notebooks

從“New”選項中選擇 "Python 3" 選項。你會看到如下的截圖：

在下拉菜單中（如上所示），你有四個選項：

• Code - 這是你輸入代碼的地方

• Markdown - 這是你輸入文本的地方。你可以在運行代碼后添加結論，添加注釋等。

• Raw NBConvert - 這是一個命令行工具，可將你的筆記本轉換為另一種格式（如 HTML）

• Heading - 你可以將標題添加到單獨的小節並使你的 Notebook 看起來干凈整潔。這個選項現在已經集成到 Markdown 選項中。添加一個“##”，以確保在你之后輸入的內容將被視為標題

3、使用 Magic Functions

Jupyter NoteBook 是功能強大的Python交互IDE，深受數據分析師和算法工程師的熱愛。Jupyter NoteBook 在綜合使用文字、代碼、圖片等多種元素展示設計者的想法方面有着美妙的用戶體驗。而其自帶的一些常用Magic Command 可以讓它變得更加得心應手。

magic函數主要包含兩大類，一類是行魔法（Line magic）前綴為%，一類是單元魔法(Cell magic)前綴為%%； 

　　 Line-wise 是當你想要執行一個單行命令的時候使用，而 Cell-wise 是你想要執行的命令不僅僅是一行，而是整個單元格中的整個代碼塊時使用

最常用的魔法函數有以下幾個（（注意：通常不需要輸入“％”，因為通常 Automagic 是默認打開的））：

3.1、%lsmagic #打印當前可以用的魔法命令，當我們想使用一個魔法命令，而不知怎么拼寫函數名時，可以使用%lsmagic來查詢；

 

 

 3.2、%魔法命令+？顯示魔法命令的說明 Docstring

3.3、%matplotlib inline #使用matplotlib畫圖時，圖片嵌入在jupyter notebook里面，不以單獨窗口顯示

 

 

 3.4、%timeit 行計時  %%timeit代碼塊計時 #為代碼執行計時

 

 

 3.5、%%writefile  #后面緊接着一個file_name.py,表示在jupyter notebook里面創建一個py文件，后面cell里面的內容為py文件內容

%%writefile test_peace.py
import numpy as np
print(np.random.randint(1,5))

在當前路徑下會生成一個test_peace.py的文件，內容就是cell里面的內容

Writing test_peace.py

 

3.6、%pwd #和linux一樣，查找當前目錄

 

 

 

 

 

3.7、%cd #更改當前目錄

%cd ../

操作起來和Linux,Unix系統的文件操作差不多

/home/hanxiaoyang/ml_jxy5/0.Teacher

3.8、%cp #復制文件

%cp test_peace.py test_load.py

 

3.9、%whos #查看當前變量,類型，信息

 

 

3.10、%reset #清除變量

%reset
>>>
%whos
Interactive namespace is empty.

 

 前面定義的變量就已經全部被清除了

3.11、%del #清除某一個變量

3.12、%load #加載一個文件里面的內容

 

 

*4、不僅限於 Python - 在 Notebooks 中使用 R，Julia 和JavaScript

 

Notebooks 的魔術並不止於此。你甚至可以在 Notebooks 中使用其他語言，如 R，Julia，JavaScrip t等。我個人喜歡 R 中的 ggplot2 軟件包，因此使用 Notebooks 來進行探索性數據分析非常方便。

要在 Jupyter 中啟用 R，你需要 GitHub上提供的 IRKernel（ R 的專用內核）。這里有一份詳細的指南（地址：https://discuss.analyticsvidhya.com/t/how-to-run-r-on-jupyter-ipython-notebooks/5512），總共需要八個步驟，還有截圖來引導你一步一步進行操作。

如果你是 Julia 用戶，你也可以在 Jupyter Notebooks 中使用它！查看這篇詳盡的文章（地址：https://discuss.analyticsvidhya.com/t/how-to-run-r-on-jupyter-ipython-notebooks/5512），它重點介紹了 Julia 用戶如何學習數據科學，並包括了一章節介紹如何在 Jupyter 環境中使用 Julia。

如果你更喜歡使用 JavaScript，我推薦使用 IJavascript 內核。查看這個 GitHub 庫（地址：https://github.com/n-riesco/ijavascript），它會引導你在不同操作系統上安裝此內核。 請注意，你需要先安裝 Node.js 和 npm 才能使用它。

*5、Jupyter Notebooks 中的交互式命令板

在開始添加小插件（widget）之前，你需要導入 widgets 包：

from ipywidgets import widgets

 

小插件的基本類型是典型的文本輸入框和按鈕。請參閱以下來自Dominodatalab 的示例，了解一下交互式小插件是怎么使用的：

 

 你可以在這里（地址：https://blog.dominodatalab.com/interactive-dashboards-in-jupyter/）查看詳盡的開發指南。

 

 6、鍵盤快捷鍵——節省時間並提高效率！

快捷鍵是 Jupyter Notebooks 最好用的功能之一。當你想運行任何代碼塊時，你只需要按下Ctrl + Enter 即可。Jupyter Notebooks 提供的鍵盤快捷鍵非常多，為我們節省了大量時間。

以下是我們挑選的一些快捷鍵，你在開始使用 Notebooks 時會經常用到這些快捷鍵。我強烈建議你閱讀這些內容的時候一個一個地嘗試一下這些快捷鍵。

Jupyter Notebook 提供了兩種不同的鍵盤輸入模式 - 命令和編輯。

命令模式將鍵盤與 Notebook 命令綁定，並由具有藍色左邊距的帶有灰色單元格邊框來表示。編輯模式允許你將文本（或代碼）輸入活動單元格，並以綠色單元格邊框表示。

 

 使用 Esc 和 Enter 在命令和編輯模式之間跳轉

一旦進入命令模式（即沒有活動單元格），就可以嘗試以下快捷鍵：

• A 鍵將在選中單元格上方插入新單元格，B 鍵將在選中單元格下方插入一個單元格

• 要刪除單元格，請連續按兩次 D 鍵

• 要撤消已刪除的單元格，請按 Z 鍵

• Y 鍵將當前的選中單元格變成代碼單元格

• 按住 Shift + 向上或向下箭頭鍵可以選擇多個單元格。在多選模式下，按 Shift + M 會合並選中的單元格

• F 鍵會彈出 “查找和替換” 菜單

處於編輯模式時（在命令模式下按 Enter 鍵進入編輯模式），你會發現以下快捷鍵非常好用：

• Ctrl + Home 轉到單元格的開頭

• Ctrl + S 會保存你的工作

• 和上面提過的一樣，Ctrl + Enter 將運行你的整個單元格

• Alt + Enter 不僅會運行你的單元格，它還會在下方添加一個新的單元格

• Ctrl + Shift + F 打開命令選項板

要查看整個鍵盤快捷鍵列表，請在命令模式下按 H 或轉到 Help 菜單欄下的 Keyboard shortcuts。請經常檢查這些內容，因為經常會有新的快捷鍵被加進來。

7、有用的 Jupyter Notebooks 擴展

擴展可以有效提高你的 Jupyter Notebooks 的生產力。安裝和使用擴展的最佳工具之一是 Nbextensions。它需要兩個簡單的步驟來安裝（也有其他方法，但我發現這是最方便的）：

第1步：用 pip 來安裝它：

pip install jupyter_contrib_nbextensions

 

第2步：安裝關聯的 JavaScript 和 CSS 文件：

jupyter contrib nbextension install --user

 

 完成此操作后，你會在 Jupyter Notebook 主頁頂部看到一個 Nbextensions 選項卡。這里面有很多非常棒的擴展供你使用。

 

 

 要啟用一個擴展，只需點擊它來激活。我在下面提到了4個我認為最有用的擴展：

• Code prettify：重新格式化和美化代碼塊的內容。

• Printview：這個擴展添加了一個工具欄按鈕來調用當前 Notebook 的 jupyter nbconvert，並可選擇在新的瀏覽器標簽中顯示轉換后的文件。

• Scratchpad：這個擴展增加一個便捷單元格，它可以讓你運行你的代碼而不必修改你的 Notebook。這是一個非常方便的擴展，特別是當你想要測試你的代碼，但不想在你的活動Notebook上做這件事。

• Table of Contents (2)：這個擴展可以收集你的 Notebook 中的所有標題，並將它們顯示在一個浮動窗口中。

這些只是你可以使用的其中一些擴展。我強烈建議查看整個擴展列表並對它們進行測試。

8、保存和共享你的 Notebook

這是 Jupyter Notebook 中最重要和最棒的功能之一。當我需要寫博客文章，但我的代碼和注釋都保存在 Jupyter 文件中時，我需要先將它們轉換為另一種格式。請記住，這些 Notebooks 采用 json 格式，在共享它時這並不是很有幫助。我無法在電子郵件或博客上發布不同的單元格或代碼塊，對吧？

進入 Files 菜單，你會看到一個 Download As 選項：

 

 

你可以將你的 Notebook 保存為 7 個選項中的任何一個。最常用的是 .ipynb 文件，這樣其他人就可以在自己的機器上復制代碼；或者保存為 .html 文件， 這樣會打開一個網頁（當你想要保存嵌入在 Notebook 中的圖像時，這會派上用場）。

你也可以使用 nbconvert 選項手動將你的 Notebook 轉換為不同的格式，如 HTML 或 PDF。 

你還可以使用 jupyterhub，它允許你在其服務器上托管 Notebooks 並與多個用戶共享。許多頂尖的研究項目都使用這個功能用於協作。

 

*9、JupyterLab

JupyterLab 於今年 2 月推出，它允許以更靈活和更強大的方式處理項目，但使用的是和 Jupyter Notebooks 相同的組件。JupyterLab 環境與 Jupyter Notebooks 完全相同，但用戶會有更高效的體驗。

在 JupyterLab 中，你只需一個窗口即可安排 Notebook 的工作區域、終端、文本文件和輸出！你要做的僅僅是將單元格拖放到你想要的位置。你還可以通過實時預覽功能來編輯常用文件格式，如 Markdown、CSV 和 JSON，以便在實際文件中實時查看所發生的變化。

如果你想在你的機器上試用它，你可以在這里查看安裝說明（地址：http://jupyterlab.readthedocs.io/en/stable/getting_started/installation.html）。 開發人員的目標是  JupyterLab 最終可以取代 Jupyter Notebooks。但是，要做到這一點還要花點時間。

10、最佳實踐

 

雖然單獨工作可能很有趣， 但大多數時候你會發現自己是在一個團隊中工作。在這種情況下，遵循指導方針和最佳實踐非常重要，這樣可以確保你的代碼和 Jupyter Notebooks 被正確標注，以便與你的團隊成員保持一致。下面我列出了一些最佳實踐指南，你在 Jupyter Notebooks 上工作時一定要遵循以下指南：

 

• 對於任何程序員來說最重要的事情之一：始終確保為代碼添加合適的注釋！

• 確保你有代碼所需的文檔。

• 考慮一個命名方案，並堅持在所有代碼中使用以確保一致性。這樣其他人更容易讀懂你的代碼。

• 無論你需要什么庫，在 Notebooks 開始時導入它們（並在它們旁邊添加注釋，說明導入它們的目的）。

• 確保代碼中行與行之間有適當間隔，不要把循環和函數放在同一行中。

• 有時候你會發現你的文件變得非常繁重。看看有沒有方法隱藏你認為對於以后參考不太重要的代碼。 Notebooks 看起來整潔干凈， 讓人賞心悅目也非常重要。

• Matplotlib 可以很漂亮整潔地展示你的 Notebook，看看怎么使用它！

  地址：http://nbviewer.jupyter.org/github/jrjohansson/scientific-python-lectures/blob/master/Lecture-4-Matplotlib.ipynb

另一個提示！ 當你想創建演示文稿時，首先想到的工具是 PowerPoint 和 Google Slides。其實你的 Jupyter Notebooks 也可以創建幻燈片！還記得我說它超級靈活嗎？ 我一點都沒有誇大。

要將你的 Notebooks 轉換為幻燈片，請轉到  View -> Cell Toolbar，然后單擊 Slideshow。看！現在，每個代碼塊都在右側顯示一個 Slide Type 的下拉選項。它提供了以下 5 個選項：

 

好好試一試每一個選項以更好地理解它，它會改變你呈現你的代碼的方式！

 

11、結語

請注意，這篇文章並沒有詳盡列出 Jupyter Notebooks 提供的所有功能。還有更多的功能等着你在使用中挖掘。和其他很多事情一樣，關鍵在於實踐。

最后分享一個 GitHub 庫（地址：https://github.com/jupyter/jupyter/wiki/A-gallery-of-interesting-Jupyter-Notebooks），里面有很多有用的內容。