Jupyter Notebook入门

原文转载：https://zhuanlan.zhihu.com/p/33105153

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

一、运行jupyter notebook

0、获取帮助

如果你有任何jupyter notebook命令的疑问，可以考虑查看官方帮助文档，命令如下：

jupyter notebook --help
或

jupyter notebook -h

 1. 启动

① 默认端口启动

在终端中输入以下命令：

jupyter notebook

执行命令后，会在终端显示一系列的notebook的服务信息，同时浏览器会打开自动启动jupyter notebook

启动过程中终端会显示如下内容：

C:Users24414>jupyter notebook
[I 11:12:47.948 NotebookApp] Serving notebooks from local directory: C:Users24414
[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，都请保持终端不要关闭，因为一旦关闭终端，就会断开与本地服务器的链接，你将无法在Jupyter Notebook中进行其他操作啦。

浏览器地址栏中默认地将会显示：http://localhost:8888。其中，“localhost”指的是本机，“8888”则是端口号。

如果你同时启动了多个Jupyter Notebook，由于默认端口“8888”被占用，因此地址栏中的数字将从“8888”起，每多启动一个Jupyter Notebook数字就加1，如“8889”、“8890”

② 指定端口启动

如果你想自定义端口号来启动Jupyter Notebook，可以在终端中输入以下命令：

jupyter notebook --port <port_number>

其中，“<port_number>”是自定义端口号，直接以数字的形式写在命令当中，数字两边不加尖括号“<>”。如：jupyter notebook --port 9999，即在端口号为“9999”的服务器启动Jupyter Notebook。

③ 启动服务器但不打开浏览器

如果你只是想启动Jupyter Notebook的服务器但不打算立刻进入到主页面，那么就无需立刻启动浏览器。在终端中输入：

jupyter notebook --no-browser

此时，将会在终端显示启动的服务器信息，并在服务器启动之后，显示出打开浏览器页面的链接。当你需要启动浏览器页面时，只需要复制链接，并粘贴在浏览器的地址栏中，轻按回车变转到了你的Jupyter Notebook页面。

2、主页面

① 主页面内容

当执行完启动命令之后，浏览器将会进入到Notebook的主页面，如下图所示。展示内容为你的电脑：C:Users<username>路径下的文件,对于我的电脑路径为C:Users24414

② 设置Jupyter Notebook文件存放位置

如果你不想把今后在Jupyter Notebook中编写的所有文档都直接保存在家目录下，那你需要修改Jupyter Notebook的文件存放路径。

首先我们创建一个文件夹，记住文件路径。例如我在路径：E:jupyter_file 创建了一个jupyter_file的文件夹

 然后修改默认存储路径：

• 　　菜单中打开Anaconda Prompt，
• 　　输入命令 jupyter notebook --generate-config

• 　　根据上面运行处的路径打开C:Users24414.jupyter文件（只有执行上一步后才会生成jupyter_notebook_config.py文件）
• 　　找到#c.NotebookApp.notebook_dir = ''，去掉该行前面的“#”，在打算存放文件的位置先新建一个文件夹（很重要），然后将新的路径设置在单引号中，保存配置文件

• 　　在开始菜单找到“Jupyte Notebook”快捷键，鼠标右击 -- 更多 -- 打开文件位置
• 　　找到对应的“Jupyte Notebook”快捷键，鼠标右击 -- 属性 -- 目标，去掉后面的 "%USERPROFILE%/"（很重要），然后点击“应用”，“确定”

• 　　重新启动Jupyte Notebook即可，我们可以看到一个干净的主页

二、Jupyter Notebook的基本使用

1. Files页面

 Notebook 打开后，你会在顶部看到三个选项卡：Files（文件），Running（运行）和 Clusters（集群）。Files 基本上列出了所有的文件，Running 显示你当前已经打开的终端和Notebooks，Clusters 由 IPython parallel 包提供，用于并行计算。

要打开一个新的 Jupyter Notebook，请单击页面右侧的“New”选项卡。在这里，你有四个选项可供选择：

⦁ Python 3

⦁ Text File (文本文件)

⦁ Folder (文件夹)

⦁ Terminal (终端)

在 "Text File" 选项中，你会得到一个空白的文档。输入你喜欢的任何字母，单词和数字。它基本上是一个文本编辑器（类似于 Ubuntu 上的应用程序）。你也可以选择一种语言（支持非常多的语言），然后用该语言来写一个脚本。你还可以查找和替换文件中的单词。

在 "Folder" 选项中， 顾名思义它的功能就是创建文件夹。你可以创建一个新文件夹来放入文件，重新命名或者删除它。

"Terminal" 的工作方式与你的 Mac 电脑或 Linux 电脑上的终端完全相同（或者 Windows 上的 cmd ）。它在你的Web浏览器中支持终端会话。在这个终端中输入 python ，瞧！现在你已经可以开始写 python 脚本了。

2、我们将重点介绍 Notebooks

从“New”选项中选择 "Python 3" 选项。你会看到如下的截图：

在下拉菜单中（如上所示），你有四个选项：

• Code - 这是你输入代码的地方

• Markdown - 这是你输入文本的地方。你可以在运行代码后添加结论，添加注释等。

• Raw NBConvert - 这是一个命令行工具，可将你的笔记本转换为另一种格式（如 HTML）

• Heading - 你可以将标题添加到单独的小节并使你的 Notebook 看起来干净整洁。这个选项现在已经集成到 Markdown 选项中。添加一个“##”，以确保在你之后输入的内容将被视为标题

3、使用 Magic Functions

Jupyter NoteBook 是功能强大的Python交互IDE，深受数据分析师和算法工程师的热爱。Jupyter NoteBook 在综合使用文字、代码、图片等多种元素展示设计者的想法方面有着美妙的用户体验。而其自带的一些常用Magic Command 可以让它变得更加得心应手。

magic函数主要包含两大类，一类是行魔法（Line magic）前缀为%，一类是单元魔法(Cell magic)前缀为%%； 

　　 Line-wise 是当你想要执行一个单行命令的时候使用，而 Cell-wise 是你想要执行的命令不仅仅是一行，而是整个单元格中的整个代码块时使用

最常用的魔法函数有以下几个（（注意：通常不需要输入“％”，因为通常 Automagic 是默认打开的））：

3.1、%lsmagic #打印当前可以用的魔法命令，当我们想使用一个魔法命令，而不知怎么拼写函数名时，可以使用%lsmagic来查询；

 3.2、%魔法命令+？显示魔法命令的说明 Docstring

3.3、%matplotlib inline #使用matplotlib画图时，图片嵌入在jupyter notebook里面，不以单独窗口显示

 3.4、%timeit 行计时  %%timeit代码块计时 #为代码执行计时

 3.5、%%writefile  #后面紧接着一个file_name.py,表示在jupyter notebook里面创建一个py文件，后面cell里面的内容为py文件内容

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

在当前路径下会生成一个test_peace.py的文件，内容就是cell里面的内容

Writing test_peace.py

3.6、%pwd #和linux一样，查找当前目录

 

3.7、%cd #更改当前目录

%cd ../

操作起来和Linux,Unix系统的文件操作差不多

/home/hanxiaoyang/ml_jxy5/0.Teacher

3.8、%cp #复制文件

%cp test_peace.py test_load.py

3.9、%whos #查看当前变量,类型，信息

3.10、%reset #清除变量

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

 前面定义的变量就已经全部被清除了

3.11、%del #清除某一个变量

3.12、%load #加载一个文件里面的内容

*4、不仅限于 Python - 在 Notebooks 中使用 R，Julia 和JavaScript

Notebooks 的魔术并不止于此。你甚至可以在 Notebooks 中使用其他语言，如 R，Julia，JavaScrip t等。我个人喜欢 R 中的 ggplot2 软件包，因此使用 Notebooks 来进行探索性数据分析非常方便。

要在 Jupyter 中启用 R，你需要 GitHub上提供的 IRKernel（ R 的专用内核）。这里有一份详细的指南（地址：https://discuss.analyticsvidhya.com/t/how-to-run-r-on-jupyter-ipython-notebooks/5512），总共需要八个步骤，还有截图来引导你一步一步进行操作。

如果你是 Julia 用户，你也可以在 Jupyter Notebooks 中使用它！查看这篇详尽的文章（地址：https://discuss.analyticsvidhya.com/t/how-to-run-r-on-jupyter-ipython-notebooks/5512），它重点介绍了 Julia 用户如何学习数据科学，并包括了一章节介绍如何在 Jupyter 环境中使用 Julia。

如果你更喜欢使用 JavaScript，我推荐使用 IJavascript 内核。查看这个 GitHub 库（地址：https://github.com/n-riesco/ijavascript），它会引导你在不同操作系统上安装此内核。 请注意，你需要先安装 Node.js 和 npm 才能使用它。

*5、Jupyter Notebooks 中的交互式命令板

在开始添加小插件（widget）之前，你需要导入 widgets 包：

from ipywidgets import widgets

小插件的基本类型是典型的文本输入框和按钮。请参阅以下来自Dominodatalab 的示例，了解一下交互式小插件是怎么使用的：

 你可以在这里（地址：https://blog.dominodatalab.com/interactive-dashboards-in-jupyter/）查看详尽的开发指南。

 6、键盘快捷键——节省时间并提高效率！

快捷键是 Jupyter Notebooks 最好用的功能之一。当你想运行任何代码块时，你只需要按下Ctrl + Enter 即可。Jupyter Notebooks 提供的键盘快捷键非常多，为我们节省了大量时间。

以下是我们挑选的一些快捷键，你在开始使用 Notebooks 时会经常用到这些快捷键。我强烈建议你阅读这些内容的时候一个一个地尝试一下这些快捷键。

Jupyter Notebook 提供了两种不同的键盘输入模式 - 命令和编辑。

命令模式将键盘与 Notebook 命令绑定，并由具有蓝色左边距的带有灰色单元格边框来表示。编辑模式允许你将文本（或代码）输入活动单元格，并以绿色单元格边框表示。

 使用 Esc 和 Enter 在命令和编辑模式之间跳转

一旦进入命令模式（即没有活动单元格），就可以尝试以下快捷键：

• A 键将在选中单元格上方插入新单元格，B 键将在选中单元格下方插入一个单元格

• 要删除单元格，请连续按两次 D 键

• 要撤消已删除的单元格，请按 Z 键

• Y 键将当前的选中单元格变成代码单元格

• 按住 Shift + 向上或向下箭头键可以选择多个单元格。在多选模式下，按 Shift + M 会合并选中的单元格

• F 键会弹出 “查找和替换” 菜单

处于编辑模式时（在命令模式下按 Enter 键进入编辑模式），你会发现以下快捷键非常好用：

• Ctrl + Home 转到单元格的开头

• Ctrl + S 会保存你的工作

• 和上面提过的一样，Ctrl + Enter 将运行你的整个单元格

• Alt + Enter 不仅会运行你的单元格，它还会在下方添加一个新的单元格

• Ctrl + Shift + F 打开命令选项板

要查看整个键盘快捷键列表，请在命令模式下按 H 或转到 Help 菜单栏下的 Keyboard shortcuts。请经常检查这些内容，因为经常会有新的快捷键被加进来。

7、有用的 Jupyter Notebooks 扩展

扩展可以有效提高你的 Jupyter Notebooks 的生产力。安装和使用扩展的最佳工具之一是 Nbextensions。它需要两个简单的步骤来安装（也有其他方法，但我发现这是最方便的）：

第1步：用 pip 来安装它：

pip install jupyter_contrib_nbextensions

第2步：安装关联的 JavaScript 和 CSS 文件：

jupyter contrib nbextension install --user

 完成此操作后，你会在 Jupyter Notebook 主页顶部看到一个 Nbextensions 选项卡。这里面有很多非常棒的扩展供你使用。

 要启用一个扩展，只需点击它来激活。我在下面提到了4个我认为最有用的扩展：

• Code prettify：重新格式化和美化代码块的内容。

• Printview：这个扩展添加了一个工具栏按钮来调用当前 Notebook 的 jupyter nbconvert，并可选择在新的浏览器标签中显示转换后的文件。

• Scratchpad：这个扩展增加一个便捷单元格，它可以让你运行你的代码而不必修改你的 Notebook。这是一个非常方便的扩展，特别是当你想要测试你的代码，但不想在你的活动Notebook上做这件事。

• Table of Contents (2)：这个扩展可以收集你的 Notebook 中的所有标题，并将它们显示在一个浮动窗口中。

这些只是你可以使用的其中一些扩展。我强烈建议查看整个扩展列表并对它们进行测试。

8、保存和共享你的 Notebook

这是 Jupyter Notebook 中最重要和最棒的功能之一。当我需要写博客文章，但我的代码和注释都保存在 Jupyter 文件中时，我需要先将它们转换为另一种格式。请记住，这些 Notebooks 采用 json 格式，在共享它时这并不是很有帮助。我无法在电子邮件或博客上发布不同的单元格或代码块，对吧？

进入 Files 菜单，你会看到一个 Download As 选项：

你可以将你的 Notebook 保存为 7 个选项中的任何一个。最常用的是 .ipynb 文件，这样其他人就可以在自己的机器上复制代码；或者保存为 .html 文件， 这样会打开一个网页（当你想要保存嵌入在 Notebook 中的图像时，这会派上用场）。

你也可以使用 nbconvert 选项手动将你的 Notebook 转换为不同的格式，如 HTML 或 PDF。 

你还可以使用 jupyterhub，它允许你在其服务器上托管 Notebooks 并与多个用户共享。许多顶尖的研究项目都使用这个功能用于协作。

*9、JupyterLab

JupyterLab 于今年 2 月推出，它允许以更灵活和更强大的方式处理项目，但使用的是和 Jupyter Notebooks 相同的组件。JupyterLab 环境与 Jupyter Notebooks 完全相同，但用户会有更高效的体验。

在 JupyterLab 中，你只需一个窗口即可安排 Notebook 的工作区域、终端、文本文件和输出！你要做的仅仅是将单元格拖放到你想要的位置。你还可以通过实时预览功能来编辑常用文件格式，如 Markdown、CSV 和 JSON，以便在实际文件中实时查看所发生的变化。

如果你想在你的机器上试用它，你可以在这里查看安装说明（地址：http://jupyterlab.readthedocs.io/en/stable/getting_started/installation.html）。 开发人员的目标是  JupyterLab 最终可以取代 Jupyter Notebooks。但是，要做到这一点还要花点时间。

10、最佳实践

虽然单独工作可能很有趣， 但大多数时候你会发现自己是在一个团队中工作。在这种情况下，遵循指导方针和最佳实践非常重要，这样可以确保你的代码和 Jupyter Notebooks 被正确标注，以便与你的团队成员保持一致。下面我列出了一些最佳实践指南，你在 Jupyter Notebooks 上工作时一定要遵循以下指南：

• 对于任何程序员来说最重要的事情之一：始终确保为代码添加合适的注释！

• 确保你有代码所需的文档。

• 考虑一个命名方案，并坚持在所有代码中使用以确保一致性。这样其他人更容易读懂你的代码。

• 无论你需要什么库，在 Notebooks 开始时导入它们（并在它们旁边添加注释，说明导入它们的目的）。

• 确保代码中行与行之间有适当间隔，不要把循环和函数放在同一行中。

• 有时候你会发现你的文件变得非常繁重。看看有没有方法隐藏你认为对于以后参考不太重要的代码。 Notebooks 看起来整洁干净， 让人赏心悦目也非常重要。

• Matplotlib 可以很漂亮整洁地展示你的 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

另一个提示！ 当你想创建演示文稿时，首先想到的工具是 PowerPoint 和 Google Slides。其实你的 Jupyter Notebooks 也可以创建幻灯片！还记得我说它超级灵活吗？ 我一点都没有夸大。

要将你的 Notebooks 转换为幻灯片，请转到  View -> Cell Toolbar，然后单击 Slideshow。看！现在，每个代码块都在右侧显示一个 Slide Type 的下拉选项。它提供了以下 5 个选项：

好好试一试每一个选项以更好地理解它，它会改变你呈现你的代码的方式！

11、结语

请注意，这篇文章并没有详尽列出 Jupyter Notebooks 提供的所有功能。还有更多的功能等着你在使用中挖掘。和其他很多事情一样，关键在于实践。

最后分享一个 GitHub 库（地址：https://github.com/jupyter/jupyter/wiki/A-gallery-of-interesting-Jupyter-Notebooks），里面有很多有用的内容。