Jupyter notebook使用技巧大全

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Jupyter Notebook 簡介

Jupyter Notebook是一款開源的web應用，它允許使用者創(chuàng)建和分享包含代碼，公式，可視化圖表和純文本的文檔，并支持多種編程語言的交互式計算，對于python用戶來講更是一款十分方便的代碼編寫工具。只需要通過web瀏覽器就可以很方便地進行數(shù)據(jù)清洗和轉(zhuǎn)換，數(shù)值模擬，統(tǒng)計建模，數(shù)據(jù)可視化，機器學習等。本文主要介紹Jupyter Notebook結(jié)合python的使用。

Jupyter Notebook安裝

Jupyter Notebook的前身是IPython Notebook，對python2，python3都有很好的支持。相比于Pycharm，它安裝更方便，代碼塊可以分開運行，支持MarkDown和LaTex，是對于數(shù)據(jù)分析人員特別友好的一個很“輕”的工具。通常可以在本地啟動Jupyter Notebook服務(wù)，通過web瀏覽器使用它。實際工作中，有些公司會統(tǒng)一部署在線的Jupyter Notebook服務(wù)，同樣通過相應的鏈接就可以訪問，支持直接連接Hive表，使用pyspark等。另外，在一些數(shù)據(jù)平臺上，例如kaggle，科賽等，很多代碼也是通過notebook的形式進行分享，代碼運行結(jié)果，圖像等能夠保留，因此具有較強的易讀性。

對于本地的安裝，有以下方式。

方法一：Anaconda安裝

這是官方強烈推薦 的一種安裝方式。Anaconda本身包含了Python，Jupyter Notebook以及其他常用的數(shù)據(jù)科學包，如Pandas，Numpy等。安裝完Anaconda之后，通過Anaconda Navigator就可以快速啟動。也可以在終端中執(zhí)行jupyter notebook命令來啟動，windows下安裝好Anaconda之后，可以找到相應的導航器和Prompt命令行來啟動。

方式二：pip安裝

pip是python的一款包管理工具，通過pip install pkg_name可以完成很多python擴展包的安裝。jupyter notebook 同樣，執(zhí)行pip install jupyter即可完成安裝。

Jupyter Notebook入門

1. 啟動

   在終端中輸入jupyter notebook是最常用的啟動方式，默認在本地的8888端口啟動。如果本地已經(jīng)有一個jupyter正在運行，再啟動一個就會運行在8889端口。運行完該命令，會在系統(tǒng)默認的瀏覽器打開一個網(wǎng)頁，網(wǎng)頁的地址是：

   http://localhost:8888/tree。

   

   需要注意的是我們執(zhí)行該啟動命令的目錄就是啟動之后的根目錄。如果你是要打開已經(jīng)存在的.ipynb文件，最好切換到該文件所在目錄再啟動，或者啟動之后將文件移動(或復制)到啟動目錄下。

   另外，如果想換一個瀏覽器打開jupyter notebook(我習慣用Chrome而不是默認的Safari)，一種方式是可以復制瀏覽器的鏈接地址在目標瀏覽器中粘貼訪問，此時可能出現(xiàn)類似于如下的界面。此時需要回到終端中，復制一下token填入token框，點擊login即可正常訪問。
   

   

2. 總體使用

   如下圖所示，該頁面是啟動之后默認打開的頁面。我們可以看到當前目錄下已有的文件，可以查看已有的jupyter 文件(灰色表示未在運行，綠色表示正在運行)，可以點擊查看子目錄下的內(nèi)容。

   

   我們點擊右側(cè)的New，選擇Python3會在新的頁面中建立一個未命名的notebook文件，選擇Text File會新的頁面中建立一個未命名的txt文件，選擇Folder會在當前頁面中建立一個未命名文件夾，選擇Terminal會在新的頁面中建立Terminal。

   

   可以在左側(cè)進行勾選，對文件夾進行重命名，移動或刪除，對文件進行復制，重命名，移動，下載，查看，編輯和刪除。

   

   Running選項卡下可以看到當前正在運行的terminal和notebook，使我們可以對目前的資源使用情況進行一個直觀了解。

   

3. 退出

   如果要停止某個正在執(zhí)行的notebook文件，可以在file選項卡下勾選該文件，點擊shutdown(也可以用其他方式，見后文)。如果要關(guān)閉整個jupyter notebook，可以在終端中按下鍵盤上的Ctrl C即可。

   

Notebook使用說明

接下來我們重點說明一下新建“python3”之后的操作，這也是最常用的編寫python文件的操作。

1.總體布局

上面圖中大致說明了Notebook中每一部分的作用，對平常使用python運行程序來講，快捷命令已經(jīng)足夠。快捷命令工具條從左到后的圖標依次表示：保存文件，添加新cell，剪切選中的cell，復制選中的cell，粘貼選中的cell，將選中cell上移，將選中cell下移，執(zhí)行選中的cell，終止kernel，重啟kernel，重啟kernel并重新運行所有cell。Code點擊之后有四個選項，分別是：Code(寫python代碼)，MarkDown(寫MarkDown代碼，通常用于注釋)，Raw NBConvert(一個轉(zhuǎn)換工具)，Heading(快捷添加MarkDown標題)。最后一個小鍵盤可以查看和搜索一些快捷鍵的操作。

2. 常用菜單操作：

• 修改文件名：可以點擊文件名稱，在彈出的框中直接修改或者File—>Rename

• 新建Notebook文件：File—>New Notebook—>python3

• 下載文件：File—>Download as —> 選擇目標格式即可下載

• 合并cell：Edit—>Merge Cell Above或Merge Cell Below

• 重啟Kernel并清除所有輸出：Kernel—>Restart & Clear Output

• 重啟Kernel并運行所有cell：Kernel—>Restart & Run All

• 停止當前Notebook運行：Kernel—>ShutDown

這里只列出了常用的菜單操作，沒有列出的并不表示不常用，而是可以用快捷鍵或者菜單欄下方的快捷工具代替。如果需要查看每一個菜單選項的含義和作用，推薦文章：https://blog.51cto.com/853056088/2162189，寫的非常詳細。

3. 命令模式和編輯模式

每一個cell有兩種模式：命令模式和編輯模式。如下圖所示：最左側(cè)是藍色的條是命令模式，是綠色的條表示編輯模式(此時cell中有光標，可以進行代碼編寫)。在命令模式下，按下enter或者鼠標單擊代碼框可以進入編輯模式。在編輯模式下，按下esc或者鼠標單擊代碼框左側(cè)區(qū)域即可進入命令模式。

4. 常用快捷(鍵)操作：

代碼運行：

• ctrl + enter：運行當前cell的代碼，運行完后依然保持在當前cell

• shift + enter：運行當前cell的代碼，運行完后跳轉(zhuǎn)到下一個cell，如果是最后一個cell則會新增一個

• 工具條上的Run

創(chuàng)建新的cell：

• 命令模式下，按下字母a(above)，會在當前cell上方增加一個cell

• 命令模式下，按下字母b(blove)，會在當前cell下方增加一個cell

• 工具條上的?按鈕

刪除當前側(cè)cell

• 命令模式下，按下字母x，即可刪除當前cell

• 命令模式下，連續(xù)兩次按下字母d，即可刪除當前cell

• 工具條上的“剪刀”按鈕

合并cell

• 命令模式下，選中多個cell，shift + M可以進行合并

• Edit—>Merge Cell Above/Merge Cell Down

拆分cell

• 編輯模式下，以光標所在之處為分界點，ctrl shift -(減號)，可以進cell的拆分

• Edit—>Split Cell

保存代碼

• 命令模式下，按下字母s，就能創(chuàng)建一個checkpoint

• 工具條上的保存按鈕

• File—>Save and Checkpoint

查找替換

• 編輯模式下，ESC + F

• Edit—>Find and Replace

折疊輸出：有時輸出過長的情況

• 編輯模式下，ESC+O

• 在cell左側(cè)位置上雙擊即可折疊

• Cell—>Current Output—>Toggle

顯示代碼行號

• 命令模式下，按下字母l(L的小寫，鍵盤k右側(cè)的l)鍵，就能顯示當前cell的行號

• shift + l，顯示所有cell的行號

• View—>Toggle Line Numbers

切換代碼類型

• 命令模式下，按下m切換到MarkDown模式，再按下y切換到code模式

• 工具條上手動切換

• Cell—>Cell Type—>選擇相應的代碼類型

注釋代碼

• 選中代碼，command+/ (windows下是control)

  注：其他的快捷鍵可以點擊工具欄最后的小鍵盤查看。

tab鍵的使用

• 只輸入變量或者函數(shù)的前幾個字母，按下tab可以自動補全

• 已經(jīng)輸入函數(shù)，連續(xù)按下shift+tab可以查詢函數(shù)的具體用法，(一直可以按4次)

  

  
  

執(zhí)行shell命令

• 英文狀態(tài)下的感嘆號+普通的shell命令，例如：!pwd，!ls等，有些時候或許很有用。

5. 魔法函數(shù)

Jupyter Notebook擴展

執(zhí)行以下代碼可以安裝jupyter notebook擴展

pip install jupyter_contrib_nbextensions && jupyter contrib nbextension install

安裝完之后，重新啟動一下jupyter 服務(wù)，就可以看到Nbextensions選項卡。我們只需要勾選相應的插件，在每一個notebook的工具條中就會出現(xiàn)相應的擴展。選中每個擴展的時候，在其下方都會出現(xiàn)關(guān)于該擴展的說明，演示，配置等情況，通過仔細閱讀我們就能得知該擴展的用法。

比較好用的幾個擴展及其作用如下：

1.Table of Contents

這個擴展一般用于整個文件的目錄很多的時候。首先在Nbextensions選項卡中勾選該插件，然后在工具條中就可以看到該擴展按鈕。如果我們在notebook中使用了MarkDown設(shè)置了我們的標題，點擊該擴展，就會在左側(cè)生成目錄，點擊左側(cè)的齒輪，可以在最頂部添加一個cell專門用來顯示目錄。點擊左側(cè)和頂部的鏈接都可以快速跳轉(zhuǎn)到相應的位置。還可以進行目錄的折疊。注意到此時菜單欄上也多了一個“Navigate”標簽，同樣顯示了目錄的情況。

2.Autopep8

這是一個將代碼按照PEP8進行格式化的插件，前提是需要通過pip install autopep8安裝autopep8，安裝完之后需要重啟jupyter notebook服務(wù)才能生效。同樣在Nbextention選項卡中勾選Autopep8，在工具欄中會多一個“錘子”一樣的按鈕，可以幫助我們排版代碼，使其符合pep8標準。

3.Variable inspector

該插件可以幫助我們查看當前notebook中所有的變量的名稱，類型，大小和值。省去了df.shape，type()等語句的執(zhí)行，也代替了前文提到的魔法函數(shù)“%whos”的執(zhí)行，讀者可以自行嘗試一下。

4.Code folding

顧名思義，該插件可以對代碼進行一定的折疊，例如遇到class，def等關(guān)鍵字，而且主體代碼又很長時，折疊代碼會方便閱讀，這一點也讓jupyter notebook更像一個IDE。

5.Execute time

該插件可以顯示每一個cell中代碼的執(zhí)行時間。

除此之外還有一些其他常見的插件擴展，例如Notify，Collapsible headings等，讀者可以自行探索查看，并配置使用。

其他說明

• 制作幻燈片并放映：參考該鏈接的第二部分：

  https://blog.csdn.net/qq_27825451/article/details/85050496

• 數(shù)學公式編輯：這個其實是MarkDown功能的延伸，需要將cell的代碼類型改為MarkDown，然后在一對美元符號之間寫入LaTex公式，(例如$E=mc^2$)，運行cell之后就可以正常顯示公式了。

• 關(guān)于jupyter lab和jupyter hub

  jupyter lab是基于jupyter notebook的新版本，是包括了Notebook的下一代的有模塊化的界面，可以在同一個窗口同時打開好幾個notebook或文件（HTML, TXT, Markdown等等），都以標簽的形式展示，于是就更像是一個IDE。除了界面上存在差異，使用方式上和notebook沒有大的差別。

  

  jupyter hub是一個支持多用戶的 Jupyter Notebook 服務(wù)器，用于創(chuàng)建、管理、代理多個 Jupyter Notebook 實例。具有擴展性和可定制性。常見的場景是公司的運維人員對很多人使用的Notebook進行管理和資源分配。這里不太方便演示。

• 關(guān)于jupyter notebook與pycharm的差別

  個人認為notebook是更“輕”量級的，適合小白使用。各個cell之間具有相對獨立，且變量共享的特點，某些時候特別有用。(例如在爬蟲時，請求一次就獲得了html源碼，后面進行頁面解析時就可以以此為基礎(chǔ)進行調(diào)試，無需再次請求，在處理對請求頻次有限制的網(wǎng)站時還是很有用的)。除此外，notebook能夠保存中間結(jié)果，方便演示，適合數(shù)據(jù)分析人員或者數(shù)據(jù)科學家使用。

  pycharm更適合大型工程項目的管理，每一個文件是一次執(zhí)行的。如果一個項目工程中有很多個文件，這時最好使用pycharm。此外pycharm在代碼編輯時，隨時會有提示，而且支持代碼跳轉(zhuǎn)，便于對源碼的查看學習。當然工具畢竟只是工具，適合自己的就是最好的，讀者可以根據(jù)自己的需求和使用習慣進行選擇。

總結(jié)

本文我們主要學習了jupyter notebook的使用，核心內(nèi)容在于一些快捷操作和擴展插件。希望對讀到這里的你有一定的幫助。