Jupyter notebook/Lab 简述#

在数据科学，机器学习，深度学习中，我们希望即时进行图像的可视化和函数的计算，基于这种需求，人们开发出了基于网页的用于交互计算的应用程序Jupyter Notebook。在我们的教程代码也是基于Jupyter notebook。除此之外，它们可被应用于全过程计算：开发、文档编写、运行代码和展示结果。在Jupyter Notebook中编写的文档保存为.ipynb的JSON格式文件，文档可以导出为HTML、LaTeX、markdown、PDF等格式。Jupyter Notebook的主要特点有：

  • 编程时具有语法高亮、缩进、tab补全的功能。

  • 可直接通过浏览器运行代码，同时在代码块下方展示运行结果。

  • 以富媒体格式展示计算结果。富媒体格式包括：HTML，LaTeX，PNG，SVG等。

  • 对代码编写说明文档或语句时，支持Markdown语法。

  • 支持使用LaTeX编写数学性说明。

除此之外，好用的Jupyter Notebook还有个“双胞胎”——Jupyter Lab。Jupyter Lab是基于Web的集成开发环境，可以把它当作进化版的Jupyter Notebook。使用Jupyter Lab可以同时在一个浏览器页面打开编辑多个Notebook、Ipython console和terminal终端，甚至可以使用Jupyter Lab连接Google Drive等服务。由于Jupyter Lab拥有模块化结构，提供更多类似IDE的体验，已经有越来越多的人从使用Jupyter Notebook转向使用Jupyter Lab。

[* ]通过本章学习，你将收获：

  • 安装和配置Jupyter Notebook和Jupyter Lab的方法

  • Jupyter Notebook的基本操作和快捷键

  • 使用Jupyter Notebook编写代码的方式

  • 了解Jupyter Notebook的Bash命令和魔术命令

  • 为Jupyter Notebook安装拓展插件的方法

1 Jupyter Notebook/Lab安装#

  1. 安装Jupyter Notebook：激活虚拟环境后，我们只需要在终端输入指令

    conda install jupyter notebook
# pip install jupyter notebook

  • 注：如果pip版本过低，还需提前运行更新pip的指令

    pip install --upgrade pip

  1. 安装Jupyter Lab：激活环境后，我们同样也只需要在终端输入指令

    conda install -c conda-forge jupyterlab
# pip install jupyterlab

  2. 在终端输入指令打开Jupyter Notebook

    jupyter notebook  # 打开Jupyter Notebook
jupyter lab  # 打开Jupyter Lab

  • 如果浏览器没有自动打开Jupyter Notebook或者Jupyter Lab，复制端口信息粘贴至浏览器打开

    image-20220812162810305

  • 如果想要自定义端口，在终端输入如下指令修改

    jupyter notebook --port <port_number>

  • 如果想启动服务器但不打开浏览器，可以在终端输入

    jupyter notebook --no-browser

2 Jupyter Notebook/Lab配置#

2.1 设置文件存放位置#

​ 在使用Jupyter Notebook/Jupyter Lab时，如果我们想要更改默认文件存放路径，该怎么办？

  • Jupyter Notebook

  1. 我们首先需要查看配置文件，只需要在终端输入

    jupyter notebook --generate-config

  2. 我们记住出现配置文件的路径，复制到文件夹中打开（终端这里可以写N）

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  1. 在文件夹中双击打开配置文件

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  1. 打开Python文件后，用Ctrl+F快捷键查找，输入关键词，找到# c.NotebookApp.notebook_dir = ''

  2. 去掉注释，并填充路径c.NotebookApp.notebook_dir = 'D:\\Adatascience'

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  1. 此时我们在终端中输入jupyter notebook，打开页面后发现文件默认路径已经被更改。但是点击菜单栏中的应用快捷方式打开Jupyter Notebook，打开页面发现文件位置仍然是默认路径

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  1. 如果我们想要更改应用快捷方式Jupyter Notebook的文件位置，此时需要右键选中快捷方式，打开文件所在位置。再右键点击快捷方式，查看属性，再点击快捷方式

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  1. 我们只需要在“目标”中删除红框标记部分，点击确定

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  1. 此时再打开菜单栏中Jupyter Notebook的快捷方式，发现页面文件路径已经变为之前自主设置的路径啦！

  • Jupyter Lab的修改操作和Jupyter Notebook流程相似，但是在细节上有些不同

  1. 同样我们还是首先需要查看配置文件，在终端输入

    jupyter lab --generate-config

  2. 找到配置文件所在的文件夹，打开配置文件

  3. 修改配置文件时，用Ctrl+F快捷键查找，输入关键词，找到# c.ServerApp.notebook_dir，去掉注释。改为c.ServerApp.notebook_dir = 'D:\\Adatascience（这里填自己想改的文件路径）'

  4. 之后的步骤和Jupyter Notebook修改配置文件的第七至第十步相同

2.2 使用虚拟环境#

​ 需要注意的是，Anaconda安装的虚拟环境和Jupyter Notebook运行需要的Kernel并不互通。那么我们该如何解决这个问题，并且如果我们想要切换内核（Change Kernel），该如何操作呢？

  1. 将在Anaconda中创建的虚拟环境添加ipykernel

# 如果还没创建环境，在创建时要加上ipykernel
conda create -n env_name python=3.8 ipykernel
# 如果已经创建环境，在环境中安装ipykernel
pip install ipykernel

  1. 将虚拟环境写进Jupyter

python -m ipykernel install --user --name env_name --display-name "env_name"

  1. 在Kernel中更换添加的虚拟环境即可

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3 Jupyter Notebook\Lab基本操作#

3.1 基本使用#

3.1.1 Jupyter Notebook#

  1. 创建文件：点击右上角New，选择Notebook；创建文件夹：点击右上角New，选择Folder

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  1. 删除文件：点击文件前的方框，再点击删除图标

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  1. 重命名文件：当文件在运行时（即文件前图标为绿色），需要先点击“Shutdown”（关闭终端），再点击“Rename”

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  1. 重命名文件夹：点击文件夹前的方框，再点击“Rename”

  2. 复制（Duplicate）、移动（Move）、下载（Download）、查看（View）等操作，同样可以点击文件前的方框，再点上方的图标进行操作

3.1.2 Jupyter Lab#

  1. 红框内按钮从左到右分别是新建文件、新建文件夹、上传文件和刷新

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  1. 上传多个文件的方法：

  • 将文件打包成一个zip压缩包

  • 上传该压缩包

  • 解压文件!unzip (压缩包所在路径) -d (解压路径)，例如：!unzip coco.zip -d data/coco

  • 删除该压缩包

3.2 常用快捷键#

  1. 入门操作

    # 增加，减少，剪切，保存，删除等
# a, b, x, s, dd

# 合并，执行本单元代码，并跳转到下一单元，执行本单元代码，留在本单元
# Shift+M Shift+Enter Ctrl+Enter

# 显示行数，切换markdown/code
# l, m/y

  2. Jupyter Notebook中按下Enter进入编辑模式，按下Esc进入命令模式

  • 编辑模式（绿色）

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  • 命令模式（蓝色）

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  • 在命令模式下，点击h，会弹出快捷键窗口

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  1. Jupyter Lab同样有两种模式。按下Enter进入编辑模式，按下Esc进入命令模式

  • 编辑模式（有框线无光标）

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  • 命令模式（无框线无光标）

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  • 快捷键操作与Jupyter Notebook基本相同，可参考上一部分

  1. 快捷键汇总

​ 命令模式（按Esc）

  • Enter : 转入编辑模式

  • Shift-Enter : 运行本单元，选中下个单元

  • Ctrl-Enter : 运行本单元

  • Alt-Enter : 运行本单元，在其下插入新单元

  • Y : 单元转入代码状态

  • M :单元转入markdown状态

  • R : 单元转入raw状态

  • 1 : 设定 1 级标题

  • 2 : 设定 2 级标题

  • 3 : 设定 3 级标题

  • 4 : 设定 4 级标题

  • 5 : 设定 5 级标题

  • 6 : 设定 6 级标题

  • Up : 选中上方单元

  • K : 选中上方单元

  • Down : 选中下方单元

  • J : 选中下方单元

  • Shift-K : 扩大选中上方单元

  • Shift-J : 扩大选中下方单元

  • A : 在上方插入新单元

  • B : 在下方插入新单元

  • X : 剪切选中的单元

  • C : 复制选中的单元

  • Shift-V : 粘贴到上方单元

  • V : 粘贴到下方单元

  • Z : 恢复删除的最后一个单元

  • D,D : 删除选中的单元

  • Shift-M : 合并选中的单元

  • Ctrl-S : 文件存盘

  • S : 文件存盘

  • L : 转换行号

  • O : 转换输出

  • Shift-O : 转换输出滚动

  • Esc : 关闭页面

  • Q : 关闭页面

  • H : 显示快捷键帮助

  • I,I : 中断Notebook内核

  • 0,0 : 重启Notebook内核

  • Shift : 忽略

  • Shift-Space : 向上滚动

  • Space : 向下滚动

​ 编辑模式（按Enter）

  • Tab : 代码补全或缩进

  • Shift-Tab : 提示

  • Ctrl-] : 缩进

  • Ctrl-[ : 解除缩进

  • Ctrl-A : 全选

  • Ctrl-Z : 复原

  • Ctrl-Shift-Z : 再做

  • Ctrl-Y : 再做

  • Ctrl-Home : 跳到单元开头

  • Ctrl-Up : 跳到单元开头

  • Ctrl-End : 跳到单元末尾

  • Ctrl-Down : 跳到单元末尾

  • Ctrl-Left : 跳到左边一个字首

  • Ctrl-Right : 跳到右边一个字首

  • Ctrl-Backspace : 删除前面一个字

  • Ctrl-Delete : 删除后面一个字

  • Esc : 进入命令模式

  • Ctrl-M : 进入命令模式

  • Shift-Enter : 运行本单元，选中下一单元

  • Ctrl-Enter : 运行本单元

  • Alt-Enter : 运行本单元，在下面插入一单元

  • Ctrl-Shift-- : 分割单元

  • Ctrl-Shift-Subtract : 分割单元

  • Ctrl-S : 文件存盘

  • Shift : 忽略

  • Up : 光标上移或转入上一单元

  • Down :光标下移或转入下一单元

3.3 安装插件#

  • Jupyter Notebook安装插件的方法

  1. 在Anaconda Powershell Prompt中输入

    pip install jupyter_contrib_nbextensions

  2. 再次输入以下指令，将插件添加到工具栏

    jupyter contrib nbextension install

  3. 打开Jupyter Notebook，点击Nbextensions，取消勾选disable configuration for nbextensions without explicit compatibility，此时可以添加自己喜欢的插件啦！

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  1. 推荐以下两个基础插件

  • Execute Time：可以显示执行一个Cell要花费多少时间

  • Hinterland：提供代码补全功能

  • Jupyter Lab安装插件的方法

  1. Jupyter Lab安装插件点击左侧的第四个标志，点击“Enable”后就可以在搜索栏中搜索想要的插件

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  1. 例如搜索jupyterlab-execute-time后，在Search Results中查看结果，点击Install便可安装插件

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  1. 还可以在Anaconda Powershell Prompt中使用指令来安装插件

    jupyter labextension install jupyterlab-execute-time  # 安装jupyterlab-execute-time

4 进阶操作#

​ 除了以上操作，Jupyter Notebook还有许多丰富的内容等待大家探索。如Bash命令、魔术命令等。我们为大家提供了一份在Notebook中编写的进阶操作，快来试试看吧~

​ 点击查看进阶教程

5 参考资料#

【1】Jupyter Notebook介绍、安装及使用教程 - 知乎 (zhihu.com)