数据分析利器Jupyter notebook入门手册

Posted 2021-10-25 尤尔小屋的猫

公众号：尤而小屋
作者：Peter
编辑：Peter

大家好，我是Peter~

很多读者问过我，Peter文章中的Python代码都是用的什么编辑器写的？

今天就公开啦：Jupyter Notebook，没有Pycharm，没有Vscode，没有Sublime text。只有Jupyter Notebook。从2019年至今，使用了两年半多的时间，今天就好好聊聊它~

工欲善其事，必先利其器

官网学习地址：https://jupyter.org/

使用说明：https://jupyter-notebook.readthedocs.io/en/stable/notebook.html

知乎很好的教程：https://zhuanlan.zhihu.com/p/33105153

目录

谁在用Jupyter Notebook

也许还有朋友不知道Jupyter Notebook，到底都是谁在用它？

这是从官网上看到的使用者：谷歌、微软、NASA、IBM等国际知名公司都在其中。所以，你确定还不用吗？

用Jupyter Notebook写了什么

既然Jupyter Notebook这么受欢迎，那么Peter都用它写了什么？（ipynb文件都在Jupyter notebook完成）

1、Pandas系列的文章

2、Plotly系列文章

3、可视化库Pyecharts的使用

总结：Peter所有的文章都是在 Jupyter Notebook 中完成的

什么是Jupyter Notebook

简介

Jupyter Notebook是基于网页的用于交互计算的一款应用程序。它可被应用于整个计算过程：从开发文档编写、运行代码和到展示结果。

简而言之，Jupyter Notebook是以网页的形式打开，可以在网页页面中直接编写代码和运行代码，代码的运行结果也会直接在代码块下显示的程序。

如在编程过程中需要编写说明文档，可在同一个页面中使用Markdown语法直接编写，便于作及时的说明和解释。

组成

Jupyter notebook主要是由两个部分组成：网页和文档

上面已经介绍了Jupyter Notebook中基于网页的应用程序，在Jupyter 的整个网页应用中结合了多个元素：说明文档、计算公式、文档编写、可视化动态图、甚至是可以嵌入PPT等。总之，这款网页应用的程序能够实现各种功能

Jupyter Notebook中的所有程序都能够以各种形式的输入和输出：公式、文档、富媒体形式等。

Jupyter的文档是保存为后缀名为.ipynb的JSON格式文件，不仅便于版本控制，也方便与他人共享。

此外，文档还可以导出为：HTML、LaTeX、PDF、Markdown等格式的文件，十分方便和互联网化！

特点

• 编程便捷：在jupyter notebook中编程，具有语法高亮、缩进、tab补全等功能；同时能够在浏览器中直接运行代码
• 支持Markdown：在在jupyter notebook中支持Markdown语法的，能够直接编写Markdown文档
• 具有记忆功能：在jupyter notebook中产生的信息（同一次运行）具有记忆功能
• 文档输出多样化：除了支持Markdown，还支持PDF、PPT、Latex公式、HTML、py文件等多种格式
• 动态可视化：jupyter notebook中生成的图形可以是动态可视化的

安装

建议直接通过anaconda来安装Jupyter notebook，这样后续省去很多麻烦。

anacoda是全球最大的数据科学平台，一个基于Python的环境管理工具，相比其他库管理工具，它更适合数据工作者。

安装了anaconda之后，不仅是Jupyter notebook，很多python的第三方库，比如：pandas、numpy等都会自动安装好，实在是方便。

anaconda安装可自行搜索教程，傻瓜式安装

推荐几个安装教程：

1、Windows系统：https://zhuanlan.zhihu.com/p/75717350

2、MacOS系统：https://blog.csdn.net/lq_547762983/article/details/81003528

3、Linux系统（Ubuntu）：https://zhuanlan.zhihu.com/p/84544848

安装包下载地址：https://www.anaconda.com/products/individual#Downloads

启动

（1）在安装好了Jupyter notebook之后，我们可以在任意位置启动它，直接输入jupyter notebook即可启动。

执行命令之后，在终端中将会显示一系列notebook的服务器信息，同时浏览器将会自动启动Jupyter Notebook：

(base) peter:pandas系列教程 peter$ pwd     -- 查看当前的目录
/Users/peter/Desktop/WeChat/文章/pandas系列教程  

(base) peter:pandas系列教程 peter$ jupyter notebook   -- 输入 jupyter notebook 表示启动

！！！注意：启动Jupyter之后我们的全部操作都不要关闭终端，否则的话notebook就会断开和本地服务器的连接。

（2）启动之后就来到了初始页面，包含你当前目录的全部文件（文件夹和文档）：

我们看到notebook默认的地址是localhost:8888，也就是默认本机的8888端口。当我们开启了多个notebook，会自动变成8889，8890等端口。

当然，我们也可以自定义端口：

jupyter notebook --port 9988   # 使用9988端口

（3）启动之后我们可以新建一个ipynb的文件：

使用

在启动Jupyter Notebook，并且创建了新的文件之后，我们便可以开始在里面进行编码和文档写作。下面讲讲如何使用Jupyter Notebook。

首先我们需要明白一点：在Jupyter Notebook中有两种模式

• 命令模式：键盘输入运行程序命令，此时单元格是蓝色的
• 编辑模式：允许你向单元格中输入代码或者文本内容，此时单元格是绿色的

主页面

主页面分为4个部分：

• notebook名称，可重命名
• 菜单栏
• 工具栏
• 代码单元格

帮助文档

如果你是个新手，可以在notebook中直接查看帮助文档：

!jupyter notebook -h    # 感叹号!不能少

重命名

默认的名字是“未命名”，给文件重命名：图解Pandas的apply函数

文件

【文件】菜单中主要是对各种文件的输入和输出操作，特别是将ipynb文件下载成各种形式进行输出，十分方便：

运行代码

当我们在代码的单元格中输入了代码，如何运行？

1、单击【运行】按钮

2、快捷键

将光标放在我们需要运行的代码框中，然后 Shift+Enter 即可运行~

3、运行全部代码

如果我们想直接从头运行整个notebook中的全部代码，如下操作：【服务】到【重启&运行所有】

内省

在一个对象的前后使用问号？可以显示出关于该对象的概要信息，这个对象可以是自建的，也可以是Python中自带的：

print函数和自定义函数的自省概要信息：

使用双问号？还有个用途是显示函数的源代码：

%run

%run命令可以用来运行任意的python文件：

• Python文件的后缀为“.py”
• “%run”后跟的是Python文件的绝对路径

%run Python文件的绝对路径

假设我们在当前目录下有个python文件：

• 定义了3个变量
• 给定了一个返回值result

我们在notebook中运行py文件：查看3个变量和返回值的情况

扩展功能

安装

Jupyter notebook本身功能其实不是很多，所以通常会给它安装一个扩展，安装之后就可以起飞了。

安装和启动命令如下：

# 安装Jupyter的配置器
pip install jupyter_nbextensions_configurator

# 启动配置器
jupyter nbextensions_configurator enable --user

显示代码行数

当一个单元格中的代码很多行，我们想显示行数：

编码Markdown文档

当Peter需要在notebook中做笔记的时候，都是使用的Markdown。 在Jupyter notebook中是可以直接Markdown语法来编写内容的，两种方式可以实现。

关于什么是Markdown以及Markdown的语法，直接在公众号中回复Markdown就可以获取免费的PPT来进行学习。

方法1：下拉选项中选择【标记】

方法2：快捷键的使用：【左侧蓝+M键】，Peter常用

生成目录

在使用Markdown的时候是有不同层级的目录，可以显示在notebook中。首先在扩展中需要开启这个功能：

点击启用目录生成：目录默认是在左边，也是按照层级来实现的

我们把光标放在目录上，呈现带+的符号，可以拖到右边：

除了在左侧生成目录，还可以在整个ipynb文件的最上面生成目录：

不管是左侧还是最上面的目录，当我们点击其中某个标题的时候，都会自动跳转到相应的位置，查看、定位文档或者代码超级方便。

标题高亮

安装了扩展之后，我们还可以对标题进行高亮显示：

• 有3种颜色可供选择
• 设置了高亮之后标题中便会高亮

LaTex公式

既然Jupyter notebook能够使用Markdown，那么我们可以是Jupyter Notebook中编辑LaTex公式，举一个例子：在Markdown格式下的cell中输入如下内容:

$$ P(A \\mid B) = \\frac{P(B \\mid A) \\, P(A)}{P(B)} $$

便会生成相应的LaTeX公式：

输出多个结果

一般在notebook中只会输出一个结果，通过设置能够同时输出多个。

默认情况下只会输出最近一个变量的值**，例子中是b**。

通过设置InteractiveShell.astnodeinteractivity参数为all，就可以让所有的变量或者声明都能显示出来，添加两行代码便可实现输出多个变量的效果：

from IPython.core.interactiveshell import InteractiveShell
InteractiveShell.ast_node_interactivity = 'all'

拼写检查

这是检查拼写错误的一个扩展，能够快速的发现我们拼写中的错误。需要主要的是这个插件是在Markdown格式下作用的：

本意表达的是：This is wrong question

隐藏输入

当我们只想查看输出out部分的内容，可以将输入的代码进行隐藏：

下面是隐藏之前的效果：

快捷键

1、命令模式快捷键（按 Esc 键开启）:

• 命令模式将键盘命令与Jupyter Notebook笔记本命令相结合，可以通过键盘不同键的组合运行笔记本的命令。
• 按esc键进入命令模式。
• 命令模式下，单元格边框为灰色，且左侧边框线为蓝色粗线条。

快捷键	作用
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、2、6	设定 1 、2、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	连续选择上方单元
Shift-J	连续选择下方单元
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	保存当前 NoteBook
S	保存当前 NoteBook
L	开关行号
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

2、编辑模式快捷键（ 按 Enter 键启动）

• 编辑模式使用户可以在单元格内编辑代码或文档。
• 按enter或return键进入编辑模式。
• 编辑模式下，单元格边框和左侧边框线均为绿色。

快捷键	作用
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	撤销
Ctrl-Shift-Z	重做
Ctrl-Y	重做
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	切换到命令模式
Ctrl-M	切换到命令模式
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	保存当前 NoteBook
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
Ctrl-/	注释整行/撤销注释

魔法命令

IPython的特殊命令被称为魔术命令，这些命令被设计用于简化常见任务。

官网地址：https://ipython.readthedocs.io/en/stable/interactive/magics.html

魔术命令的前缀符号是百分号%，例如%timeit用来检查一段Python代码执行的时间。魔术命令可以直接使用，也可以赋值给变量再使用：

下面👇记录的是IPython的几个常用的魔法命令：

魔法命令	作用
%pwd	查看当前的工作目录
%cd	更改当前的工作目录
%ls	查看目录文件列表
%writefile	写入文件
%run	运行脚本；％run可以从.py文件中执行python代码，也可以指定ipynb文件
%whos	查看当前变量
%reset	清楚当前变量
%timeit	测试单行代码运行时间
%hist	打印命令输入历史
%paste	从剪贴板中执行已经预先格式化的Python代码
%cpaste	打开一个提示符，手动粘贴执行的python代码
%debug	从最后发生报错的底部进入交互式调试器

Jupyter Notebook换主题

在上面的图形中都是使用的默认主题：白色，实际上主题是可以更换的：

在jupyter notebook中安装并使用不同的主题

# 安装
pip install jupyterthemes
pip install --upgrade jupyterthemes

切换不同主题

# 查看所有颜色主题 --list
jt -l

# 选择主题 --theme
jt -t 主题名称

# 恢复默认主题 --recover
jt -r

1、查看主题

$jt -t monokai  # 选择某个主题
$jt -t oceans16

# 然后重新启动jupyter notebook

$jupyter notebook   # 启动命令

如果想改回原来的主题输入 jt -r 即可