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。

• 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
  

2. 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
   

3. 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
   

• 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

2. 将虚拟环境写进Jupyter

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

3. 在Kernel中更换添加的虚拟环境即可

3 Jupyter Notebook\Lab基本操作

4. 重命名文件夹：点击文件夹前的方框，再点击“Rename”
5. 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

2. 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

• 在命令模式下，点击h，会弹出快捷键窗口

3. 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

4. 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！

4. 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

2. 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

3. 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