27个Jupyter Notebook使用技巧及快捷键(翻译版)

Jupyter Notebook

　　Jupyter Notebook 以前被称为IPython notebook。Jupyter Notebook是一款能集各种分析包括代码、图片、注释、公式及自己画的图一体的灵活工具。

　　Jupyter 具有可扩展性。它支持多种语言，能容易的部署到自己的计算机或远程服务器上。用户只要通过ssh或http就能访问远程的Jupyter。更赞的是Jupyter完全免费。

Jupyter接口

1 快捷键

　　正如大神所知，使用快捷键能省很多时间。在菜单Help→Keyboard Shortcuts中向用户展示很多快捷键。每次升级Jupyter时都需要看下该菜单，因为升级的同时会增加很多快捷键。

访问并快速学习快捷键的另一种方式是使用命令面板：Cmd+Shift+P或Ctrl+Shift+P，后者在Linux和Windows系统都适用。在不知道某个动作的快捷键或该动作没有快捷键时，你可以使用这个对话框通过名称来运行任何命令。

该功能类似在Mac上的Spotlight搜索。一旦开始使用就会停不下来。

命令面板

　　作者喜欢的快捷键：

Esc+F：查找并替换代码但不包括输出内容。
Esc+0：切换输出单元。
选择多个单元：
- Shift+J 或Shift+Down：向下选择单元格。
- Shift+K或Shift+Up：向上选择单元格
选定单元格之后，可以同时删除、复制、剪切、粘贴及运行这些单元格。在需要移动notebook中部分内容时，该功能很有用。
- Shit+M：合并多个单元格。

2 优雅的展示变量信息

　　第一部分内容很多人都知道。当一个Jupyter以一个变量的名字结束或未分配输出语句时，Jupyter会自动展示变量的内容而无需使用print 语句。当使用Pandas的DataFrames时，该功能很有用。因为Jupyter会把结果以表格形式输出。

知道的人不是很多的是可以通过修改kernel选项ast_note_interactivity的值使Jupyter自动展示变量及语句的输出。这样你就可以很方便的查看多条语句的输出内容。

In [1]:

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

In [2]:

from pydataset import data

quakes = data('quakes')

quakes.head()

quakes.tail()

Out[2]:

	lat	long	depth	mag	stations
1	-20.42	181.62	562	4.8	41
2	-20.62	181.03	650	4.2	15
3	-26.00	184.10	42	5.4	43
4	-17.97	181.66	626	4.1	19
5	-20.42	181.96	649	4.0	11

Out[2]:

	lat	long	depth	mag	stations
996	-25.93	179.54	470	4.4	22
997	-12.28	167.06	248	4.7	35
998	-20.13	184.20	244	4.5	34
999	-17.40	187.80	40	4.5	14
1000	-21.59	170.56	165	6.0	119

　　如果你想让所有Jupyter的工具(Notebook 和Console)都有该功能，可以创建一个文件：~/.ipython/profile_default/ipython_config.py，文件的内容如下：

c = get_config()

#Run all nodes interactively

c.InteractiveShell.ast_node_interactivity = "all"

3 轻松连接到帮助文档

　　点击help菜单，你会轻松地找到NumPython,Pandas,Scipy和Matplotlib的oneline document链接。

　　不要忘记库、方法和变量是以’?’什么开头的。你可以通过Docstring来快速访问相关语法.

In [3]:
?str.replace()
 
Docstring:
S.replace(old, new[, count]) -> str

Return a copy of S with all occurrences of substring
old replaced by new.  If the optional argument count is
given, only the first count occurrences are replaced.
Type:      method_descriptor

4 在notebooks中画图

有很多包都可以在notebook中画图。

matplotlib:(标准库)，使用%matplotlib inline激活.
-%matplotlib notebook：该命令也能提供交互但由于在服务器端做渲染所以比较慢。
-mpld3：使用d3给matplotlib代码做渲染。虽然不完整，但很漂亮。
-bokeh：做交互图像的很好选择。
-plot.ly：能产生很漂亮的图形但是收费。

5 Jupyter的魔法命令

　　上面提到的%matplotlib inline只是Jupyter魔法命令的一个例子。

In [53]:

# This will list all magic commands

%lsmagic

Out[53]:

Available line magics:

%alias  %alias_magic  %autocall  %automagic  %autosave  %bookmark  %cat  %cd  %clear  %colors  %config  %connect_info  %cp  %debug  %dhist  %dirs  %doctest_mode  %ed  %edit  %env  %gui  %hist  %history  %killbgscripts  %ldir  %less  %lf  %lk  %ll  %load  %load_ext  %loadpy  %logoff  %logon  %logstart  %logstate  %logstop  %ls  %lsmagic  %lx  %macro  %magic  %man  %matplotlib  %mkdir  %more  %mv  %notebook  %page  %pastebin  %pdb  %pdef  %pdoc  %pfile  %pinfo  %pinfo2  %popd  %pprint  %precision  %profile  %prun  %psearch  %psource  %pushd  %pwd  %pycat  %pylab  %qtconsole  %quickref  %recall  %rehashx  %reload_ext  %rep  %rerun  %reset  %reset_selective  %rm  %rmdir  %run  %save  %sc  %set_env  %store  %sx  %system  %tb  %time  %timeit  %unalias  %unload_ext  %who  %who_ls  %whos  %xdel  %xmode

Available cell magics:

%%!  %%HTML  %%SVG  %%bash  %%capture  %%debug  %%file  %%html  %%javascript  %%js  %%latex  %%perl  %%prun  %%pypy  %%python  %%python2  %%python3  %%ruby  %%script  %%sh  %%svg  %%sx  %%system  %%time  %%timeit  %%writefile

作者推荐查看文档the documentation for all Jupyter magic commands ，在该文档中总能找到你想查的。作者比较喜欢的语法糖如下所示：

6 Jupyter语法糖： -%env:设置环境变量

　　可以在不启动Jupyter server进程的情况下管理notebook的环境变量。一些包如theano用环境变量来控制行为。此时，%env就很方便。

In [55]:

# Running %env without any arguments

# lists all environment variables

# The line below sets the environment

# variable OMP_NUM_THREADS

%env OMP_NUM_THREADS=4

env: OMP_NUM_THREADS=4

7 Jupyter语法糖：-%run：执行Python代码

　　%run可以运行.py文件。鲜为人知的是，该语法糖也可以执行其他的Jupyter notebooks。这非常有用。

　　注意：用%run和import 一个包不是一回事。

In [56]:

# this will execute and show the output from

# all code cells of the specified notebook

%run ./two-histograms.ipynb

8 Jupyter语法糖：-%:load：从外部脚本插入代码

In [ ]:

# Before Running

%load ./hello_world.py

In [61]:

# After Running

# %load ./hello_world.py

if __name__ == "__main__":

        print("Hello World!")

Hello World!

9 Jupyter语法糖： -%store：在不同的notebooks之间传递变量

　　%store命令可以在两个不同的notebooks之间传递变量。

In [62]:

data = 'this is the string I want to pass to different notebook'

%store data

del data # This has deleted the variable 

Stored 'data' (str)

Now, in a new notebook…

In [1]:

%store -r data

print(data)

this is the string I want to pass to different notebook

10 Jupyter语法糖 -%who:列出所有的全局变量

%who命令在没有参数的情况下能列出目前存在的所有全局变量。如果使用一个参数例如str，则只会列出对应类型的变量。

In [1]:

one = "for the money"

two = "for the show"

three = "to get ready now go cat go"

%who str

 

one three two

11 Jupyter语法糖——Timing

　　对timing很有用的有两个语法糖：%%time和%timeit。当一些代码很慢且有想知道哪些地方慢时这两个语法糖很有用。

　　%%time展示单元格中代码单次运行信息。

In [4]:

%%time

import time

for _ in range(1000):

    time.sleep(0.01)# sleep for 0.01 seconds

 

CPU times: user 21.5 ms, sys: 14.8 ms, total: 36.3 ms

Wall time: 11.6 s

　　%%timeit使用Python的timeit包。该命令默认运行代码100,000次，求最快三次的均值。

In [3]:

import numpy

%timeit numpy.random.normal(size=100)

 

The slowest run took 7.29 times longer than the fastest. This could mean that an intermediate result is being cached.

100000 loops, best of 3: 5.5 µs per loop

12 Jupyter语法糖—%%writefile和%pycat：导出单元格内容/展示外部脚本内容

　　使用语法糖%%writefile保存单元格内容到外部文件。%pycat正好相反，该命令高亮展示外部文件内容。

%%writefile pythoncode.py

 

import numpy

def append_if_not_exists(arr, x):

    if x not in arr:

        arr.append(x)

       

def some_useless_slow_function():

    arr = list()

    for i in range(10000):

        x = numpy.random.randint(0, 10000)

        append_if_not_exists(arr, x)

 

Writing pythoncode.py

In [8]:

%pycat pythoncode.py

 

import numpy

def append_if_not_exists(arr, x):

    if x not in arr:

        arr.append(x)

       

def some_useless_slow_function():

    arr = list()

    for i in range(10000):

        x = numpy.random.randint(0, 10000)

        append_if_not_exists(arr, x)

13 语法糖—%prun：展示程序中每个函数耗费的时间

　　使用%run statement_name将以有序表展示代码中每个内部函数被调用次数，每次调用花费的时间及运行耗费的总时间。

 1 %prun some_useless_slow_function()
 2 
 3  
 4 
 5          26324 function calls in 0.556 seconds
 6 
 7  
 8 
 9    Ordered by: internal time
10 
11  
12 
13    ncalls  tottime  percall  cumtime  percall filename:lineno(function)
14 
15     10000    0.527    0.000    0.528    0.000 <ipython-input-46-b52343f1a2d5>:2(append_if_not_exists)
16 
17     10000    0.022    0.000    0.022    0.000 {method 'randint' of 'mtrand.RandomState' objects}
18 
19         1    0.006    0.006    0.556    0.556 <ipython-input-46-b52343f1a2d5>:6(some_useless_slow_function)
20 
21      6320    0.001    0.000    0.001    0.000 {method 'append' of 'list' objects}
22 
23         1    0.000    0.000    0.556    0.556 <string>:1(<module>)
24 
25         1    0.000    0.000    0.556    0.556 {built-in method exec}
26 
27         1    0.000    0.000    0.000    0.000 {method 'disable' of '_lsprof.Profiler' objects}
28 
29

14 Jupyter语法糖—%pdb

　　Jupyter有自己的调试接口The Python Debugger (pdb). 。调试能进入函数内部并判断函数内部发生事项。

　　在这里看pdb可使用的命令列表：pdb

In [ ]:
%pdb

def pick_and_take():
    picked = numpy.random.randint(0, 1000)
    raise NotImplementedError()
    
pick_and_take()
 
Automatic pdb calling has been turned ON
 
---------------------------------------------------------------------------
NotImplementedError                       Traceback (most recent call last)
<ipython-input-24-0f6b26649b2e> in <module>()
      5     raise NotImplementedError()
      6 
----> 7 pick_and_take()

<ipython-input-24-0f6b26649b2e> in pick_and_take()
      3 def pick_and_take():
      4     picked = numpy.random.randint(0, 1000)
----> 5     raise NotImplementedError()
      6 
      7 pick_and_take()

NotImplementedError: 
 
> <ipython-input-24-0f6b26649b2e>(5)pick_and_take()
      3 def pick_and_take():
      4     picked = numpy.random.randint(0, 1000)
----> 5     raise NotImplementedError()
      6 
      7 pick_and_take()

15 压缩最后一行函数的输出

　　有时抑制最后一行代码的函数输出很有必要且方便：只需要在代码末尾价格分号。例如画图。

In [4]:

%matplotlib inline

from matplotlib import pyplot as plt

import numpy

x = numpy.linspace(0, 1, 1000)**1.5

In [5]:

# Here you get the output of the function

plt.hist(x)

Out[5]:

(array([ 216.,  126.,  106.,   95.,   87.,   81.,   77.,   73.,   71.,   68.]),

 array([ 0. ,  0.1,  0.2,  0.3,  0.4,  0.5,  0.6,  0.7,  0.8,  0.9,  1. ]),

 <a list of 10 Patch objects>)

In [6]:

# By adding a semicolon at the end, the output is suppressed.

plt.hist(x);

16 执行shell命令

　　在notebook中执行shell命令很简单。可通过在notebook中执行shell命令检查当前文件夹中包含哪些数据集。

In [7]:

!ls *.csv

nba_2016.csv             titanic.csv

pixar_movies.csv         whitehouse_employees.csv

Or to check and manage packages.

In [8]:

!pip install numpy

!pip list | grep pandas

 
Requirement already satisfied (use --upgrade to upgrade): numpy in /Library/Frameworks/Python.framework/Versions/3.4/lib/python3.4/site-packages

pandas (0.18.1)

17 使用LaTeX写公式

　　当在Markdown单元格中写LaTeX时，会使用MathJax展示成公式。

This:

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

显示形式如下：

P(A∣B)=P(B∣A)P(A)P(B)P(A∣B)=P(B∣A)P(A)P(B)

Markdown是notebooks重要的一部分，记得要用它。

18 在notebook中运行使用不同kernel的代码

　　如果愿意，可以把使用不同kernels的代码放在一个notebook中。

　　只需要在每个单元格的开头使用Jupyter语法糖加上相应kernel的名称。

%%bash
%%HTML
%%python2
%%python3
%%ruby
%%perl

In [6]:
%%bash
for i in {1..5}
do
   echo "i is $i"
done
 
i is 1
i is 2
i is 3
i is 4
i is 5

19 为Jupyter安装其他的kernels

　　能运行不同的语言是Jupyter很好的一个特性。下面为如何运行R kernel的例子。

简安装：使用Anaconda安装R kernel

如果用Anaconda启动环境，运行R很简单。只需要在终端运行下面的代码：

conda install –c  r r-essentials

非简安装：手动安装R kernel

　　如果你不用Anaconda，安装过程稍微复杂。你如果没安装R，首先需要安装R。

　　安装后，启动R界面并运行下面的代码：

install.packages(c('repr', 'IRdisplay', 'crayon', 'pbdZMQ', 'devtools'))
devtools::install_github('IRkernel/IRkernel')
IRkernel::installspec()  # to register the kernel in the current R installation

20 在同一个notebook中运行R和Python

　　最好的解决方案是安装rpy2：可以通过pip install rpy2安装。

　　安装后就可以同时使用两种语言，并可以在两种语言之间传递变量。

In [1]:

%load_ext rpy2.ipython

In [2]:

%R require(ggplot2)

Out[2]:

array([1], dtype=int32)

In [3]:

import pandas as pd

df = pd.DataFrame({

        'Letter': ['a', 'a', 'a', 'b', 'b', 'b', 'c', 'c', 'c'],

        'X': [4, 3, 5, 2, 1, 7, 7, 5, 9],

        'Y': [0, 4, 3, 6, 7, 10, 11, 9, 13],

        'Z': [1, 2, 3, 1, 2, 3, 1, 2, 3]

    })

In [4]:

%%R -i df

ggplot(data = df) + geom_point(aes(x = X, y= Y, color = Letter, size = Z))

21 使用其他语言写函数

　　有时候numpy的速度比较慢，需要写效率更高的代码。原则上，可以在动态包中编译代码和写Python wrappers.

　　如果这些枯燥的部门有人帮你做是不是很好？

　　可以在cpython中写fortran代码并直接在Python代码中使用。

　　首先需要安装：

!pip install cython fortran-magic

In [ ]:

%load_ext Cython

In [ ]:

%%cython

def myltiply_by_2(float x):

    return 2.0 * x

In [ ]:

myltiply_by_2(23.)

Personally I prefer to use fortran, which I found very convenient for writing number-crunching functions. More details of usage can be found here.

In [ ]:

%load_ext fortranmagic

In [ ]:

%%fortran

subroutine compute_fortran(x, y, z)

    real, intent(in) :: x(:), y(:)

    real, intent(out) :: z(size(x, 1))

    z = sin(x + y)

end subroutine compute_fortran

In [ ]:

compute_fortran([1, 2, 3], [4, 5, 6])

22. Multicursor support

Jupyter支持多种cursors，类似Sublime text.按下Alt键拖动鼠标。

23 Jupyter-contrib extensions

Jupyter-contrib extensions是一个家族，该家族使Jupyter功能更强大，例如jupyter shell-checker 和code-formatter。

下面的命令会安装extensions，

The following commands will install the extensions, as well as a menu based configurator that will help you browse and enable the extensions from the main Jupyter notebook screen.

!pip install https://github.com/ipython-contrib/jupyter_contrib_nbextensions/tarball/master

!pip install jupyter_nbextensions_configurator

!jupyter contrib nbextension install --user

!jupyter nbextensions_configurator enable --user

24 根据Jupyter notebook创建演示用文档

　　使用Damian Avila的RISE能根据现存的notebook创建PowerPoint形式的演示文档。

　　可以使用conda安装RISE：

conda install -c damianavila82 rise

或者使用pip：

pip install RISE

通过下面的代码安装entension并使其生效：

jupyter-nbextension install rise --py --sys-prefix

jupyter-nbextension enable rise --py --sys-prefix

25 Jupyter输出系统

　　notebook以HTML的形式展示，单元格中的内容也可以输出成HTML。因此几乎可以输出任何内容：video/audio/images

　　下面的例子浏览文件夹中的所有图像，并展示前5个的粗略图。

通过bash命令也可以创建同样的List，因为语法糖和bash命令偶读返回Python变量。

In [10]:
names = !ls ../images/ml_demonstrations/*.png
names[:5]
Out[10]:
['../images/ml_demonstrations/colah_embeddings.png',
 '../images/ml_demonstrations/convnetjs.png',
 '../images/ml_demonstrations/decision_tree.png',
 '../images/ml_demonstrations/decision_tree_in_course.png',
 '../images/ml_demonstrations/dream_mnist.png']

26 大数据分析

　　查询和处理大数据有很多解决方案：

ipyparallel (以前叫IPython cluster) 是在Python中使用map-reduce的很好选择。在rep中我们用该选项并行训练了很多机器学习模型。
pyspark
spark-sql 语法糖：%%sql

27 共享notebooks

　　共享notebook最简单的方法是使用notebook文件(.ipynb)。对于不使用Jupyter的人，有下面一些可行办法：

使用File>Download as >HTML菜单选项把notebook转换成HTML文件。
通过gists或github分享notebook File。例子。
- 如果把notebook上传到notebook，你可以使用mybinder服务允许别人在半个小时内通过Jupyter访问你的内容。
使用jupyterhub启动你的系统。在准备课程且没时间考虑学生的机器性能时使用该功能很方便。

将notebook保存到比如dropbox中，然后将连接放到nbviewer. nbviewer将会渲染你存储在任何地方的notebook.

使用File>Download as >PDF菜单将notebook保存为一个PDF。如果你打算这么做，强烈推荐你阅读Julius Schulz非常棒的一篇文章Making publication ready Python notebooks.

原文地址：27 Jupyter Notebook tips, tricks and shortcuts