数据分析利器Jupyter notebook入门手册
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