如何在 Ubuntu 16.04 上设置 Jupyter Notebook 来运行 IPython

简介

IPython 是 Python 的交互式命令行界面。Jupyter Notebook 提供了一个交互式的 Web 界面，可以运行多种语言，包括 IPython。

本文将指导您设置一个服务器来运行 Jupyter Notebook，并教您如何连接和使用笔记本。Jupyter 笔记本（或简称笔记本）是由 Jupyter Notebook 应用程序生成的文档，其中包含计算机代码（例如 Python）和丰富的文本元素（段落、方程式、图表、链接等），有助于展示可重现的研究。

通过本指南，您将能够在远程服务器上运行 Python 2.7 代码，使用 IPython 和 Jupyter Notebook。出于本教程的目的，使用 Python 2（2.7.x），因为许多数据科学、科学计算和高性能计算库支持 2.7 而不支持 3.0+。

先决条件

要按照本教程操作，您需要以下内容：

• Ubuntu 16.04 Droplet
• 具有 sudo 权限的非 root 用户（《使用 Ubuntu 16.04 进行初始服务器设置》解释了如何设置此权限）

本教程中的所有命令都应该以非 root 用户身份运行。如果命令需要 root 访问权限，则会在其前面加上 sudo。

步骤 1 — 安装 Python 2.7 和 Pip

在本节中，我们将安装 Python 2.7 和 Pip。

首先，更新系统的软件包索引。这将确保旧的或过时的软件包不会干扰安装。

sudo apt-get update

接下来，安装 Python 2.7、Python Pip 和 Python 开发工具：

sudo apt-get -y install python2.7 python-pip python-dev

安装 python2.7 将更新到最新版本的 Python 2.7，而 python-pip 将安装 Pip，它允许我们管理想要使用的 Python 软件包。Jupyter 的一些依赖项可能需要编译，因此您需要能够编译 Python C 扩展，因此我们也安装了 python-dev。

要验证是否已安装 Python，请使用以下命令：

python --version

这将输出：

Python 2.7.11+

根据 Python 2.7 的最新版本，输出可能会有所不同。

您还可以使用以下命令检查是否已安装 pip：

pip --version

您应该看到类似以下内容：

pip 8.1.1 from /usr/lib/python2.7/dist-packages (python 2.7)

类似地，根据您的 pip 版本，输出可能会略有不同。

步骤 2 — 安装 Ipython 和 Jupyter Notebook

在本节中，我们将安装 Ipython 和 Jupyter Notebook。

首先，安装 Ipython：

sudo apt-get -y install ipython ipython-notebook

现在我们可以继续安装 Jupyter Notebook：

sudo -H pip install jupyter

根据 Ubuntu apt-get 存储库中 pip 的版本，尝试安装 Jupyter 时可能会收到以下错误：

You are using pip version 8.1.1, however version 8.1.2 is available.
You should consider upgrading via the 'pip install --upgrade pip' command.

如果是这样，您可以使用 pip 将 pip 升级到最新版本：

sudo -H pip install --upgrade pip

升级 pip，然后再次尝试安装 Jupyter：

sudo -H pip install jupyter

步骤 3 — 运行 Jupyter Notebook

现在您已经拥有运行 Jupyter Notebook 所需的一切！要运行它，请执行以下命令：

jupyter notebook

如果您在安装了 JavaScript 的系统上运行 Jupyter，它仍然会运行，但可能会给出一个错误，指出 Jupyter Notebook 需要 JavaScript：

Jupyter Notebook requires JavaScript.
Please enable it to proceed.
...

要忽略此错误，您可以按 Q，然后按 Y 确认。

Jupyter Notebook 的活动日志将打印到终端。运行 Jupyter Notebook 时，它会运行在特定的端口号上。您通常会在端口 8888 上运行第一个笔记本。要检查 Jupyter Notebook 运行的具体端口号，请参考用于启动它的命令的输出：

[I NotebookApp] Serving notebooks from local directory: /home/sammy
[I NotebookApp] 0 active kernels 
[I NotebookApp] The Jupyter Notebook is running at: http://localhost:8888/
[I NotebookApp] Use Control-C to stop this server and shut down all kernels (twice to skip confirmation).

如果您在本地 Linux 计算机上运行 Jupyter Notebook（而不是在 Droplet 上），您可以简单地导航到 localhost:8888 来连接到 Jupyter Notebook。如果您在 Droplet 上运行 Jupyter Notebook，则需要使用 SSH 隧道连接到服务器，如下一节所述。

此时，您可以保持 SSH 连接打开并保持 Jupyter Notebook 运行，或者可以退出应用程序，一旦设置了 SSH 隧道，就可以重新运行它。让我们简单点，停止 Jupyter Notebook 进程。要停止 Jupyter Notebook 进程，请按 CTRL+C，输入 Y，然后按 ENTER 确认。将显示以下内容：

[C 12:32:23.792 NotebookApp] Shutdown confirmed
[I 12:32:23.794 NotebookApp] Shutting down kernels

第四步 — 使用 SSH 隧道连接服务器

在本节中，我们将学习如何使用 SSH 隧道连接到 Jupyter Notebook 的 Web 接口。由于 Jupyter Notebook 在 Droplet 上运行在特定端口上（例如 :8888、:8889 等），SSH 隧道使您能够安全地连接到 Droplet 的端口。

接下来的两个小节将介绍如何从 1）Mac 或 Linux 和 2）Windows 创建 SSH 隧道。请参考适用于您本地计算机的小节。

在 Mac 或 Linux 上使用 SSH 隧道

如果您使用的是 Mac 或 Linux，创建 SSH 隧道的步骤类似于使用 Linux 或 Mac 指南中的数字海洋 Droplets 使用 SSH 密钥，只是在 ssh 命令中添加了额外的参数。本小节将概述在 ssh 命令中成功创建隧道所需的额外参数。

可以通过运行以下 SSH 命令来进行 SSH 隧道：

ssh -L 8000:localhost:8888 your_server_username@your_server_ip

ssh 命令打开了一个 SSH 连接，但 -L 指定了要将本地（客户端）主机上的给定端口转发到远程端（Droplet）上的给定主机和端口。这意味着在 Droplet 上运行在第二个端口号（即 8888）上的内容将显示在本地计算机上的第一个端口号（即 8000）上。您应该将 8888 更改为 Jupyter Notebook 运行的端口。可选择将端口 8000 更改为您选择的端口（例如，如果 8000 被另一个进程使用）。使用大于或等于 8000 的端口（例如 8001、8002 等）以避免使用已被另一个进程使用的端口。server_username 是您在 Droplet 上创建的用户名（例如 sammy），your_server_ip 是您的 Droplet 的 IP 地址。例如，对于用户名 sammy 和服务器地址 111.111.111.111，命令将是：

ssh -L 8000:localhost:8888 [email protected]

如果在运行 ssh -L 命令后没有出现错误，您可以运行 Jupyter Notebook：

jupyter notebook

现在，从本地计算机的 Web 浏览器中，使用 http://localhost:8000（或您选择的端口号）打开 Jupyter Notebook 的 Web 接口。

在 Windows 上使用 SSH 隧道和 Putty

如果您使用的是 Windows，您也可以使用 Putty 轻松创建 SSH 隧道，如数字海洋 Droplets 上的 Windows 用户使用 PuTTY 指南中所述。

首先，将服务器 URL 或 IP 地址输入为主机名，如下所示：

!设置 SSH 隧道的主机名

接下来，点击左侧窗格底部的 SSH 以展开菜单，然后点击 Tunnels。输入要用于在本地计算机上访问 Jupyter 的本地端口号。选择 8000 或更大的值（例如 8001、8002 等）以避免被其他服务使用的端口，并将目的地设置为 localhost:8888，其中 :8888 是 Jupyter Notebook 运行的端口号。现在点击 Add 按钮，端口应该出现在 Forwarded ports 列表中：

!转发端口列表

最后，点击 Open 按钮以通过 SSH 连接到服务器并隧道所需的端口。在 Web 浏览器中导航至 http://localhost:8000（或您选择的端口）以连接到运行在服务器上的 Jupyter Notebook。

第五步 — 使用 Jupyter Notebook

本节将介绍使用 Jupyter Notebook 的基础知识。到目前为止，您应该已经运行了 Jupyter Notebook，并且应该使用 Web 浏览器连接到它。Jupyter Notebook 非常强大，并且具有许多功能。本节将概述一些基本功能，以帮助您开始使用笔记本。Jupyter Notebook 会自动显示其所在目录中的所有文件和文件夹。

要创建一个新的笔记本文件，请从右上角的下拉菜单中选择 New > Python 2：

!创建一个新的 Python 2 笔记本

这将打开一个笔记本。现在我们可以在单元格中运行 Python 代码，或者将单元格更改为 Markdown。例如，通过点击顶部导航栏中的 Cell > Cell Type > Markdown，将第一个单元格更改为接受 Markdown。现在，我们可以使用 Markdown 写笔记，甚至可以在 $$ 符号之间放置 LaTeX 编写的方程式。例如，在将其更改为 markdown 后，将以下内容键入到单元格中：

# 简单方程式

现在让我们来实现以下方程式：
$$ y = x^2$$

其中 $x = 2$

要将 markdown 转换为富文本，请按 CTRL+ENTER，结果应该如下：

!markdown 结果

您可以使用 markdown 单元格来记录代码并记录您的代码。 让我们实现这个简单的方程式并打印结果。 选择 插入 > 在下方插入单元格 来插入一个单元格，并输入以下代码：

x = 2
y = x*x
print y

要运行代码，请按 CTRL+ENTER。结果应该如下：

!简单方程式结果

现在您可以包含库并像在任何其他 Python 开发环境中一样使用笔记本！

结论

恭喜！您现在应该能够使用 Jupyter 笔记本在 Droplet 上运行并使用 markdown 编写可重现的 Python 代码和笔记。要快速了解 Jupyter 笔记本，请从顶部导航菜单中选择 帮助 > 用户界面导览。