交互式笔记本-Jupyter

1. 简介

Jupyter Notebook（前称 IPython notebook）是一个交互式笔记本，支持运行 40 多种编程语言。

Jupyter Notebook 实际上是一个 Web 应用程序，可以创建和共享程序文档，支持实时代码，数学方程，可视化和 Markdown。用途包括：数据清理和转换，数值模拟，统计建模，机器学习等。

2. 本地安装

2.1 本地安装

推荐使用 Anaconda，自带 Numpy、Scipy、Matplotlib 等多种 Python 开发包和 Jupyter notebook。

如果使用单独的 Python 解释器，则需要安装 Jupyter：

2.2 本地运行

3. Docker 安装 Jupyter

官方提供了 base-notebook、minimal-notebook、all-spark-notebook、pyspark-notebook、scipy-notebook、datascience-notebook、tensorflow-notebook 以及 r-notebook 可选。根据自己的需要选择合适的镜像。

3.1 安装 Docker

# CentOS 7 上安装 Docker
yum install docker
# 启动 docker 服务进程
service docker start

3.2 运行 Jupyter

docker run -d --name jupyter \
-p 8888:8888 \
--user root \
-e GRANT_SUDO=yes \
-e NB_UID=1000 \
-e NB_GID=100 \
-v /home/jupyter:/home/jovyan/work \
jupyter/tensorflow-notebook start-notebook.sh \
--NotebookApp.password='sha1:080ffe3b42b2:f592d77b83d318bad8ee771ba44a51569af552d8'
# 增加 NB_UID 对目录的权限
chown 1000 /home/jupyter

参数解释：

\ 表示换行，把一条命令拆成多行以方便阅读
-d 表示启动的容器进入到后台运行；
-p 表示指定端口，这里把宿主机的 8888 端口映射到容器的 8888 端口；
–user=root，允许运行 sudo；
-e 指定 jovyan 用户相关权限 ID；
–name 表示给启动的容器设定名字;
-v 表示把宿主机的目录挂载到容器中。Jupyter Docker 的文档目录是 /home/jovyan/work，为了使得容器被销毁时，文档不受影响，将本地目录 /home/local/jupyter 挂载到 /home/jovyan/work;
-NotebookApp.password 是登录的密码，可以在 Ipython 中使用如下命令生成：

In [1]: from notebook.auth import passwd
In [2]: passwd()
Enter password: 123456
Verify password: 123456
Out[2]: 'sha1:080ffe3b42b2:f592d77b83d318bad8ee771ba44a51569af552d8'

3.3 配置 Nginx

通过 nginx -t 命令找到 Nginx 的配置文件地址。在 nginx.conf 文件中，新增如下内容：

    upstream notebook {
        server localhost:8888;
    }
    server{
        listen 80;
        server_name yourdomain.com;
    location / {
        proxy_pass            http://notebook;
        proxy_set_header      Host $host;
        }

    location ~ /api/kernels/ {
        proxy_pass            http://notebook;
        proxy_set_header      Host $host;
        # websocket support
        proxy_http_version    1.1;
        proxy_set_header      Upgrade "websocket";
        proxy_set_header      Connection "Upgrade";
        proxy_read_timeout    86400;
        }
    location ~ /terminals/ {
        proxy_pass            http://notebook;
        proxy_set_header      Host $host;
        # websocket support
        proxy_http_version    1.1;
        proxy_set_header      Upgrade "websocket";
        proxy_set_header      Connection "Upgrade";
        proxy_read_timeout    86400;
        }
    }

使用 nginx -s reload ，重启 Nginx 服务后生效。

4. 使用

Jupyter 的基本单元是编程 cell 组成，也就是一个 In[ ]:

Jupyter 有三种类型的 cells：code，markdown cells，raw cells，常用的是 code cells 和 markdown cells 类型。

Cells 状态分为命令模式和编辑模式，Enter 进入编辑模式，ESC 进入命令模式，命令模式和编辑模式下支持很多操作快捷键。

常用命令模式快捷键：

- y: 单元进入代码状态
- m: 转入markdown状态
- r：转入raw状态
- a: 上方插入新单元
- b：下方插入新单元
- x：剪切选中单元
- c: 复制选中单元
- shift-v：粘贴到上方单元

插入 Markdown

直接输入 Markdown ，然后 Run 即可渲染结果。支持标题，文本，视频，图片等。

插入 LaTeX 公式

创建行内公式

`1`	`$\Gamma(n) = (n-1)!\quad\forall n\in\mathbb N$。`

块级公式

`1`	`$x = \dfrac{-b \pm \sqrt{b^2 - 4ac}}{2a} $$`

代码块

可以直接在页面输出代码块，只需要在前后加上```代码块 ```即可。

嵌入图片

1
2

from IPython.display import Image
Image(filename="yourpath.jpg")

嵌入音乐

可以嵌入本地音乐和网络音乐

1
2

from IPython.display import Audio
Audio(filename="yourpath.wma")

1
2

from IPython.display import Audio
Audio(url="http://yourpath.wma")

嵌入本地视频

import io
import base64
from IPython.display import HTML

video = io.open('/home/test.mp4', 'r+b').read()
encoded = base64.b64encode(video)

HTML(data='''<video alt="test" controls>
     <source src="data:video/mp4;base64,{0}" type="video/mp4" />
     </video>'''.format(encoded.decode('ascii')))

嵌入网页

1
2

from IPython.display import IFrame
IFrame('http://yourpath.com', width='100%', height=350)

嵌入链接

1
2

from IPython.display import FileLink
FileLink('./test/a.ipynb')

魔法命令

所有以 % 开头的方法，都是所谓的魔术方法 (Magic function)，也就是 IPython 内置的一些方法。需要注意的是，魔术方法有%和 %% 之分，比如 %timeit 和 %% timeit。在 IPython 中有专门的叫法，前者叫 line magic 后者叫cell magic。顾名思义，前者是专门针对一行的命令，后者针对多行的命令。

通过 %lsmagic可以查看所有的 magic 命令，使用 ? 或者 ?? 可以查看该命令的信息，后者可以查看源码。如： %alias?，会出现该方法的描述。

推荐订阅源

陈少文的网站