任务1.4 掌握Jupyter Notebook常用功能

任务描述

Jupyter Notebook（此前被称为IPython Notebook）是一个交互式笔记本，支持运行40多种编程语言。它本质上是一个支持实时代码、数学方程、可视化和Markdown的Web应用程序。对于数据分析，Jupyter Notebook最大的优点是可以重现整个分析过程，并将说明文字、代码、图表、公式和结论都整合在一个文档中。用户可以通过电子邮件、Dropbox、GitHub和Jupyter Notebook Viewer将分析结果分享给其他人。

任务分析

（1）掌握Jupyter Notebook的基本功能。

（2）掌握Jupyter Notebook的高级功能。

1.4.1 掌握Jupyter Notebook的基本功能

1．启动Jupyter Notebook

在安装完成Python、配置好环境变量并安装了Jupyter Notebook后，在Windows系统下的命令行或者在 Linux 系统下的终端输入命令“jupyter notebook”，即可启动 Jupyter Notebook，如图1-15所示。

2．新建一个Notebook

打开Jupyter Notebook以后会在系统默认的浏览器中出现图1-16所示的界面。单击右上方的“New”下拉按钮，出现下拉列表，如图1-17所示。

在下拉列表中选择需要创建的Notebook类型。其中，“Text File”为纯文本型，“Folder”为文件夹，“Python 3”表示Python运行脚本，灰色字体表示不可用项目。选择“Python 3”选项，进入Python脚本编辑界面，如图1-18所示。

3．Jupyter Notebook的界面及其构成

Notebook文档由一系列单元（Cell）构成，主要有两种形式的单元，如图1-19所示。

（1）代码单元。这里是读者编写代码的地方，通过按“Shift+Enter”组合键运行代码，其结果显示在本单元下方。代码单元左边有“In [ ]：”编号，方便使用者查看代码的执行次序。

（2）Markdown单元。在这里可对文本进行编辑，采用Markdown的语法规范，可以设置文本格式，插入链接、图片甚至数学公式。同样，按“Shift+Enter”组合键可运行Markdown单元，显示格式化的文本。

Jupyter Notebook编辑界面类似于Linux的VIM编辑器界面，在Notebook中也有两种模式。

（1）编辑模式。用于编辑文本和代码。选中单元并按“Enter”键进入编辑模式，此时单元左侧显示绿色竖线，如图1-20所示。

（2）命令模式。用于执行键盘输入的快捷命令。通过按“Esc”键进入命令模式，此时单元左侧显示蓝色竖线，如图1-21所示。

如果要使用快捷键，首先按“Esc”键进入命令模式，然后按相应的键实现对文档的操作。例如，切换到代码单元按“Y”键，切换到Markdown单元按“M”键，在本单元的下方增加一单元按“B”键，查看所有快捷命令按“H”键。

1.4.2 掌握Jupyter Notebook的高级功能

1．Markdown

Markdown是一种可以使用普通文本编辑器编写的标记语言。通过简单的标记语法，它可以使普通文本内容具有一定的格式。Jupyter Notebook 的 Markdown 单元比基础的Markdown的功能更加强大，下面将从标题、列表、字体、表格和数学公式编辑5个方面进行介绍。

（1）标题

标题是标明文章和作品等内容的简短语句。读者写报告或者写论文时，标题是不可或缺的，尤其是论文的章节等，需要使用不同级别的标题。Markdown作为一款排版的工具，一般使用类Atx形式，在首行前加一个“#”字符代表一级标题，加两个“#”字符代表二级标题，以此类推。图1-22和图1-23所示分别为Markdown的代码和展示效果。

（2）列表

列表是一种由数据项构成的有限序列，即按照一定的线性顺序排列而成的数据项的集合。列表一般分为两种：一种是无序列表，使用一些图标标记，没有序号，没有排列顺序；另一种是有序列表，使用数字标记，有排列顺序。Markdown对于无序列表，可使用星号、加号或者减号作为列表标记；Markdown对于有序列表，则使用数字“.”“ ”（一个空格）表示。图1-24和图1-25所示分别为列表的代码和运行结果。

（3）字体

文档中为了凸显部分内容，一般对文字使用加粗或斜体格式，使得该部分内容变得更加醒目。对于 Markdown 排版工具而言，通常使用星号“*”和下划线“_”作为标记字词的符号。前后有两个星号或下划线表示加粗，前后有3个星号或下划线表示斜体。图1-26和图1-27所示分别为加粗/斜体的代码和运行结果。

（4）表格

使用 Markdown 同样也可以绘制表格。代码的第一行表示表头。第二行分隔表头和主体部分。从第三行开始，每一行代表一个表格行。列与列之间用符号“｜”隔开，表格每一行的两边也要有符号“｜”。图1-28和图1-29所示分别为表格的代码和运行结果。

（5）数学公式编辑

LaTeX 是写科研论文的必备工具，不但能实现严格的文档排版，而且能编辑复杂的数学公式。在Jupyter Notebook的Markdown单元中也可以使用LaTeX来插入数学公式。在文本行中插入数学公式，应使用两个“$”符号，例如质能方程“$E = mc^2$”。如果要插入一个数学区块，则使用两个“$$”符号，比如用“$$ z= \frac{x}{y} $$”表示式（1-1）。

在输入上述公式的LaTeX表达式后，运行结果如图1-30所示。

2．导出功能

Notebook还有一个强大的特性，就是导出功能。可以将Notebook导出为多种格式，如HTML、Markdown、reST、PDF（通过LaTeX）等格式。其中，导出PDF功能，可以让读者不用写LaTeX即可创建漂亮的PDF文档。读者还可以将Notebook作为网页发布在自己的网站上。甚至，可以导出为reST格式，作为软件库的文档。导出功能可通过选择“File”→“Download as”级联菜单中的命令实现，如图1-31所示。