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jupyter notebook快捷键-进阶

由 ぃ、小莉子 提交于 2019-12-05 13:44:36

这篇文章是基于一篇最初出现在Alex Rogozhnikov的博客上的文章

Jupyther notebook ,也就是一般说的 Ipython notebook，是一个可以把代码、图像、注释、公式和作图集于一处，从而实现可读性分析的一种灵活的工具。 


Jupyter延伸性很好，支持多种编程语言，可以很轻松地安装在个人电脑或者任何服务器上——只要有ssh或者http接入就可以啦。最棒的一点是，它完全免费哦。




Jupyter 界面 


默认情况下，Jupyter Notebook 使用Python内核，这就是为什么它原名 IPython Notebook。Jupyter notebook是Jupyter项目的产物——Jupyter这个名字是它要服务的三种语言的缩写：Julia，PYThon和R，这个名字与“木星（jupiter）”谐音。本文将介绍27个轻松使用Jupyter的小窍门和技巧。


◆ ◆ ◆

1.快捷键


高手们都知道，快捷键可以节省很多时间。Jupyter在顶部菜单提供了一个快捷键列表：Help > Keyboard Shortcuts 。每次更新Jupyter的时候，一定要看看这个列表，因为不断地有新的快捷键加进来。另外一个方法是使用Cmd + Shift + P (  Linux 和 Windows下 Ctrl + Shift + P亦可)调出命令面板。这个对话框可以让你通过名称来运行任何命令——当你不知道某个操作的快捷键，或者那个操作没有快捷键的时候尤其有用。这个功能与苹果电脑上的Spotlight搜索很像，一旦开始使用，你会欲罢不能。



 

几个我的最爱：

  • Esc + F 在代码中查找、替换，忽略输出。

  • Esc + O 在cell和输出结果间切换。

  • 选择多个cell: 

    • Shift + J 或 Shift + Down 选择下一个cell。

    • Shift + K 或 Shift + Up 选择上一个cell。

    • 一旦选定cell，可以批量删除/拷贝/剪切/粘贴/运行。当你需要移动notebook的一部分时这个很有用。

  • Shift + M 合并cell. 



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2.变量的完美显示


有一点已经众所周知。把变量名称或没有定义输出结果的语句放在cell的最后一行，无需print语句，Jupyter也会显示变量值。当使用Pandas DataFrames时这一点尤其有用，因为输出结果为整齐的表格。 


鲜为人知的是，你可以通过修改内核选项ast_note_interactivity，使得Jupyter对独占一行的所有变量或者语句都自动显示，这样你就可以马上看到多个语句的运行结果了。


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 11Out[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

如果你想在各种情形下（Notebook和Console）Jupyter都同样处理，用下面的几行简单的命令创建文件~/.ipython/profile_default/ipython_config.py即可实现：

c = get_config()# Run all nodes interactivelyc.InteractiveShell.ast_node_interactivity = "all"


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3.轻松链接到文档


在Help 菜单下，你可以找到常见库的在线文档链接，包括Numpy，Pandas，Scipy和Matplotlib等。 


另外，在库、方法或变量的前面打上?，即可打开相关语法的帮助文档。


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

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4.在notebok里作图


在notebook里作图，有多个选择： 

- matplotlib （事实标准）（http://matplotlib.org/），可通过%matplotlib inline 激活，（https://www.dataquest.io/blog/matplotlib-tutorial/） 
- %matplotlib notebook 提供交互性操作，但可能会有点慢，因为响应是在服务器端完成的。 
- mpld3（https://github.com/mpld3/mpld3） 提供matplotlib代码的替代性呈现（通过d3），虽然不完整，但很好。 
- bokeh（http://bokeh.pydata.org/en/latest/） 生成可交互图像的更好选择。 
- plot.ly（https://plot.ly/） 可以生成非常好的图，可惜是付费服务。



       

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5.Jupyter Magic命令


上文提到的%matplotlib inline 是Jupyter Magic命令之一。

# This will list all magic commands%lsmagic
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 Automagic is ON, % prefix IS NOT needed for line magics.

推荐阅读Jupyter magic命令的相关文档

（http://ipython.readthedocs.io/en/stable/interactive/magics.html），它一定会对你很有帮助。下面是我最爱的几个：


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6.Jupyter Magic-%env:设置环境变量


不必重启jupyter服务器进程，也可以管理notebook的环境变量。有的库（比如theano）使用环境变量来控制其行为，%env是最方便的途径。


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


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7.Jupyter Magic-%run:运行python代码



%run 可以运行.py格式的python代码——这是众所周知的。不那么为人知晓的事实是它也可以运行其它的jupyter notebook文件，这一点很有用。 


注意：使用%run 与导入一个python模块是不同的。


In [56]:    # this will execute and show the output from
            # all code cells of the specified notebook
            %run ./two-histograms.ipynb



 


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8.Jupyter Magic-%load：从外部脚本中**代码


该操作用外部脚本替换当前cell。可以使用你的电脑中的一个文件作为来源，也可以使用URL。


In [ ]:     # Before Running
            %load ./hello_world.py
In [61]:    # After Running
            # %load ./hello_world.py
            if __name__ == "__main__":
                print("Hello World!")
            Hello World!

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9.Jupyter Magic-%store：在notebook文件之间传递变量


%store 命令可以在两个notebook文件之间传递变量。


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)

现在，在一个新的notebook文档里……

In [1]: %store -r data
        print(data)
        this is the string I want to pass to different notebook


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10.Jupyter Magic-%who：列出所有的全局变量


不加任何参数， %who 命令可以列出所有的全局变量。加上参数 str 将只列出字符串型的全局变量。


In [1]: one = "for the money"
        two = "for the show"
        three = "to get ready now go cat go" 
        %who str
        one  three   two    


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11.Jupyter Magic-计时


有两种用于计时的jupyter magic命令： %%time 和 %timeit.当你有一些很耗时的代码，想要查清楚问题出在哪时，这两个命令非常给力。 


仔细体会下我的描述哦。 


%%time 会告诉你cell内代码的单次运行时间信息。


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 使用了Python的 timeit 模块，该模块运行某语句100，000次（默认值），然后提供最快的3次的平均值作为结果。


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


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12.Jupyter Magic-writefile and %pycat:导出cell内容/显示外部脚本的内容


使用%%writefile magic可以保存cell的内容到外部文件。 而%pycat功能相反，把外部文件语法高亮显示（以弹出窗方式）。


In [7]: %%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)


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13.Jupyter Magic-%prun：告诉你程序中每个函数消耗的时间

使用%prun statementname将给您一个有序表，它显示了每个内部函数在语句中被调用的次数，每次调用的时间以及函数的所有运行时间的累积时间。

In [47]:    %prun some_useless_slow_function()
  26324 function calls in 0.556 seconds

   Ordered by: internal time

   ncalls  tottime  percall  cumtime  percall filename:lineno(function)
    10000    0.527    0.000    0.528    0.000 <ipython-input-46-b52343f1a2d5>:2(append_if_not_exists)
    10000    0.022    0.000    0.022    0.000 {method 'randint' of 'mtrand.RandomState' objects}
        1    0.006    0.006    0.556    0.556 <ipython-input-46-b52343f1a2d5>:6(some_useless_slow_function)
     6320    0.001    0.000    0.001    0.000 {method 'append' of 'list' objects}
        1    0.000    0.000    0.556    0.556 <string>:1(<module>)
        1    0.000    0.000    0.556    0.556 {built-in method exec}
        1    0.000    0.000    0.000    0.000 {method 'disable' of '_lsprof.Profiler' objects}

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14.Jupyter Magic-用%pdb调试程序


Jupyter 有自己的调试界面The Python Debugger (pdb)（https://docs.python.org/3.5/library/pdb.html），使得进入函数内部检查错误成为可能。 


Pdb中可使用的命令见链接（https://docs.python.org/3.5/library/pdb.html#debugger-commands）


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()

        ipdb>

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15.末句函数不输出


有时候不让末句的函数输出结果比较方便，比如在作图的时候，此时，只需在该函数末尾加上一个分号即可。


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);



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16.运行Shell命令


在notebook内部运行shell命令很简单，这样你就可以看到你的工作文件夹里有哪些数据集。


In [7]: !ls *.csv
nba_2016.csv             titanic.csv
pixar_movies.csv         whitehouse_employees.csv


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17.用LaTex写公式


当你在一个Markdown单元格里写LaTex时，它将用MathJax呈现公式：如 


P(A∣B)=P(B∣A),P(A)P(B)


会变成 




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18.在notebook内用不同的内核运行代码


如果你想要，其实可以把不同内核的代码结合到一个notebook里运行。 


只需在每个单元格的起始，用Jupyter magics调用kernal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


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19.给Jupyter安装其他的内核


Jupyter的优良性能之一是可以运行不同语言的内核。下面以运行R内核为例说明：

简单的方法：通过Anaconda安装R内核


conda install -c r r-essentials


稍微麻烦的方法：手动安装R内核


如果你不是用Anaconda，过程会有点复杂，首先，你需要从CRAN安装R。 


之后，启动R控制台，运行下面的语句：


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

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20.在同一个notebook里运行R和Python


要这么做，最好的方法事安装rpy2（需要一个可以工作的R），用pip操作很简单： 


pip install rpy2 


然后，就可以同时使用两种语言了，甚至变量也可以在二者之间公用：


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))



      


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21.用其他语言写函数


有时候numpy的速度有点慢，我想写一些更快的代码。 


原则上，你可以在动态库里编译函数，用python来封装… 


但是如果这个无聊的过程不用自己干，岂不更好？

 
你可以在cython或fortran里写函数，然后在python代码里直接调用。 


首先，你要先安装：


!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.)


我个人比较喜欢用Fortran，它在写数值计算函数时十分方便。更多的细节在（http://arogozhnikov.github.io/2015/09/08/SpeedBenchmarks.html）。


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])


还有一些别的跳转系统可以加速python 代码。更多的例子见（http://arogozhnikov.github.io/2015/09/08/SpeedBenchmarks.html）


你可以在cython或fortran里写函数，然后在python代


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22.支持多指针


Jupyter支持多个指针同步编辑，类似Sublime Text编辑器。按下Alt键并拖拽鼠标即可实现。



 

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23.Jupyter外界拓展


Jupyter-contrib extensions（https://github.com/ipython-contrib/jupyter_contrib_nbextensions）是一些给予Jupyter更多更能的延伸程序，包括jupyter spell-checker和code-formatter之类. 


下面的命令安装这些延伸程序，同时也安装一个菜单形式的配置器，可以从Jupyter的主屏幕浏览和激活延伸程序。


!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


 


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24.从Jupyter notebook创建演示稿


Damian Avila的RISE（https://github.com/damianavila/RISE）允许你从已有的notebook创建一个powerpoint形式的演示稿。 
你可以用conda来安装RISE：


conda install -c damianavila82 rise


或者用pip安装：


pip install RISE


然后运行下面的代码来安装和激活延伸程序：


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



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25.Jupyter输出系统


Notebook本身以HTML的形式显示，单元格输出也可以是HTML形式的，所以你可以输出任何东西：视频/音频/图像。 


这个例子是浏览我所有的图片，并显示前五张图的缩略图。


In [12]:    import os
            from IPython.display import display, Image
            names = [f for f in os.listdir('../images/ml_demonstrations/') if f.endswith('.png')]
            for name in names[:5]:
                display(Image('../images/ml_demonstrations/' + name, width=100))



 
 
 
 


我们也可以用bash命令创建一个相同的列表，因为magics和bash运行函数后返回的是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']


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26.大数据分析


很多方案可以解决查询/处理大数据的问题：



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27.分享notebook


分享notebook最方便的方法是使用notebook文件（.ipynb），但是对那些不使用notebook的人，你还有这些选择：


 原文链接：https://www.dataquest.io/blog/jupyter-notebook-tips-tricks-shortcuts/

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