Jupyter Notebook 简易指南

    Machine Learning

架构介绍

Jupyter notebook 是一种 Web 应用，能让用户将说明文本、数学方程、代码和可视化内容全部组合到一个易于共享的文档中，其架构如下：
Jupyter notebook 的架构说明图

可看到该架构核心是 Notebook 服务器（Server）。你通过浏览器连接到该服务器，而 Notebook 呈现为 Web 应用。你在 Web 应用中编写的代码通过该服务器发送给内核，内核运行代码，并将结果发送回该服务器。之后，任何输出都会返回到浏览器中。保存 Notebook 时，它将作为 JSON 文件（文件扩展名为 .ipynb）写入到该服务器中。

因此，你可以在任何地方运行 notebook 服务器，并且可通过互联网访问，或者分享给他人。

安装 Jupyter notebook

我们一般通过终端里运行 conda install jupyter notebook 命令来安装，至于 conda 是什么？如何隔离开不同项目（Project）的开发环境？请参考安装和配置 Anaconda

## 此处假定你已经安装设置好了 anaconda 
## 最左边的 (py36) 显示的是目前所处的开发环境名，参考上面的链接中关于 conda 新建虚拟开发环境的说明
(py36) $ conda install jupyter notebook
Solving environment: done

## Package Plan ##

  environment location: /anaconda3/envs/py36

  added / updated specs:
    - jupyter
    - notebook

The following NEW packages will be INSTALLED:

    ...
    ...

Proceed ([y]/n)? y

Preparing transaction: done
Verifying transaction: done
Executing transaction: done
(py36) $

启动 Notebook 服务器

在终端中输入 jupyter notebook，服务器就会在你运行此命令的目录中启动，这意味着任何 notebook 文件都会保存在该目录下

## 查看当前所在目录
(py36) $ pwd
/Users/user1/Documents/Udacity_Class/temp_test

## 启动 notebooke 服务器 - 此例子里，服务器运行地址是 http://localhost:8888
## 注意当前所处的环境是 py36 ，notebooke 服务器会使用当前所在环境里的 packages
(py36) $ jupyter notebook
[I 06:07:23.978 NotebookApp] Writing notebook server cookie secret to /Users/user1/Library/Jupyter/runtime/notebook_cookie_secret
[I 06:07:24.147 NotebookApp] Serving notebooks from local directory: /Users/user1/Documents/Udacity_Class/temp_test
[I 06:07:24.147 NotebookApp] 0 active kernels
[I 06:07:24.147 NotebookApp] The Jupyter Notebook is running at:
[I 06:07:24.147 NotebookApp] http://localhost:8888/?token=479961dc55f3f37e3885c81bc4de0cfea8c78d51713d7c21
[I 06:07:24.147 NotebookApp] Use Control-C to stop this server and shut down all kernels (twice to skip confirmation).
[C 06:07:24.148 NotebookApp]

打开浏览器，输入服务器地址 http://localhost:8888 后，进入即可开始使用。若要关掉 Notebook，只需在刚刚的终端里使用 Control + C 组合键终止服务器。

Jupyter Notebook 中的数学表达式

在 Notebook 的 Markdown 单元格中，可以使用 LaTeX 符号创建数学表达式。notebook 使用 MathJax 将 LaTeX 符号呈现为数学符号

## 创建「内联（inline）」性质的数学表达式 - 首尾无换行符号
$y = mx + b$

## 创建「块（block）」性质的数学表达式 - 首尾添加换行符号
$$
y = \frac{a}{b+c}
$$

关于 LaTex 的更多常用语法请参考 A Primer on Using LaTeX in Jupyter Notebooks（写得挺好的，所以尽管原文页面已无法访问，还是写出来做个纪念。网上能搜到该文，我的 Dropbox 里也有保存），详细一些的可参看这篇 Online LaTeX reference ，更加全面的信息可以参考这个 PDF 文件（尽管该文件似乎有些久远）

Magic 关键字

Magic 关键字是可以在单元格中运行的特殊命令，能让你控制 notebook 本身或执行系统调用（例如更改目录）。例如，在 notebook 中可以使用 %matplotlib 将 matplotlib（python 的一个绘图库） 设置为以交互方式工作。

Magic 命令的前面带有一个或两个百分号（% 或 %%），分别对应「行 Magic 命令」和「单元格 Magic 命令」。「行 Magic 命令」仅应用于编写 Magic 命令时所在的行，而「单元格 Magic 命令」应用于整个单元格。

注意：
这些 Magic 关键字是特定于普通 Python 内核的关键字。如果使用其他内核，这些关键字很有可能无效。

  • 示例一：运行计时器
    有时候，你可能希望让代码运行得更快，可以使用 Magic 命令 %timeit 测算代码的运行时间

    1. 使用 %timeit 测算某个命令的运行时间：

    2. 使用 %%timeit 来测算整个单元格的运行时间：

  • 示例二：在 notebook 中嵌入可视化内容
    notebook 允许你将图像与文本和代码一起嵌入。这在你使用 matplotlib 或其他绘图包创建可视化内容时最为有用。在 notebook 中可以使用 %matplotlib 将 matplotlib 设置为以交互方式工作。默认情况下，图形呈现在各自的窗口中。但是，你可以通过命令传递参数，以选择特定的后端（呈现图像的软件）。要直接在 notebook 中呈现图形，应将通过命令 %matplotlib inline 内联后端一起使用

提示：
在分辨率较高的屏幕（例如 Retina 显示屏）上，notebook 中的默认图像可能会显得模糊。可以在 %matplotlib inline 之后使用 %config InlineBackend.figure_format = 'retina' 来呈现分辨率较高的图像。

小技巧

在 Notebook 里使用库 matplotlib 时：

  1. 添加 %matplotlib inline 后可在 Notebook 内容流上显示图表（符号 % 带一串命令在 Notebook 里被称为 magic commands）

  2. 在代码末尾添加分号 ; 可以隐藏输出，参考这里

  3. 如果 notebook 中的代码需要和其他网站交互，比如载入 IMDb 网站的数据，但是这些网站由于各种原因无法直接访问，可以尝试在启动 Notebook 服务器的命令前加上一个代理命令，表示该服务器在代理环境下打开，享受上网代理的流量端口：

## 注意，代理服务器需要自己进行额外配置，myproxy 这个命令也是自行设置命名的，并不是系统自带命令，比如有些玩家可能用的是 proxychains4  
$ myproxy jupyter notebook  ## 在配置好的代理环境中运行 notebook

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