12-Jupyter-Notebook
12. 可视化运行Python的神器Jupyter Notebook
简介
如果我们想要运行Python,通常有两种方式,第一种方式就是在Python或者IPython的解释器环境中进行交互式运行,还有一种方式就是程序员最喜欢的编写.py文件,在文件中编写python代码,然后运行。
如果我们想写一篇关于Python的文章,文章里面有代码,还希望代码能够在当前页面运行,可不可以做到呢?
可以的,那就是使用我们今天要介绍的Jupyter Notebook。
Jupyter Notebook
Jupyter项目是从Ipython项目中分出去的,在Ipython3.x之前,他们两个是在一起发布的。在Ipython4.x之后,Jupyter作为一个单独的项目进行开发和管理。因为Jupyter不仅仅可以运行Python程序,它还可以执行其他流程编程语言的运行。
Jupyter Notebook包括三个部分,第一个部分是一个web应用程序,提供交互式界面,可以在交互式界面中运行相应的代码。
上图是NoteBook的交互界面,我们可以对文档进行编辑,运行等操作。
主要的功能如下:
在浏览器中进行代码编辑,自动语法突出显示,缩进和制表符完成/自检功能。
从浏览器执行代码的能力,并将计算结果附加到生成它们的代码上。
使用诸如HTML,LaTeX,PNG,SVG等富媒体表示来显示计算结果。例如,可以内嵌包含matplotlib库渲染的具有出版质量的图形。
使用Markdown标记语言在浏览器中对富文本进行的编辑(可以为代码提供注释)不仅限于纯文本。
使用LaTeX轻松在markdown单元中包含数学符号的能力,并由MathJax本地呈现。
第二个部分就是NoteBook的文档了,这个文档存储了要运行的代码和一些描述信息。一般这个文档是以.ipynb的后缀进行存储的。
notebook文档是以json的形式存储的,并用base64进行编码。使用json的好处就是可以在不同的服务器中方便的进行数据的交互。
Notebook documents中除了可运行的代码文件,还可以存储说明等解释性内容,从而将代码和解释内容完美结合,尤其适合做学习笔记使用。
笔记本可以通过nbconvert命令导出为多种静态格式,包括HTML,reStructuredText,LaTeX,PDF等多种格式。
另外文档还可以方便的在网络上进行共享。
第三个部分就是代码运行的核心Kernels,通过不同的Kernels搭配,notebook可以支持运行多种程序。比如:Python,java,go,R,ruby,nodejs等等。
这些Kernels和notebook之间是以Json的形式通过MQ来进行通信的。
启动notebook server
有了文档之后,如果我们想要运行文档,需要启动notebook server。
默认情况下会开启下面的URL: http://127.0.0.1:8888
启动的时候还可指定要打开的.ipynb文件:
具体的notebook界面的操作这里就不多介绍了,基本上和普通的编译器差不多。大家可以自行探索。
notebook document 的结构
notebook中包含了多个cells,每个cell中包含了多行文本输入字段,可以通过Shift-Enter 或者工具栏中的播放按钮来执行其中的代码。
这里的cell有三种类型,分别是code cells,markdown cells和raw cells。
code cells
代码单元允许您编辑和编写新代码,并突出显示完整的语法和制表符。 您使用的编程语言取决于内核,默认内核(IPython)运行Python代码。
执行代码单元时,它包含的代码将发送到与笔记本关联的内核。 然后,从该计算返回的结果将在笔记本中显示为单元格的输出。 输出不仅限于文本,还有许多其他可能的输出形式,包括matplotlib图形和HTML表格(例如,在pandas数据分析包中使用的表格)。
我们看一个code cells的例子:
每个单元格是以 #%%
来进行分隔的。
Ipython本身还支持多种富文本的展示格式,包括HTML,JSON,PNG,JPEG,SVG,LaTeX等。
Ipython提供了一个display方法,我们可以使用display来展示要呈现的对象:
display(obj)
将会寻找这个对象所有可能的展示类型,并从中挑选一个最适合的类型进行展示,并将结果存储在Notebook文档里面。
如果你想展示特定类型的对象,那么可以这样:
举个展示图片的例子:
上面的例子中i包含了一个Image对象,直接调用i即可展示,我们也可以显示的调用display(i)
。
其他的富文本类型可以参考Image,使用方法都是类似的。
markdown cells
markdown是一种简介的标记语言,使用起来非常简单,使用范围非常广泛,所以notebook document也支持markdown的语法。
先看一个markdown cell的例子:
markdown中的语法在notebook中都是可以用的。
还支持标准的LaTeX 和 AMS-LaTeX语法。
raw cells
原始单元格提供了一个可以直接写入输出的位置。 notebook不会对原始单元格中的内容进行计算。
以模块的形式导入Jupyter Notebooks
有时候我们希望以模块的形式导入Jupyter Notebooks,但是可惜的是,Jupyter Notebooks并不是一个标准的python程序,不过Python提供了一些钩子程序,让我们能够方便的进行导入。
首先,我们需要导入一些基本的API :
接下来需要注册NotebookFinder到sys.meta_path:
这个NotebookFinder就是定义的钩子。
我们看下NotebookFinder的定义:
里面使用了两个重要的方法,find_notebook用来找到notebook,和NotebookLoader,用来加载notebook。
看下find_notebook的定义:
看下NotebookLoader的定义:
有了他们,我们就可以直接import我们自己编写的notebook了。
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