18 個(gè) Jupyter Notebook 小技巧，幫助你快速騰飛

作者丨周蘿卜

來源丨蘿卜大雜燴

Jupyter Notebook 是干嘛的就不再過多介紹了，這篇文章收集了一些頂級(jí)的 Jupyter Notebook 技巧，可以讓你迅速成為一個(gè) Jupyter 超級(jí)使用者！

作為一款完全免費(fèi)的產(chǎn)品，它的身上有太多值得探索的內(nèi)容了，這里整理了28個(gè)，希望能夠?qū)δ阌兴鶐椭?/p>

1、快捷鍵

任何重度用戶應(yīng)該都知道，鍵盤快捷鍵的有效使用可以節(jié)省大量時(shí)間。Jupyter 在頂部的菜單下存儲(chǔ)了一個(gè) keybord 快捷鍵列表：Help>Keyboard shortcuts，或者在命令模式下按H鍵也可以調(diào)出。我們每次更新 Jupyter 時(shí)都需要檢查一下快捷鍵的情況，因?yàn)楹芏鄷r(shí)候總是會(huì)添加更多的快捷方式。

另一種訪問快捷鍵的方法，也是學(xué)習(xí)快捷鍵的一種簡(jiǎn)便方法，就是使用命令面板：Cmd+Shift+P（在Linux和Windows上是Ctrl+Shift+P）。這個(gè)對(duì)話框可幫助我們按名稱運(yùn)行任何命令—如果我們不知道某個(gè)操作的鍵盤快捷鍵，或者想要執(zhí)行的操作沒有鍵盤快捷鍵，那么該對(duì)話框?qū)⑹欠浅Ｓ杏谩Ｋ墓δ茴愃朴?Mac 上的 Spotlight 搜索，一旦我們開始使用它，你就會(huì)依賴它，以至于會(huì)想沒有它你會(huì)怎么生活！

下面是一些我個(gè)人比較喜歡的快捷鍵：

Esc 進(jìn)入命令模式

在命令模式下：

• A要在當(dāng)前單元格上方插入新單元格，B將在下面插入新單元格。

• M要將當(dāng)前單元格更改為標(biāo)記，Y將其更改為代碼

• D+D（按兩次鍵）刪除當(dāng)前單元格

Enter將使我們從命令模式返回到給定單元格的編輯模式。

Shift+Tab將顯示剛輸入代碼單元的對(duì)象的Docstring（文檔）——可以繼續(xù)按此鍵切換以循環(huán)使用幾種文檔模式。

Ctrl+Shift+-將當(dāng)前單元格從光標(biāo)所在的位置拆分為兩個(gè)。

Esc+F查找并替換代碼，但不是輸出。

Esc+O切換單元格輸出。

選擇多個(gè)單元格：

• Shift+J或Shift+Down選擇下一個(gè)單元格，也可以使用Shift+K或Shift+Up選擇向上一個(gè)單元格。

• 一旦我們選擇了多個(gè)單元格，就可以對(duì)它們進(jìn)行批量的刪除/復(fù)制/剪切/粘貼/運(yùn)行，這個(gè)功能在需要修改部分腳本是是很有幫助的。

• 可以使用Shift+M合并多個(gè)單元格。

2、漂亮的顯示變量

我們都知道，通過使用變量名或語句的未賦值輸出完成Jupyter單元格，Jupyter將顯示該變量，而不需要print語句。這在處理數(shù)據(jù)幀時(shí)特別有用，因?yàn)檩敵霰徽R地格式化為一個(gè)表。

但是鮮為人知的是，我們可以修改一個(gè) ast_note_interactivity 選項(xiàng)，使Jupyter對(duì)自己行中的任何變量或語句執(zhí)行此操作，這樣我們就可以一次看到多個(gè)語句的值。

from IPython.core.interactiveshell import InteractiveShell
InteractiveShell.ast_node_interactivity = "all"

from pydataset import data
quakes = data('quakes')
quakes.head()
quakes.tail()

如果要為所有Jupyter實(shí)例（筆記本和控制臺(tái)）設(shè)置這個(gè)行為，只需創(chuàng)建一個(gè)文件~/.ipython/profile_default/ipython_config.py，通過下面的代碼實(shí)現(xiàn)

c = get_config()

# Run all nodes interactively
c.InteractiveShell.ast_node_interactivity = "all"

3、文檔的簡(jiǎn)單鏈接

在“幫助”菜單中，可以找到指向常用庫(kù)（包括NumPy、Pandas、SciPy和Matplotlib）的聯(lián)機(jī)文檔鏈接。

但是我們也應(yīng)該知道，在庫(kù)、方法或變量前面加上？，也可以訪問Docstring以快速參考語法。

?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

4、繪圖

有許多方法可以在notebook中繪制圖片

• matplotlib，用%matplotlib inline激活–大部分情況下，使用matplotlib繪圖是實(shí)際上的標(biāo)準(zhǔn)

• %matplotlib notebook提供了交互性，但是速度可能有點(diǎn)慢，因?yàn)樗械匿秩径际窃诜?wù)器端完成的。

• Seaborn是建立在Matplotlib之上的，它使得建造更具吸引力的圖片變得更加容易。只需導(dǎo)入Seaborn，matplotlib繪圖就變得“更漂亮”，無需任何代碼修改。

• mpld3為matplotlib代碼提供了可選的呈現(xiàn)器（使用d3）。很好，可以選擇嘗試下。

• bokeh是一個(gè)更好的選擇，可以建立互動(dòng)的場(chǎng)景。

• ploy.ly可以繪制一些很棒的動(dòng)態(tài)圖表-雖然曾經(jīng)是一個(gè)付費(fèi)服務(wù)，但是現(xiàn)在已經(jīng)開源了。

• Altair是一個(gè)相對(duì)較新的Python可視化庫(kù)。很容易使用，并且可以生成非常好看的繪圖，但是定制這些繪圖的功能遠(yuǎn)不如Matplotlib強(qiáng)大。

5、IPython 魔法命令行

上面看到的%matplotlib就是IPython魔術(shù)命令的一個(gè)示例，基于IPython內(nèi)核，Jupyter可以訪問IPython內(nèi)核中的所有魔法，它們可以讓我們更輕松的使用 Jupyter！

# 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.

6、IPython 魔法-%env 設(shè)置環(huán)境變量

我們可以管理notebook的環(huán)境變量，而無需重新啟動(dòng)jupyter服務(wù)器進(jìn)程。有些庫(kù)是（比如theano）使用環(huán)境變量來控制行為的，%env 就是最方便的方法。

# Running %env without any arguments
# lists all environment variables# The line below sets the environment
# variable
%env OMP_NUM_THREADS%env OMP_NUM_THREADS=4

env: OMP_NUM_THREADS=4

7、IPython 魔法-%run 執(zhí)行Python代碼

%run可以從.py文件執(zhí)行python代碼——這是一個(gè)有很好方法，但是卻很少有人知道，它還可以執(zhí)行其他jupyter notebook，這也非常有用。

需要注意的是，使用%run與導(dǎo)入python模塊不同。

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

8、IPython 魔法-%load 從外部腳本插入代碼

這個(gè)魔法語言，可以用外部腳本替換單元格的內(nèi)容，可以使用計(jì)算機(jī)上的文件作為源，也可以使用URL。

# Before Running
%load ./hello_world.py

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

Hello World!

9、IPython 魔法-%store 在notebook之間傳遞變

%store命令允許我們?cè)趦蓚€(gè)不同的notebook之間傳遞變量。

data = 'this is the string I want to pass to different notebook'
%store data
del data # This has deleted the variable

Stored 'data' (str)

然后在一個(gè)新的notebook中

%store -r data
print(data)

this is the string I want to pass to different notebook

10、IPython 魔法-%who 列出全局范圍的所有變量

不帶任何參數(shù)的%who命令將列出全局范圍中存在的所有變量，傳遞類似str的參數(shù)將只列出該類型的變量。

one = "for the money"
two = "for the show"
three = "to get ready now go cat go"
%who str

one three two

11、IPython 魔法-計(jì)時(shí)功能

有兩個(gè)IPython魔術(shù)命令對(duì)計(jì)時(shí)很有用–%%time和%timeit，當(dāng)我們有一些慢代碼需要執(zhí)行并且試圖找出問題所在的時(shí)候，這就特別方便了。

%%time會(huì)給你關(guān)于代碼里一次代碼運(yùn)行的信息。

%%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Python timeit模塊，該模塊運(yùn)行一條語句100000次（默認(rèn)情況下），然后提供最快三次的平均值。

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

12、IPython 魔法-%%writefile和%pycat 導(dǎo)出單元格的內(nèi)容/顯示外部腳本的內(nèi)容

使用%%writefile將該單元格的內(nèi)容保存到外部文件中，%pycat的作用正好相反，它（在彈出窗口中）可以顯示外部文件的內(nèi)容。

%%writefile

%%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

%%pycat

%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)

13、IPython 魔法-%prun 顯示程序在每個(gè)函數(shù)中花費(fèi)的時(shí)間

使用%prun statement_name將生產(chǎn)一個(gè)有序表，顯示在語句中調(diào)用每個(gè)內(nèi)部函數(shù)的次數(shù)、每次調(diào)用所占用的時(shí)間以及函數(shù)的所有運(yùn)行的累計(jì)時(shí)間。

%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 :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 :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 :1()
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}

14、IPython 魔法-使用%pdb進(jìn)行調(diào)試

Jupyter有自己的Python調(diào)試器（pdb）接口，這樣就可以進(jìn)入函數(shù)內(nèi)部并調(diào)查那里發(fā)生了什么。

%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)
in ()
5 raise NotImplementedError()
6
----> 7 pick_and_take()
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:

> (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>

15、執(zhí)行Shell命令

從notebook內(nèi)部執(zhí)行shell命令很容易，可以使用此選項(xiàng)檢查工作文件夾中的可用數(shù)據(jù)集

!ls *.csv

nba_2016.csv titanic.csv pixar_movies.csv whitehouse_employees.csv

檢查安裝的庫(kù)

!pip install numpy !pip list | grep pandas

Requirement already satisfied (use --upgrade to upgrade): numpy in /Library/Frameworks/Python.framework/Versions/3.4/lib/python3.4/site-packages pandas (0.18.1)

16、使用LaTeX格式化

在markdown單元格中寫入LaTeX時(shí)，將使用MathJax將其呈現(xiàn)為公式。

$P(A mid B) = frac{P(B mid A)P(A)}{P(B)}$

我們要時(shí)刻謹(jǐn)記，MarkDown 是 Jupyter 的非常重要的一部分，一定要好好利用

17、在一個(gè)notebook中使用不同的kernel運(yùn)行代碼

如果需要，可以將多個(gè)內(nèi)核中的代碼合并到一個(gè)notebook中。

只需在每個(gè)要使用內(nèi)核的單元格的開頭使用ipython magics和內(nèi)核名稱：

• %%bash

• %%HTML

• %%python2

• %%python3

• %%ruby

• %%perl

%%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

18、在同一個(gè)notebook上運(yùn)行R和Python

最好的解決方案是安裝rpy2，這可以通過pip輕松完成：

pip install rpy2

接下來就是同時(shí)使用兩種語言了

%load_ext rpy2.ipython
%R require(ggplot2)


array([1], dtype=int32)

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]
})

%%R -i df ggplot(data = df) + geom_point(aes(x = X, y= Y, color = Letter, size = Z))

-End-

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