Jupyter Notebook入门教程
0. 前言
Jupyter Notebook是一款创建和分享计算文档的网络应用程序。它提供了一种简单、流线型、以文档为中心的体验。由于它可以同时显示丰富的文本和运行代码,并且其内置丰富的交互式控件,能够极大地丰富了可视化功能,给使用者非常直观地体验,因此它非常适合作为个人 笔记工具和 教学工具。
配套notebook文件下载,下载解压notebook.zip文件,在notebook目录下打开jupyter notebook。
; 1. 安装与配置
1.1 安装Anaconda或者Miniconda
建议下载Miniconda
1.2 安装Jupyter
- 打开Anaconda或者Miniconda的命令提示窗口,创建新的虚拟环境
–
将env_name替换成你的自定义环境名称
conda create -n env_name python=3.8 scikit-image=0.18 -y
–
查看新环境是否已经创建成功
conda env list
- 安装Jupyter
–
进入新创建的环境
conda activate env_name
安装Jupyter
pip install jupyter
- 输入jupyter notebook即可在浏览器中自动打开notebook
- 如果我们想新建一个notebook,并且使用当前新建的环境时,我们发现没有当前新建环境的IPython内核:
- 在当前环境下建立新的IPython内核
–
安装ipykernel
pip install ipykernel
生成ipykernel的配置文件
python -m ipykernel install --name env_name
查看已有的kernel
jupyter kernelspec list
- 再次启动jupyter notebook发现已经有了当前环境下的IPython内核了
1.3 安装扩展
安装扩展包
pip install jupyter_contrib_nbextensions
安装 javascript和css文件
jupyter contrib nbextension install --user
启动juputer notebook
发现多了 Nbextensions
然后取消勾选下面的这个选项就可以使用扩展了
下面时几个比较有用的扩展
variable inspector
table of content
snippets
codefolding
autopep8
hide input
split cell notebook
zenmode
1.4 基本配置
- 命令行配置
- 可以使用
jupyter notebook --help
查看配置选项 - 配置文件配置
–
生成配置文件
jupyter notebook --generate-config
配置文件的位置
~/.jupyter # linux系统
C:\Users\\.jupyter # windows系统
– 打开配置文件,jupyter_notebook_config.py,里面的内容默认全部注释掉,例如想要修改默认打开的本地目录,找到
c.NotebookApp.notebook_dir
:– 保存后重启即可生效。
2. 基本使用与快捷键
3. 系统命令与魔法命令
3.1 使用系统命令
; 3.2 魔法命令
在Jupyter Notebook中,可以使用Magic命令来执行Python语言之外的命令,即可以在Jupyter Notebook中混合执行操作系统命令和脚本,以及其他语言的代码(Ruby,R等)
3.2.1 魔法命令简介
- Magic有两种形式:Line Magics和Cell Magics。
- Line Magics:以
%
开头,该行后面的内容都是Line Magics代码。 - Cell Magics:以
%%
开头,后面整个单元格内都是Cell Magics代码。
- 查看帮助内容
; 3.2.2 常用魔法命令
%%writefile
命令用于将本单元格中的代码写入一个文件。- 命令格式:
%%writefile [-a] filename
%pycat
命令用于显示python源文件内容。
%run
命令用于运行python源文件。
%load
命令用于加载文件到Notebook中。- 命令格式:
%run filename
,filename可以是本地文件、URL和代码历史范围等。
%store
命令用于保存变量当前值,可以在多个Notebook之间传递变量。- 命令格式:
%store variablename
。
%who
命令用于显示所有变量清单,也可以显示指定变量类型。- 命令格式:
%who [type]
.
*
%matplotlib inline
,使得 matplotlib
绘制的图像直接在单元格中显示,而不需要 plt.show()
。–
%matplotlib inline
import matplotlib.pyplot as plt
from skimage import data
img=data.astronaut()
plt.figure(num='astronaut',figsize=(16,16))
plt.subplot(1,4,1)
plt.title('origin image')
plt.imshow(img)
plt.axis('off')
plt.subplot(1,4,2)
plt.title('R channel')
plt.imshow(img[:,:,0])
plt.axis('off')
plt.subplot(1,4,3)
plt.title('G channel')
plt.imshow(img[:,:,1])
plt.axis('off')
plt.subplot(1,4,4)
plt.title('B channel')
plt.imshow(img[:,:,2])
plt.axis('off')
pass
3.2.3 自定义魔法命令
- 使用两个修饰模块:单元魔法命令register_cell_magic,行魔法命令register_line_magic
- 定义一个行魔法命令,功能是翻译内容
- 使得定义的魔法函数能被所有Notebook使用。
- 将自定义魔法命令添加到扩展中,所有的notebook都可以使用
可以将这个magic function
添加到一个extension module
,需要将这个py文件放在和notebook
相同的目录。或者添加到~/.ipython/extensions
,这样在新的notebook文件中使用%1oad_ext 扩展名
就可以得到刚才定义的magic function
。~/.ipython/extensions
会被自动添加到Python path,所以所有的notebook都可以找打这个extension。
; 4. display
模块显示示多媒体内容
Jupyter notebook中使用 IPython.display
模块可以输出显示多媒体内容,如音频、视频、图片和网页等。
4.1 显示图片、HTML、音频、视频
; 4.2 显示网页
显示网页的IFrame类功能比较强大,单独拿出来介绍。
* 嵌入在线音频
* 嵌入在线视频
* 嵌入本地pdf
5. ipywidgets
创建交互界面
widget是可以和用户交互的控件,如文本输入框,滑动条,按钮等,从而在Jupyter Notebook中构建可交互的用户界面。ipywidgets包含了丰富的widget,这些widget既是后端的python对象,也是前端的网页元素,他们可以相互发送和同步信息。
如果没有ipywidgets可以执行下面两条命令安装
!pip install ipywidgets
!jupyter nbextension enable --py widgetsnbextension
5.1 widget简介
5.1.1 基本概念
ipywidgets
中提供了多种widget的类,在使用各种widget时一般先进行实例化,然后设置属性,最后使用 display
显示。下面演示一个滑动条的例子:
- 对于每个widget,其后端是Notebook内核中的一个python对象,而我们所看到的滑动条是前端页面对该对象创建的HTML/Javascript视图。因此我们改变前端的一些属性如滑动滑杆改变数值,后端滑杆的value属性也会相应发生改变,同理,我们修改后端的属性,前端的显示也会发生相应改变。
; 5.1.2 属性
每个widget都是一个类,那么就有其相应的属性的方法,如上面的滑动条有 description
和 value
属性分别表示滑动条前面的描述文字和当前滑动条的值。
- 通过
dir()
函数查看widget的属性和方法 - 通过widget的keys属性显示widget的所有同步的、有状态的属性
5.2 创建常用widgets
5.2.1 滑动条类
滑动条类的widget控件有很多,有单个数值的IntSlider和FloatSlider和范围数值的IntRangeSlider和FloatRangeSlider。
- IntSlider和FloatSlider
- IntSlider的数值都是整数,而FloatSilder是浮点数
- IntRangeSlider和FloatRangeSlider
- 和上面的区别在于,这里的数值返回的是一个范围
; 5.2.2 进度条类
IntProgress和FloatProgress用于显示进度条。
5.2.3 文本类
- 数值文本IntText、FloatText、BoundedIntText、BoundedFloatText,这四个widget提供了整数或者浮点数的数值文本框,并且可以通过右侧的箭头调整数值大小。
- 文字文本Text、Textarea、Label、HTML
; 5.2.4 点击类
用于显示Bool值的一些控件
5.2.5 选项类
选项类可以显示选项列表,包括单选功能的Dropdown、RadioButtons和Select,多选功能有SelectMultiple。
; 5.2.6 多媒体类
5.2.7 输出类
在所有widget中有一种特殊的控件——Output控件,它可以将输出统一显示在其实例化的控件中。
执行上面的代码,notebook中并没有输出,如果想要显示 hello
,需要使用 display
函数显示output对象,如下:
Output类中有一个重要的方法 clear_output()
来清除output显示的内容。运行下面的代码后, In[68]
输出的 hello
会被清除。
下面使用Output控件显示一张图片和它的灰度直方图:
Output控件在后面实现一个完整的交互式应用中有重要作用,它可以将所有交互控件的组合统一集中在一个输出界面下。
; 5.2.8 排版类
如果需要按一定的布局来显示多种控件,那么一些排版类的控件很方便我们实现一定的布局,常用的排版控件主要有Box、HBox、VBox、GridBox、Layout、AppLayout等。
* AppLayout
5.3 widget之间建立关联
一些数值类的widget可以建立关联,改变其中一个widget的值,与其关联的widget的值也会发生变化。
5.3.1 link()和dlink()方法
- link()
注意建立关联的位置,改变滑动条的数值时文本框中的数值也会发生改变,反之亦然。
- dlink()
它与link()的区别在于dlink()是单向连接的,改变滑动条的数值时文本框中的数值也会发生改变,反之则不行。
; 5.3.2 jslink()和jsdlink()方法
- jslink()
- jsdlink()
jslink()和jsdlink()在正常情况下于link()和dlink()的功能完全一致,但是当浏览器前端于后端内核断开时,前者依然有效(仅仅在显示层面)而后者失效。
上图时内核断开后改变滑动条数值时,文本框数值也会改变。
5.3.3 断开关联
对于已经建立关联的对象,使用 unlink()
方法即可断开连接。
; 5.4 widget事件绑定
5.4.1 事件
交互式应用要求应用需要对操作做出相应的响应,从使用者做出操作到应用响应这个过程被称为 事件。例如,点击一个按钮控件就可以触发执行一个函数,这个函数被称为事件处理函数。
下面以Button为例:
上面的例子中,只要点击”按键1″就会打印上图所示两行内容,Button控件和事件处理函数是通过
on_click()
方法进行绑定的,它是Button的一种特殊方法。
进一步观察magic()
事件处理函数可以发现,该函数的传入参数是Button控件实例化的对象,on_click()
方法可以执行magic()
函数并且将控件对象传入,因此事件处理函数可以使用控件的属性和方法。
; 5.4.2 事件绑定方法
- 5.4.1节演示了Button控件的事件绑定方法
on_click()
,文本框也有类似的特殊方法on_submit()
,示例如下: on_click()
和on_submit()
是Button控件和Text控件特有的事件绑定方法,对于其他控件有一种通用的事件绑定方法observe()
,下面以Dropdown控件为例:
上的的示例的功能是,下拉菜单选择图片名,下方图片会显示相应的图片。
observe()
方法的作用是监听被绑定控件某些属性的变化,如上面监听的是Dropdown控件的value
属性的变化,并将变化存在change
这个字典中。可以观察最下方change
的输出:
{'name': 'value',
'old' : 'camera',
'new' : 'logo',
'owner': Dropdown(description='pick images', index=2, options=('cat', 'camera', 'logo', 'checkerboard', 'rocket', 'coins', 'colorwheel'), value='logo'),
'type' : 'change'}
observe()的第一个输入参数是事件处理函数,第二个输入参数是要监听的属性,只要该属性一改变,就会触发事件处理函数。
5.5 制作一个完整的交互应用
前面介绍了widget控件的基本使用方法,现在可以利用上面介绍的内容制作一个完整的交互式应用,该应用的功能是显示指定图片及其高斯模糊图片,并且可以实时调节高斯模糊度,进行显示。
运行前请执行 pip uninstall scikit-image
和 pip install scikit-image==0.18
,其他版本可能会出现警告。
import ipywidgets as wgs
import matplotlib.pyplot as plt
from skimage import data,filters
img_lists = ('cat','camera','logo','checkerboard','rocket','coins','text')
head = wgs.HTML('Image Blurring App')
label_1 = wgs.Label(value="选择图片:")
label_2 = wgs.Label(value="选择模糊度:")
slider = wgs.IntSlider(description="Sigma",value=3,min=0,max=10,layout=wgs.Layout(height='auto', width='normal'))
dropdown = wgs.Dropdown(description="Images",options=img_lists,layout=wgs.Layout(height='auto', width='normal'))
output = wgs.Output()
def on_dropdown_change(change):
sigma = slider.value
img = getattr(data,change.new)()
blurred = filters.gaussian(img,sigma=sigma,channel_axis=True,preserve_range=True).astype('uint8')
with output:
output.clear_output(wait=True)
plt.subplot(121)
plt.imshow(img,cmap='gray')
plt.title('Origanal')
plt.axis('off')
plt.subplot(122)
plt.imshow(blurred,cmap='gray')
plt.title('Blurred')
plt.axis('off')
plt.show()
def on_slider_change(change):
sigma = change.new
img = getattr(data,dropdown.value)()
blurred = filters.gaussian(img, sigma=sigma,channel_axis=True,preserve_range=True).astype('uint8')
with output:
output.clear_output(wait=True)
plt.subplot(121)
plt.imshow(img,cmap='gray')
plt.title('Origanal')
plt.axis('off')
plt.subplot(122)
plt.imshow(blurred,cmap='gray')
plt.title('Blurred')
plt.axis('off')
plt.show()
slider.observe(on_slider_change,names='value')
dropdown.observe(on_dropdown_change,names='value')
left_box = wgs.VBox([label_1,dropdown,label_2,slider])
box = wgs.HBox([left_box,output])
vbox = wgs.VBox([head,box])
display(vbox)
可以使用Dropdown选择要显示的图片,调节滑动条显示模糊后的图片。
下面是使用AppLayout排版得到的效果
from ipywidgets import AppLayout
AppLayout(header=wgs.HTML('Image Blurring App'),
left_sidebar=left_box,
center=None,
right_sidebar=output,
footer=None)
5.6 自动生成交互应用
除了上述上述可以手动制作交互应用,还可以通过内置的 interact
交互方式自动生成实时交互应用。
5.6.1 使用 interact()
; 5.6.2 使用装饰器
可以将上述代码进一步简化,在定义交互函数时使用 @interact()
装饰器,可以获得一样的效果:
5.6.3 使用 interactive()
interactive()
和 interact()
的区别在于前者必须使用 diaplay()
才能显示,可以根据需要自主选择显示的位置,同时 interactive()
返回的是一个widget,因此可以根据需要调用 interactive()
中各widget的属性。
; 5.6.4 使用 interact_manual()
或 continuous_update
- 有时候希望调整结束后再显示最终结果,那么就可以使用
interact_mannal()
手动控制结果显示。
6. 参考资料
- 《Jupyter入门与实战》
- 参考视频
- conda 下安装jupyter notebook
Original: https://blog.csdn.net/qq_40918859/article/details/125067935
Author: jiayuzhang128
Title: (超详细)Jupyter Notebook入门教程
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