詳解運行Python的神器Jupyter Notebook

Jupyter Notebook

Jupyter項目是從Ipython項目中分出去的,在Ipython3.x之前,他們兩個是在一起發佈的。在Ipython4.x之後,Jupyter作為一個單獨的項目進行開發和管理。因為Jupyter不僅僅可以運行Python程序,它還可以執行其他流程編程語言的運行。

Jupyter Notebook包括三個部分,第一個部分是一個web應用程序,提供交互式界面,可以在交互式界面中運行相應的代碼。

上圖是NoteBook的交互界面,我們可以對文檔進行編輯,運行等操作。

主要的功能如下:

  • 在瀏覽器中進行代碼編輯,自動語法突出顯示,縮進和制表符完成/自檢功能。
  • 從瀏覽器執行代碼的能力,並將計算結果附加到生成它們的代碼上。
  • 使用諸如HTML,LaTeX,PNG,SVG等富媒體表示來顯示計算結果。例如,可以內嵌包含matplotlib庫渲染的具有出版質量的圖形。
  • 使用Markdown標記語言在瀏覽器中對富文本進行的編輯(可以為代碼提供註釋)不僅限於純文本。
  • 使用LaTeX輕松在markdown單元中包含數學符號的能力,並由MathJax本地呈現。

第二個部分就是NoteBook的文檔瞭,這個文檔存儲瞭要運行的代碼和一些描述信息。一般這個文檔是以.ipynb的後綴進行存儲的。

notebook文檔是以json的形式存儲的,並用base64進行編碼。使用json的好處就是可以在不同的服務器中方便的進行數據的交互。

Notebook documents中除瞭可運行的代碼文件,還可以存儲說明等解釋性內容,從而將代碼和解釋內容完美結合,尤其適合做學習筆記使用。

筆記本可以通過nbconvert命令導出為多種靜態格式,包括HTML,reStructuredText,LaTeX,PDF等多種格式。

另外文檔還可以方便的在網絡上進行共享。

第三個部分就是代碼運行的核心Kernels,通過不同的Kernels搭配,notebook可以支持運行多種程序。比如:Python,java,go,R,ruby,nodejs等等。

這些Kernels和notebook之間是以Json的形式通過MQ來進行通信的。

啟動notebook server

有瞭文檔之後,如果我們想要運行文檔,需要啟動notebook server。

jupyter notebook

默認情況下會開啟下面的URL: http://127.0.0.1:8888

啟動的時候還可指定要打開的.ipynb文件:

jupyter notebook my_notebook.ipynb

具體的notebook界面的操作這裡就不多介紹瞭,基本上和普通的編譯器差不多。大傢可以自行探索。

notebook document 的結構

notebook中包含瞭多個cells,每個cell中包含瞭多行文本輸入字段,可以通過Shift-Enter 或者工具欄中的播放按鈕來執行其中的代碼。

這裡的cell有三種類型,分別是code cells,markdown cells和raw cells。

code cells

代碼單元允許您編輯和編寫新代碼,並突出顯示完整的語法和制表符。 您使用的編程語言取決於內核,默認內核(IPython)運行Python代碼。

執行代碼單元時,它包含的代碼將發送到與筆記本關聯的內核。 然後,從該計算返回的結果將在筆記本中顯示為單元格的輸出。 輸出不僅限於文本,還有許多其他可能的輸出形式,包括matplotlib圖形和HTML表格(例如,在pandas數據分析包中使用的表格)。

我們看一個code cells的例子:

#%%

import numpy as np
my_arr = np.arange(1000000)
my_list = list(range(1000000))

每個單元格是以 #%% 來進行分隔的。

Ipython本身還支持多種富文本的展示格式,包括HTML,JSON,PNG,JPEG,SVG,LaTeX等。

Ipython提供瞭一個display方法,我們可以使用display來展示要呈現的對象:

from IPython.display import display

display(obj) 將會尋找這個對象所有可能的展示類型,並從中挑選一個最適合的類型進行展示,並將結果存儲在Notebook文檔裡面。

如果你想展示特定類型的對象,那麼可以這樣:

from IPython.display import (
    display_pretty, display_html, display_jpeg,
    display_png, display_json, display_latex, display_svg
)

舉個展示圖片的例子:

from IPython.display import Image
i = Image(filename='../images/ipython_logo.png')
i
display(i)

上面的例子中i包含瞭一個Image對象,直接調用i即可展示,我們也可以顯示的調用display(i)。

其他的富文本類型可以參考Image,使用方法都是類似的。

markdown cells

markdown是一種簡介的標記語言,使用起來非常簡單,使用范圍非常廣泛,所以notebook document也支持markdown的語法。

先看一個markdown cell的例子:

#%% md

```python
$ python
Python 3.6.0 | packaged by conda-forge | (default, Jan 13 2017, 23:17:12)
[GCC 4.8.2 20140120 (Red Hat 4.8.2-15)] on linux
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>> a = 5
>>> print(a)
5
```

markdown中的語法在notebook中都是可以用的。

還支持標準的LaTeX 和 AMS-LaTeX語法。

raw cells

原始單元格提供瞭一個可以直接寫入輸出的位置。 notebook不會對原始單元格中的內容進行計算。

以模塊的形式導入Jupyter Notebooks

有時候我們希望以模塊的形式導入Jupyter Notebooks,但是可惜的是,Jupyter Notebooks並不是一個標準的python程序,不過Python提供瞭一些鉤子程序,讓我們能夠方便的進行導入。

首先,我們需要導入一些基本的API :

import io, os, sys, types

from IPython import get_ipython
from nbformat import read
from IPython.core.interactiveshell import InteractiveShell

接下來需要註冊NotebookFinder到sys.meta_path:

sys.meta_path.append(NotebookFinder())

這個NotebookFinder就是定義的鉤子。

我們看下NotebookFinder的定義:

class NotebookFinder(object):
    """Module finder that locates Jupyter Notebooks"""
    def __init__(self):
        self.loaders = {}

    def find_module(self, fullname, path=None):
        nb_path = find_notebook(fullname, path)
        if not nb_path:
            return

        key = path
        if path:
            # lists aren't hashable
            key = os.path.sep.join(path)

        if key not in self.loaders:
            self.loaders[key] = NotebookLoader(path)
        return self.loaders[key]

裡面使用瞭兩個重要的方法,find_notebook用來找到notebook,和NotebookLoader,用來加載notebook。

看下find_notebook的定義:

def find_notebook(fullname, path=None):
    """find a notebook, given its fully qualified name and an optional path

    This turns "foo.bar" into "foo/bar.ipynb"
    and tries turning "Foo_Bar" into "Foo Bar" if Foo_Bar
    does not exist.
    """
    name = fullname.rsplit('.', 1)[-1]
    if not path:
        path = ['']
    for d in path:
        nb_path = os.path.join(d, name + ".ipynb")
        if os.path.isfile(nb_path):
            return nb_path
        # let import Notebook_Name find "Notebook Name.ipynb"
        nb_path = nb_path.replace("_", " ")
        if os.path.isfile(nb_path):
            return nb_path

看下NotebookLoader的定義:

class NotebookLoader(object):
    """Module Loader for Jupyter Notebooks"""
    def __init__(self, path=None):
        self.shell = InteractiveShell.instance()
        self.path = path

    def load_module(self, fullname):
        """import a notebook as a module"""
        path = find_notebook(fullname, self.path)

        print ("importing Jupyter notebook from %s" % path)

        # load the notebook object
        with io.open(path, 'r', encoding='utf-8') as f:
            nb = read(f, 4)


        # create the module and add it to sys.modules
        # if name in sys.modules:
        #    return sys.modules[name]
        mod = types.ModuleType(fullname)
        mod.__file__ = path
        mod.__loader__ = self
        mod.__dict__['get_ipython'] = get_ipython
        sys.modules[fullname] = mod

        # extra work to ensure that magics that would affect the user_ns
        # actually affect the notebook module's ns
        save_user_ns = self.shell.user_ns
        self.shell.user_ns = mod.__dict__

        try:
          for cell in nb.cells:
            if cell.cell_type == 'code':
                # transform the input to executable Python
                code = self.shell.input_transformer_manager.transform_cell(cell.source)
                # run the code in themodule
                exec(code, mod.__dict__)
        finally:
            self.shell.user_ns = save_user_ns
        return mod

有瞭他們,我們就可以直接import我們自己編寫的notebook瞭。

以上就是詳解運行Python的神器Jupyter Notebook的詳細內容,更多關於運行Python的神器Jupyter Notebook的資料請關註WalkonNet其它相關文章!

推薦閱讀: