3  安装使用Jupyter Notebook

表 3.1: conda环境管理与Jupyter安装术语，以及帮助你理解它们的比喻
术语 比喻
环境 房间
环境创建
conda create -n 环境名称		 新建一个房间
环境激活
conda activate 环境名称		 进入一个房间
环境管理
装包conda install 包名称或pip install 包名称
卸载包conda remove 包名称或pip uninstall 包名称		 装修一个房间：
给房间添置家具
从房间移除家具
在某个环境中安装Jupyter
pip install jupyter		 在某个房间中添置一个叫做jupyter的家具
在某个环境中注册ipython核
python -m ipykernel install --user --name 核名称 --display-name "显示的核名称"
（要求已经在环境中安装了jupyter）
（注册核后，使用Jupyter Notebook时能通过核在相应环境中工作）		 给某个房间配一把钥匙
钥匙的名字叫核名称
钥匙上有贴纸，上书显示的核名称
配这种钥匙的前提是已经添置了家具jupyter
环境删除
conda env remove -n 要删除的环境名称		 砸毁一个房间

3.1 Jupyter Notebook是什么

3.1.1 文学编程

著名程序员高德纳推广了将文字说明与程序有机结合的思想，这种做法有助于代码与思想的传播，称为文学编程（literate programming）。 本教程融合了代码与文本，也是一种文学编程。 计算笔记本（computational notebook）是文学编程的另一种典型实践：笔记本可以包含并执行任意代码，笔记本文件可以用于分享数据、工作流程、可视化、代码等。

Jupyter项目的核心目的是提供计算笔记本交互式计算的工具和标准。此项目最早支持的编程语言是Julia,Python,R，因此得名Jupyter。 Jupyter项目有两个主要的笔记本编辑程序：Jupyter Notebook和JupyterLab。本教程介绍Jupyter Notebook，JupyterLab是Jupyter Notebook的进阶版。

3.1.2 Jupyter Notebook工作原理

Jupyter Notebook服务是多个独立模块共同运行的结果：

  • Jupyer 内核：笔记本编辑器为每个笔记本文件创建一个REPL1，称为内核（kernel）。Jupyter计划的前身IPython就是一个高级的REPL。
  • Jupyter Notebook的界面是网页应用，用浏览器查看。
  • Jupyter Server（服务器）与内核通信。

模块化使得拓展Jupyter变得容易。 如，其他人可以在Jupyter协议的框架下，编写全新的界面实现新的编辑功能，而不需考虑由Jupyter服务器负责的核新建与管理。

Jupyter用.ipynb文件存储笔记本文件。 .ipynb格式是一种 json 文档，将笔记本单元格、程序输出和元数据存放在结构化的文本文件中。

3.2 安装Jupyter

  1. 在Anaconda Prompt中，用conda install jupyter在当前环境中安装jupyter。（注意要先激活对应的环境） 如果conda install失败，尝试pip install jupyter。
注记说明

如果你的环境中没有pip工具，可以用conda install pip在当前环境安装pip。

  1. 安装成功后，在Anaconda Prompt中输入jupyter --version，显示Jupyter核心包信息。（ 图 3.1 ）
图 3.1: 查看Jupyter核心包版本信息。图中显示，在tutorial环境中Jupyter成功安装。

3.3 注册核kernel

  1. 在当前环境中注册核：python -m ipykernel install。

    此命令有多个选项，用python -m ipykernel install --help可查看（ 图 3.2 ）。部分命令如下：

    • --user，仅为当前用户（而非全系统）注册核
    • --name NAME，为核取名为NAME，NAME可以由你自定义，但请用英文字母数字等常规ASCII字符取名。适用于你需要使用多个核的场景，系统根据NAME来区分各个核。
    • --display-name DISPLAY_NAME，指定核的显示名称为DISPLAY_NAME，DISPLAY_NAME应该被英文引号包围。此选项适用于你需要使用多个核的场景，jupyter notebook的网页界面会用DISPLAY_NAME来显示各个核。推荐用英文字母数字等常规ASCII字符取名。

  2. 查看当前环境中已注册的核：jupyter kernelspec list

  3. 删除特定核：jupyter kernelspec remove 核名称

图 3.2: 关于注册核的命令python -m ipykernel install的帮助文档 
Anaconda Prompt
# 例子
# 为当前用户、在当前环境注册一个核
# 核名称为tutorial，此核在notebook网页应用界面中显示为"Python程序基础"
# 但是推荐display-name和name都用英文字母与数字，不要用中文
python -m ipykernel install --user --name tutorial --display-name "Python程序基础"

# 查看已注册的核
jupyter kernelspec list
图 3.3: 用ipykernel为当前环境注册内核，核名为tutorial，此核在notebook菜单中显示的名称是“Python程序基础”。
图 3.4: 查看已注册的核。
图 3.5: 用ipykernel注册内核后，在相应文件夹生成了kernel.json文件。
图 3.6: kernel.json文件记录了核的显示名称，关联的编程语言，关联的解释器路径等信息。

3.4 Jupyer Notebook使用

3.4.1 启动Jupyter Notebook

根据你安装的是Anaconda还是Miniconda，有两种方式：

  1. 如果安装的是Miniconda，在Anaconda Prompt中输入jupyter notebook，回车。(图 3.7)
  2. 如果安装了完整的Anaconda，开始菜单中的Anaconda文件夹下，有Jupyter Notebook图标，点击之。(图 3.8)
图 3.7: 启动Jupyter Notebook后的Anaconda Prompt。
图 3.8: Anaconda文件夹下的Jupyter Notebook图标。

不管使用哪种方法，Anaconda Prompt都会显示notebook服务器的一些信息（ 图 3.7 ），同时浏览器会打开notebook仪表板（ 图 3.9 ），默认URL是http://localhost:8888/tree。

图 3.9: 浏览器显示的notebook仪表板。
注记注意

启动Jupyter服务器后，类似 图 3.7 中显示服务器信息的窗口不能随便关闭——关闭此窗口就会关闭Jupyter服务器，将导致不可使用Jupyter Notebook。只有在使用完毕Jupyter Notebook后，才可关闭此窗口。

3.4.2 新建notebook

  1. 在仪表板中导航到目标文件夹，新建的ipynb文件将位于这个文件夹中。 图 3.9 中，当前文件夹是Miniconda3的安装目录，也是当前用户的家目录。如果你不清楚应该把新建的ipynb文件放在哪个目录中，你可以将其放在桌面（ 图 3.9 中的Desktop文件夹）。

  2. 点击左上角File-New-Notebook以新建notebook。此时会提示你选择kernel，选择之前注册的核即可。（图 3.10）

  3. 点击Jupyter logo旁边的文件名（默认是Untitled1），重命名ipynb文件。（图 3.11）

    图 3.10: 创建notebook时选择核
    图 3.11: 重命名ipynb文件。

3.4.3 打开既有notebook

本课程的教学材料中有一些.ipynb文件。将这些.ipynb下载到本地， 启动notebook服务后，导航到这些.ipynb文件所在的文件夹，单击这些笔记本文件就可打开。

直接双击ipynb文件，一般会通过文本编辑器打开一个json文件。

不启动Jupyter服务器，是无法通过浏览器正确渲染notebook文件内容并使用笔记本的全部功能的。

3.4.4 核操作

菜单中的Kernel选项中，有一些核操作：

  1. Interrupt Kernel，中断当前执行的代码，程序死机时用。中断核后，此前运行产生的数据都还在。

  2. Restart Kernel…，重启核，会清空此前运行程序产生的数据。当需要打断某个持续运行的代码框（该代码框前的方括号中显示*时），可以点击此选项。

图 3.12: 当一个代码单元格前的方框显示为如图中的[*]，说明此单元格的代码正在运行。如果不想等待代码运行结束（可能是因为正在运行的是永不结束的死循环，也可能是死机，或是程序需要很长时间才能运行完而你就是不想等了，……），可以通过Interrupt Kernel或Restart Kernel中断代码的运行。

  1. Reconnect to Kernel，与Kernel连接中断时，用来重连。

  2. Shut Down Kernel，关闭当前notebook文件使用的核；Shut Down All Kernels…，关闭所有运行中的核。

图 3.13: notebook的Kernel选项。熟悉Jupyter Notebook的使用后，你可以猜想并验证上文没有提到的核操作的作用。

仅仅关闭显示某个ipynb文件的浏览器页面，并不关闭相应的核。 重新打开该ipynb文件后，还可以对该文件进行编辑，且此前运行产生的结果仍然保留着。

要真正停止程序运行，需关闭核（通过Kernel菜单中的Shut Down Kernel或Shut Down All Kernels ...）。 关闭核后，Jupyter服务器还在运行，还可以重启核新建ipynb文件。

要停止全部Jupyter服务，可以点击菜单中的File-Shut Down，或关闭用于启动Jupyter Notebook的Anaconda Prompt窗口。

Jupyter Notebook的写作我们用一个ipynb文件展示，因此不在这里展开。

3.5 其他问题

3.5.1 启动jupyter notebook浏览器不打开

有时尝试启动Jupyter Notebook后，网页界面不会自动打开，Anaconda Prompt会提示”To access the server, open this file in a browser:“（要获取服务器，将此文件在浏览器中打开）（ 图 3.14 ）。只要复制下面的链接，在浏览器中打开，就可以使用Jupyter Notebook了。

图 3.14: Anaconda Prompt提示将某个文件在浏览器中打开。

3.5.2 已注册的核在网页界面中不显示

首先，用jupyter kernelspec list确认存在一些已经注册的核。

然后运行python -m ipykernel install，手动为该环境注册核。

这个问题的产生原因不明确，可能是设置文件中有一些问题。 经验证，用python -m ipykernel install能修复这些问题。

3.6 练习

  1. 在本课程的环境中安装Jupyter
  2. 在此环境中注册一个Jupyter内核。如果不知道给内核起什么名或显示名称，可以用自己的名字拼音。
  3. 打开一个.ipynb文件，使用2中注册的核。
  4. 新建一个.ipynb文件，将其重命名，使用2中注册的核。

3.7 参考资料

Jupyter官网：什么是Jupyter？

ipython文档：为多个环境创建核

Jupyter社区论坛：Python3核在菜单中不可用

  1. REPL（read, evaluate, print, loop）是一种编程技术，允许程序员交互式写代码、运行代码，返回结果，然后重复【写代码、运行代码，返回结果】的过程。此过程中产生的数据始终保存在内存中。↩︎