科技改變生活 · 科技引領(lǐng)未來
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如果我們想要運行Python，通常有兩種方式，第一種方式就是在Python或者IPython的解釋器環(huán)境中進行交互式運行，還有一種方式就是程序員最喜歡的編寫.py文件，在文件中編寫python代碼，然后運行。
如果我們想寫一篇關(guān)于Python的文章，文章里面有代碼，還希望代碼能夠在當前頁面運行，可不可以做到呢？
可以的，那就是使用我們今天要介紹的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(fā)布的。在Ipython4.x之后，Jupyter作為一個單獨的項目進行開發(fā)和管理。因為Jupyter不僅僅可以運行Python程序，它還可以執(zhí)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：
第二個部分就是NoteBook的文檔了，這個文檔存儲了要運行的代碼和一些描述信息。一般這個文檔是以.ipynb的后綴進行存儲的。
notebook文檔是以json的形式存儲的，并用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(shù)據(jù)的交互。
Notebook documents中除了可運行的代碼文件，還可以存儲說明等解釋性內(nèi)容，從而將代碼和解釋內(nèi)容完美結(jié)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(tài)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(wǎng)絡(luò)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。
有了文檔之后，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： :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界面的操作這里就不多介紹了，基本上和普通的編譯器差不多。大家可以自行探索。
notebook中包含了多個cells，每個cell中包含了多行文本輸入字段，可以通過Shift-Enter 或者工具欄中的播放按鈕來執(zhí)行其中的代碼。
這里的cell有三種類型，分別是code cells，markdown cells和raw cells。
代碼單元允許您編輯和編寫新代碼，并突出顯示完整的語法和制表符。 您使用的編程語言取決于內(nèi)核，默認內(nèi)核（IPython）運行Python代碼。
執(zhí)行代碼單元時，它包含的代碼將發(fā)送到與筆記本關(guān)聯(lián)的內(nèi)核。 然后，從該計算返回的結(jié)果將在筆記本中顯示為單元格的輸出。 輸出不僅限于文本，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(shù)據(jù)分析包中使用的表格）。
我們看一個code cells的例子：
%%import numpy as npmy_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提供了一個display方法，我們可以使用display來展示要呈現(xiàn)的對象：
from IPython.display import displaydisplay(obj) 將會尋找這個對象所有可能的展示類型，并從中挑選一個最適合的類型進行展示，并將結(jié)果存儲在Notebook文檔里面。
如果你想展示特定類型的對象，那么可以這樣：
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 Imagei = Image(filename=&39;../images/ipython_logo.png&39;)idisplay(i)上面的例子中i包含了一個Image對象，直接調(diào)用i即可展示，我們也可以顯示的調(diào)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$ pythonPython 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 linuxType &34;help&34;, &34;copyright&34;, &34;credits&34; or &34;license&34; 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。
原始單元格提供了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(nèi)容進行計算。
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并不是一個標準的python程序，不過Python提供了一些鉤子程序，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, typesfrom IPython import get_ipythonfrom nbformat import readfrom IPython.core.interactiveshell import InteractiveShell接下來需要注冊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): &34;&34;&34;Module finder that locates Jupyter Notebooks&34;&34;&34; 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&39;t hashable key = os.path.sep.join(path) if key not in self.loaders: self.loaders[key] = NotebookLoader(path) return self.loaders[key]里面使用了兩個重要的方法，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): &34;&34;&34;find a notebook, given its fully qualified name and an optional path This turns &34;foo.bar&34; into &34;foo/bar.ipynb&34; and tries turning &34;Foo_Bar&34; into &34;Foo Bar&34; if Foo_Bar does not exist. &34;&34;&34; name = fullname.rsplit(&39;.&39;, 1)[-1] if not path: path = [&39;&39;] for d in path: nb_path = os.path.join(d, name + &34;.ipynb&34;) if os.path.isfile(nb_path): return nb_path let import Notebook_Name find &34;Notebook Name.ipynb&34; nb_path = nb_path.replace(&34;_&34;, &34; &34;) if os.path.isfile(nb_path): return nb_path看下NotebookLoader的定義：
class NotebookLoader(object): &34;&34;&34;Module Loader for Jupyter Notebooks&34;&34;&34; def __init__(self, path=None): self.shell = InteractiveShell.instance() self.path = path def load_module(self, fullname): &34;&34;&34;import a notebook as a module&34;&34;&34; path = find_notebook(fullname, self.path) print (&34;importing Jupyter notebook from %s&34; % path) load the notebook object with io.open(path, &39;r&39;, encoding=&39;utf-8&39;) 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__[&39;get_ipython&39;] = get_ipython sys.modules[fullname] = mod extra work to ensure that magics that would affect the user_ns actually affect the notebook module&39;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 == &39;code&39;: 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有了他們，我們就可以直接import我們自己編寫的notebook了。
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何俊東