软件使用教程（四）：Jupyter Notebook 终极使用指南
文章目录
- 前言
- 一、Jupyter Notebook 是什么？
- 二、安装与启动
- 1. 安装
- 2. 启动
- 三、界面与核心概念
- 四、单元格操作：Notebook的核心
- 1. 模式
- 2. 常用快捷键（效率的关键！）
- 五、Magic命令：Notebook的超能力
- 六、内核（Kernel）与管理
- 七、扩展（Extensions）与主题
- 八、分享你的工作成果
- 总结
前言
在数据科学、机器学习和科学计算的广阔世界里，有一个工具因其极高的灵活性和交互性而备受青睐，它就是 Jupyter Notebook。无论你是正在学习Python的数据分析新手，还是需要快速原型设计和结果可视化的资深研究员，Jupyter Notebook 都能提供一个无缝衔接代码、文本和多媒体的集成环境。
本教程旨在成为一份从入门到精通的终极指南。我们将从最基础的安装和启动开始，逐步深入到其强大的核心功能与高级技巧，帮助你彻底掌握这把“瑞士军刀”，让你的项目工作流更加高效。
一、Jupyter Notebook 是什么？
Jupyter Notebook 是一个开源的Web应用程序，允许你创建和共享包含实时代码、方程式、可视化图表和叙述性文本的文档。它的名字源于它支持的三种核心编程语言：Julia, Python, 和 R，同时也象征着它对科学计算（“Jupyter”听起来像“Jupiter”）的致敬。
核心价值：
- 交互式探索：可以单独运行代码单元格，立即看到结果，非常适合数据清洗、转换和可视化。
- 叙事性展示：将代码、输出结果和解释性文本结合在一个文档中，讲述一个完整的数据故事。
- 可重复研究：整个分析过程被完整记录，确保结果可以被他人轻松复现。
二、安装与启动
1. 安装
最推荐的方式是通过Python的包管理工具pip进行安装。通常，我们会将其安装在一个虚拟环境中。
# 在命令行/终端中执行
pip install jupyterlab
或者安装经典的Notebook界面：
pip install notebook
2. 启动
安装完成后，在终端中导航到你希望存放笔记本项目的目录，然后输入：
jupyter notebook
或者（如果你安装的是JupyterLab）：
jupyter lab
执行命令后，你的默认浏览器会自动打开并显示Jupyter的仪表盘界面（通常是 http://localhost:8888）。
三、界面与核心概念
启动后，你会看到文件浏览器（File Browser）。在这里你可以创建、上传和管理你的笔记本文件。
- 创建一个新笔记本：点击右上角
New->Python 3（或其他内核），一个新的浏览器标签页将会打开。
一个新的Notebook文档（.ipynb文件）主要由以下部分组成：
- 菜单栏（Menu Bar）：提供文件操作、编辑、运行内核等高级功能。
- 工具栏（Toolbar）：常用操作的快捷按钮，如保存、添加单元格、运行单元格等。
- 代码单元格（Code Cell）：这是你编写和运行代码的地方。光标聚焦时，单元格边框呈绿色。
- Markdown单元格（Markdown Cell）：用于编写格式化的文本，如标题、列表、链接甚至LaTeX数学公式。光标聚焦时，边框呈蓝色。
四、单元格操作：Notebook的核心
1. 模式
- 命令模式（Command Mode）：按
Esc键进入，单元格边框为蓝色。在此模式下，你可以操作整个单元格（移动、删除、切换类型）。 - 编辑模式（Edit Mode）：按
Enter键或双击单元格进入，单元格边框为绿色。在此模式下，你可以编辑单元格内的内容。
2. 常用快捷键（效率的关键！）
-
通用快捷键：
Shift + Enter：运行当前单元格，并选中下一个单元格。Ctrl + Enter：运行当前单元格，并停留在本单元格。Alt + Enter：运行当前单元格，并在下方插入一个新的代码单元格。
-
命令模式快捷键（按Esc后）：
A：在上方插入单元格（Above）。B：在下方插入单元格（Below）。D, D（按两次D）：删除当前单元格（Delete）。M：将当前单元格转换为Markdown单元格。Y：将当前单元格转换为代码单元格（Y好像是代码？记不住可以想成‘y’是python代码）。Z：撤销删除操作。
-
编辑模式快捷键（按Enter后）：
Ctrl + /：注释/取消注释选中的行。Tab：代码补全或缩进。
五、Magic命令：Notebook的超能力
Magic命令是Jupyter内置的特殊命令，以%或%%为前缀，能提供标准Python之外的大量实用功能。
-
行Magic（单个%）》：只影响一行代码。
%run <script.py>：运行一个外部Python脚本。%timeit <statement>：测量一行代码的执行时间。%matplotlib inline：极其重要！ 让matplotlib绘制的图表直接显示在Notebook页面内。
-
单元格Magic（两个%%）》：影响整个单元格的代码。
%%writefile <filename>：将整个单元格的内容写入到一个文件中。%%html：将整个单元格的内容渲染为HTML。%%bash：在单元格中运行Bash命令。
六、内核（Kernel）与管理
内核是独立运行的“计算引擎”，它负责执行你输入的代码并返回结果。
- 中断内核（Interrupt）：如果代码陷入死循环或运行过长，可以点击工具栏的
■（停止）按钮来中断它。 - 重启内核（Restart）：点击工具栏的
⟳（重启）按钮。这会清除所有变量和导入的模块，从一个干净的状态重新开始。 - 切换内核：如果你的环境安装了多个Python版本或其他语言（如R，Julia）的内核，你可以在
Kernel -> Change Kernel菜单中切换。
七、扩展（Extensions）与主题
Jupyter的功能可以通过扩展（Extensions） 来极大地增强。
对于经典Notebook，可以安装jupyter_contrib_nbextensions：
pip install jupyter_contrib_nbextensions && jupyter contrib nbextension install
安装后，你会在仪表盘看到一个Nbextensions标签页，里面有很多实用插件，如代码折叠、目录生成、变量检查器等。
对于JupyterLab，扩展生态系统更加强大和现代，可以通过Extension Manager直接搜索安装，例如：
@jupyterlab/toc：自动生成目录。jupyterlab-drawio：嵌入Draw.io图表。jupyterlab-theme-*：各种主题，如暗黑主题。
八、分享你的工作成果
完成分析后，你有多种方式分享你的Notebook：
- 分享
.ipynb文件：直接发送你的笔记本文件，对方需要有Jupyter环境才能打开。 - 导出为其他格式：
File -> Download as -> HTML (.html)：最常用，可以保留所有代码、样式和图表，方便在浏览器中直接查看。File -> Download as -> PDF via LaTeX (.pdf)：生成漂亮的PDF报告（需要安装LaTeX）。File -> Download as -> Python (.py)：导出为纯Python脚本。
- 使用Nbviewer：将你的
.ipynb文件上传到GitHub等平台，然后将链接粘贴到https://nbviewer.jupyter.org/，它会自动渲染并提供一个可分享的URL。 - 使用JupyterHub/Binder：对于团队或教学，可以部署JupyterHub。Binder则允许任何人通过一个URL直接启动并交互你的Notebook，而无需本地安装。
总结
Jupyter Notebook不仅仅是一个代码编辑器，它是一个动态的计算环境和强大的沟通工具。它完美地弥合了“编写代码”和“展示思想”之间的鸿沟。
通过本教程，希望你已经掌握了：
- 基础：如何安装、启动和创建你的第一个Notebook。
- 核心：熟练操作单元格、使用快捷键、编写Markdown和代码。
- 进阶：利用Magic命令和扩展来提升你的生产力。
- 协作：如何将你的成果以多种形式分享给他人。