notebook入门

生信喵

JUPYTER NOTEBOOK/Lab

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Jupyter Notebook 是一种交互式编程环境，或称探索式编程环境。它由网页和服务器组成。

网页由一个个单元格组成，在单元格里编写代码，或者描述性文字。当我们执行代码单元格时，单元格的代码会被发送到后台服务器运行，输出结果再传送回浏览器，显示在对应的代码单元格下方。

这种方式特别适合于数据科学家。作为从事数据分析的人，他们往往需要先加载一部分数据，绘图看看数据分布特性，再运行一个模型，得到结果并可视化，再决定下一步怎么做。

这种风格就被称为探索式编程。它区别于工程化编程的地方是，工程化编程的方向和目标都十分明确，基本上不存在推倒重来的情况。而在探索式编程中，一个模型不能用，推倒重来是很正常的事，并不意味着失败。

我们的环境是基于 Jupyter Lab 构建的。它前身是 jupyter notebook server，不过现在官方已决定弃用 notebook 了。注意，notebook 即可能指代 notebook server，也可能指代一个个具体的，后缀为.ipynb 的文件。当它指代 notebook server 时，它是被官方弃用的；但 jupyter lab 使用的文件格式仍然是 notebook，即后缀为.ipynb 的这些文件。

我们使用 Jupyter lab 来作为实验环境，是因为一方面我们需要给示例代码配上大量的说明性文字，方便大家理解；其次，我们对策略的探索也非常符合探索式编程的模型。

1. Notebook 语法

Notebook 由一个个单元格组成。一共有三种格式的单元格，Markdown, Python 和 Raw 格式的单元格。您正在读到的这段文字，就处在一个 Markdown 单元格下。在 Markdown 单元格中，我们可以按照 Markdown 语法来对文字进行简单的格式化。比如，这个单元格的标题，是由两个“#”引起的，在 Markdown 语法中，这意味着二级标题。

    在我们的系统里，我们还安装了 myst 扩展，以更加生动、灵活地传递信息。您正在读到的这段话，它的渲染格式被称之为 admonition，就是通过 myst 来渲染的。

    在课程中，我们还使用 myst 来实现精美的图文混排。少数地方也可能直接使用 html 语法片段。

    如果您在我们课程中，觉得某些排版效果很好，可以双击该单元格，了解它的语法。

Python 单元格是我们书写代码的地方。Notebook 的一大优势是可以分段执行，即在一个 notebook 中，如果存在多个 Python 单元格，这些单元格都是可以分别运行（即使它们之间存在逻辑上的依赖，必须顺序运行，也仍然是分别运行，即我们可以一次只运行一个单元格并查看输出结果）。这种方式，给我们学习和探索带来很大的方便。

Raw 格式的单元格一般我们不会用到，这里就不介绍了。

2. Notebook 界面

在页面上方我们会看到这样一个工具条。

序号 1 指向的是存盘按钮。点击后，我们对 notebook 作的修改就会保存。

    在本课程中，我们提供的 notebook 是只读的，因此您看到的这个按钮将是灰色的，也就是无法保存。课程学员一般可以在自己的工作区新建 notebook 并保存。如果您只有预览权限，也可以修改、运行这些 notebook，但无法保存。

当我们选中一个代码单元格时，就可以点击序号 2 指示的按钮以运行它。当单元格正在运行时，它左侧的状态将显示为 [*]，同时序号 4 所指标的 notebook 状态将显示为忙。

<img src="https://roim-picx-bpc.pages.dev/rest/ROS4e7K.jpeg" width="200px" align="left" style="margin:10px">

如果当前没有单元格正在执行，则会显示为左图所示的状态。

如果一个单元格执行时间过长，我们也可以点击序号 3 指向的按钮，以中断执行。

<img src="https://roim-picx-bpc.pages.dev/rest/NN0Fe7K.jpeg" width="200px" align="left" style="margin:10px">

序号 4 显示了当前 notebook 中的状态。左图的状态表明当前没有连接到后台服务器。您需要选择一个 kernle 并连接。

3. 代码提示

import numpy as np

np.random.

在上述单元格中，将光标移动到. 之后，再按一次 tab 键，这将给您一些代码提示：

<div style="width:100%;text-align:center"> <img src="https://roim-picx-bpc.pages.dev/rest/uI8Fe7K.jpeg" width="350px" align="center"> </div>

4. 文档帮助

<div style="width:100%;text-align:center"> <img src="https://roim-picx-bpc.pages.dev/rest/qj8Fe7K.jpeg" style="width:300px"> </div>

有两种方式可以得到文档帮助。一种是在我们要查询的函数之后，输入'?'并运行。另一种方式类似于代码提示，不过要按两次 tab（有可能要加入 shift 键，请查询 notebook 快捷键帮助）。最终我们将得到左图所示的文档。

5. 重启 notebook

有时候您可能需要重启 notebook。通过菜单栏 Kernel，再选择需要的操作：

<div style="width:100%;text-align:center"> <img src="https://roim-picx-bpc.pages.dev/rest/STjFe7K.jpeg" style="width:300px"> </div>

6. 导航和跳转

有时候我们会遇到这样的情况，在底部的某个单元格工作时，要跳到头部的某个单元格进行修改并运行，然后再回到底部单元格继续工作。这在 IDE 中非常简单，往往会有快捷键帮助我们跳转。但 Jupyter Notebook 基于浏览器工作，就无法提供这样的功能了。

有一个补救方案。如果文档很长，您应该在其中插入 markdown 单元格进行注释和说明，并且使用多级标题。这样，我们就可以利用它的导航功能来进行跳转：

我们可以点击左侧面板中的任意一个标题，快速跳转到对应的节中。