前置机器学习（二）：30分钟掌握常用Jupyter Notebook用法

相较于Pycharm执行py文件来说，Jupyter Notebook可保存执行过程，添加图表、注释等富文本说明的功能，使其对机器学习的开发者格外友好。

本文包含机器学习环境安装，Jupyter Notebook常见用法：常见使用、命令、快捷键等。进阶用法：LaTeX数学公式、魔法命令等。

本文收录于机器学习前置教程系列。

一、机器学习环境安装

网上安装机器学习环境的资料非常多，我没有必要过分详细介绍。此处推荐我个人的安装方式Miniconda+清华镜像，因为使用国内镜像所以非常快。

1. Miniconda

Miniconda 是Anaconda的最小安装版。只包含conda和Python以及它们依赖的少量软件包，包括pip, zlib等。
Miniconda下载地址：https://docs.conda.io/en/latest/miniconda.html

2. pip install

下载安装常用软件包，-i 参数指定清华镜像下载。
注意：本例安装tensorflow CPU版本，如需安装tensorflow GPU版本，替换tensorflow-cpu为tensorflow。
GPU版TensorFlow需安装CUDA和cuDNN，详情见TensorFlow中文官网-GPU支持: https://tensorflow.google.cn/install/gpu。

pip install --upgrade pip

pip install -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple tensorflow-cpu tensorflow-datasets tf-agents matplotlib pandas scikit-learn scikit-image ipython jupyter keras gym lxml xlrd openpyxl sqlalchemy

3. Colaboratory[可选]

对于有外网条件的人来说，Colaboratory可以作为上述配置的替代品。
Colaboratory是谷歌开发的在浏览器上运行Python的工具，其支持GPU和TPU。使用体验与Jupyter Notebook一致，但更方便。以我个人使用为例，它免费赠送12.72GB内存和107.77GB的硬盘。简单来说，它比一般的个人电脑要快。Colab支持付费版，性能更高。
Colaboratory官方地址：https://colab.research.google.com/

二、Jupyter Notebook

打开Miniconda/Anaconda命令行，输入启动命令启动Jupyter。

jupyter Notebook

如下图，进入Jupyter启动页，然后点击New --> Python3 新建Notebook。现在我们正式进入Jupyter Notebook的世界。

1. 常见用法

1.1 打印

键入命令，按Ctrl+Enter执行单元格。

print("2020, 戴好口罩！")

执行结果如图所示

1.2 新建单元格，自动补全

按B（Below）键，在单元格下方新建单元格。

输入下方代码，按Shift+Enter执行单元格。试试在输入np.lins时按Tab键，Jupyter将自动补全代码。关于linspace方法，我们将在接下来讲解Numpy的文章中说明。

import numpy as np
myarray = np.linspace(0,10,101)

Shift+Enter将执行选中单元格，并选择下方单元格。如下方无单元格则新建单元格。

1.3 代码提示

输入myarray，按Alt+Enter执行选中单元格，并在下方插入新的单元格。我们将光标放在代码后方，按Shift+Tab查看代码提示。按两次Shift+Tab可查看代码详情。

myarray

如图显示，myarray是ndarray类型的数组。

1.4 Markdown

选中myarray单元格，按 A （Above）在myarray上方插入单元格，再按 M 将单元格格式转换为Markdown格式。

## markdown
在此处点击**Shift+Tab**可查看myarray数据类型。

执行得到如下显示。

1.5 序号说明

单元格前面的序号表示单元格执行的次序。其中空[ ]为从来没执行过。[*]为尚未执行到。

1.6 Jupyter两种模式及全部快捷键

1.6.1 命令模式（按ESC进入）

Jupyter常用命令模式快捷键：

快捷键	操作
A	在上方插入单元格
B	在下面插入单元格
D,D	删除选定的单元格
Shift-Enter	运行单元格，在下面选择
Ctrl-Enter	运行选定的单元格
Alt-Enter	运行单元格并在下面插入
Y	将单元格更改为代码格式
M	将单元格更改为Markdown格式

1.6.2 编辑模式（按Enter进入）

Jupyter常用编辑模式快捷键：

快捷键	操作
Tab	代码补全或缩进
Shift-Tab	代码提示
Ctrl-D	删除整行
Shift-Enter	运行单元格，在下面选择
Ctrl-Enter	运行选定的单元格
Alt-Enter	运行单元格并在下面插入

1.6.3 Jupyter Notebook快捷键大全

进入命令模式，按 H 查看所有Jupyter Notebook快捷键。

2. 进阶用法

2.1 LaTeX数学公式支持

Jupyter Notebook 支持LaTex数学公式。新建Markdown代码格式单元格。

输入下方文本将显示LaTeX公式，这对我们学习机器学习记数学公式非常有帮助。

### variance 方差公式
$$s^2 = \frac{\sum_{i=1}^{n}{(x_i -x)^2}}{n}$$
(其中`x`为均值)

试试执行下面的代码，看看会显示什么？

\begin{equation*}
\left( \sum_{k=1}^n a_k b_k \right)^2 \leq \left( \sum_{k=1}^n a_k^2 \right) \left( \sum_{k=1}^n b_k^2 \right)
\end{equation*}

更多LaTeX的用法，我会在接下来的文章中详细介绍，还请您多多关注我。

2.2 魔法命令

输入%lsmagic查看所有可用魔法命令。

%lsmagic

其中比较常见的如 %pwd, %timeit等。

3. 更多

Jupyter Notebook 官方文档： https://jupyter-Notebook.readthedocs.io/en/stable/examples/Notebook/examples_index.html