前置機器學習（二）：30分鐘掌握經常使用Jupyter Notebook用法

相較於Pycharm執行py文件來講，Jupyter Notebook可保存執行過程，添加圖表、註釋等富文本說明的功能，使其對機器學習的開發者格外友好。

本文包含機器學習環境安裝，Jupyter Notebook常見用法：常見使用、命令、快捷鍵等。進階用法：LaTeX數學公式、魔法命令等。

本文收錄於機器學習前置教程系列。

1、機器學習環境安裝

網上安裝機器學習環境的資料很是多，我沒有必要過度詳細介紹。此處推薦我我的的安裝方式Miniconda+清華鏡像，由於使用國內鏡像因此很是快。

1. Miniconda

Miniconda 是Anaconda的最小安裝版。只包含conda和Python以及它們依賴的少許軟件包，包括pip, zlib等。
Miniconda下載地址：https://docs.conda.io/en/latest/miniconda.html

2. pip install

下載安裝經常使用軟件包，-i 參數指定清華鏡像下載。
注意：本例安裝tensorflow CPU版本，如需安裝tensorflow GPU版本，替換tensorflow-cpu爲tensorflow。
GPU版TensorFlow需安裝CUDA和cuDNN，詳情見TensorFlow中文官網-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[可選]

對於有外網條件的人來講，Colaboratory能夠做爲上述配置的替代品。
Colaboratory是谷歌開發的在瀏覽器上運行Python的工具，其支持GPU和TPU。使用體驗與Jupyter Notebook一致，但更方便。以我我的使用爲例，它免費贈送12.72GB內存和107.77GB的硬盤。簡單來講，它比通常的我的電腦要快。Colab支持付費版，性能更高。
Colaboratory官方地址：https://colab.research.google.com/

2、Jupyter Notebook

打開Miniconda/Anaconda命令行，輸入啓動命令啓動Jupyter。

jupyter Notebook

以下圖，進入Jupyter啓動頁，而後點擊New --> Python3 新建Notebook。如今咱們正式進入Jupyter Notebook的世界。

1. 常見用法

1.1 打印

鍵入命令，按Ctrl+Enter執行單元格。

print("2020, 戴好口罩！")

執行結果如圖所示

1.2 新建單元格，自動補全

按B（Below）鍵，在單元格下方新建單元格。

輸入下方代碼，按Shift+Enter執行單元格。試試在輸入np.lins時按Tab鍵，Jupyter將自動補全代碼。關於linspace方法，咱們將在接下來說解Numpy的文章中說明。

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

Shift+Enter將執行選中單元格，並選擇下方單元格。以下方無單元格則新建單元格。

1.3 代碼提示

輸入myarray，按Alt+Enter執行選中單元格，並在下方插入新的單元格。咱們將光標放在代碼後方，按Shift+Tab查看代碼提示。按兩次Shift+Tab可查看代碼詳情。

myarray

如圖顯示，myarray是ndarray類型的數組。

1.4 Markdown

選中myarray單元格，按 A （Above）在myarray上方插入單元格，再按 M 將單元格格式轉換爲Markdown格式。

## markdown
在此處點擊**Shift+Tab**可查看myarray數據類型。

執行獲得以下顯示。

1.5 序號說明

單元格前面的序號表示單元格執行的次序。其中空[ ]爲歷來沒執行過。[*]爲還沒有執行到。

1.6 Jupyter兩種模式及所有快捷鍵

1.6.1 命令模式（按ESC進入）

Jupyter經常使用命令模式快捷鍵：

快捷鍵	操做
A	在上方插入單元格
B	在下面插入單元格
D,D	刪除選定的單元格
Shift-Enter	運行單元格，在下面選擇
Ctrl-Enter	運行選定的單元格
Alt-Enter	運行單元格並在下面插入
Y	將單元格更改成代碼格式
M	將單元格更改成Markdown格式

1.6.2 編輯模式（按Enter進入）

Jupyter經常使用編輯模式快捷鍵：

快捷鍵	操做
Tab	代碼補全或縮進
Shift-Tab	代碼提示
Ctrl-D	刪除整行
Shift-Enter	運行單元格，在下面選擇
Ctrl-Enter	運行選定的單元格
Alt-Enter	運行單元格並在下面插入

1.6.3 Jupyter Notebook快捷鍵大全

進入命令模式，按 H 查看全部Jupyter Notebook快捷鍵。

2. 進階用法

2.1 LaTeX數學公式支持

Jupyter Notebook 支持LaTex數學公式。新建Markdown代碼格式單元格。

輸入下方文本將顯示LaTeX公式，這對咱們學習機器學習記數學公式很是有幫助。

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

試試執行下面的代碼，看看會顯示什麼？

\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，我會在接下來的文章中詳細介紹，還請您多多關注我。

2.2 魔法命令

輸入%lsmagic查看全部可用魔法命令。

%lsmagic

其中比較常見的如 %pwd, %timeit等。

3. 更多

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