Jupyter notebook

Jupyter notebook

Jupyter notebook是 Web 文档，能让你将文本、图像和代码全部组合到一个文档中。它已经成为数据分析的标准环境。notebook 源自 2011 年的 IPython 项目，之后迅速流行起来。在本课程的第二节课中，你将获得使用 notebook 进行分析工作的经验。

即如何使用Jupyternotebook。notebook 是一种 Web 应用，能让用户将说明文本、数学方程、代码和可视化内容全部组合到一个易于共享的文档中。

Notebook 已迅速成为处理数据的必备工具。其已知用途包括数据清理和探索、可视化、机器学习和大数据分析。我为我的个人博客创建了一个 notebook 示例，它展示了 notebook 的许多特点。这项工作通常在终端中完成，也即使用普通的 Python shell 或 IPython 完成。可视化在单独的窗口中进行，而文字资料以及各种函数和类脚本包含在独立的文档中。但是，notebook 能将这一切集中到一处，让用户一目了然。

GitHub 上面也会自动提供 notebook。借助此出色的功能，你可以轻松共享工作。http://nbviewer.jupyter.org/也会提供 GitHub 代码库中的 notebook 或存储在其他地方的 notebook。

文学化编程

notebook 是 Donald Knuth 在 1984 年提出的文学化编程的一种形式。在文学化编程中，直接在代码旁写出叙述性文档，而不是另外编写单独的文档。用 Donald Knuth 的话来说：

让我们集中精力向人们解释我们希望计算机做什么，而不是设想我们的主要任务是指示计算机做什么。

归根到底，代码是写给人而不是计算机看的。notebook 恰恰提供了这种能力。你能够直接在代码旁写出叙述性文档。这不仅对阅读 notebook 的人很有用，而且对你将来回头分析代码也很有用。

说点题外话：最近，文学化编程这个概念已经发展成为一门完整的编程语言，即Eve。

notebook 如何工作

Jupyter notebook 源自 Fernando Perez 发起的IPython 项目。IPython 是一种交互式 shell，与普通的 Python shell 相似，但具有一些很好的功能（例如语法高亮显示和代码补全）。最初，notebook 的工作方式是，将来自 Web 应用（你在浏览器中看到的 notebook）的消息发送给 IPython 内核（在后台运行的 IPython 应用程序）。内核执行代码，然后将代码发送回 notebook。当前架构与之相似，具体见下图。

中心点是 notebook 服务器。你通过浏览器连接到该服务器，而 notebook 呈现为 Web 应用。你在 Web 应用中编写的代码通过该服务器发送给内核。内核运行代码并将代码发送回该服务器，之后，任何输出都会返回到浏览器中。保存 notebook 时，它作为 JSON 文件（文件扩展名为.ipynb）写入到该服务器中。

此架构的一个优点是，内核无需运行 Python。由于 notebook 和内核分开，因此可以在两者之间发送任何语言的代码。例如，早期的两个非 Python 内核分别用于R语言和Julia语言。使用 R 内核时，用 R 编写的代码将发送给执行该代码的 R 内核，这与在 Python 内核上运行 Python 代码完全一样。IPython notebook 已被改名，因为 notebook 变得与编程语言无关。新的名称Jupyter由Julia、Python 和R组合而成。如果有兴趣，不妨看看可用内核的列表。

另一个优点是，可以在任何地方运行服务器，并且可通过互联网访问服务器。通常，你会在存储所有数据和 notebook 文件的自有计算机上运行服务器。但是，你也可以在远程计算机或云实例（如 Amazon 的 EC2）上设置服务器。之后，可以在全球任何地方通过浏览器访问 notebook。

启动 notebook 服务器

要启动 notebook 服务器，请在终端或控制台中输入jupyter notebook。服务器会在你运行此命令的目录中启动。这意味着任何 notebook 文件都会保存在该目录中。你通常希望在 notebook 所在的目录中启动服务器。不过，你可以在文件系统中导航到 notebook 所在的位置。

运行此命令时（请自己试一下！），服务器主页会在浏览器中打开。默认情况下，notebook 服务器的运行地址是http://localhost:8888。如果你不熟悉该地址，其含义是：localhost表示你的计算机，而8888是服务器的通信端口。只要服务器仍在运行，你随时都能通过在浏览器中输入http://localhost:8888返回到服务器。

如果启动其他服务器，新服务器会尝试使用端口8888，但由于此端口已被占用，因此新服务器会在端口8889上运行。之后，可以通过http://localhost:8889连接到新服务器。每台额外的 notebook 服务器都会像这样增大端口号。