高效使用 Jupyter Notebook 进阶教程
目录
- 效率提升技巧
- 高级魔法命令
- 数据可视化优化
- 调试与性能分析
- 协作与版本控制
- 自定义配置
- 实用扩展推荐
效率提升技巧
1. 多光标编辑
- Mac:
Cmd + 点击 添加多个光标
- Windows:
Ctrl + 点击 添加多个光标
- Alt + 拖动: 列选择模式
2. 快速查看文档
# 方法一：Shift + Tab（在函数名后按）
pd.read_csv( # 光标在这里按 Shift + Tab
# 方法二：使用 ? 查看文档
pd.read_csv?
# 方法三：使用 ?? 查看源代码
pd.read_csv??
3. 自动补全增强
# Tab 补全不仅适用于代码，还适用于：
# - 文件路径: "../da" + Tab
# - 字典键: my_dict["ke" + Tab
# - 对象属性: df.col + Tab
4. 快速执行多个 Cell
# Cell → Run All：运行所有 Cell
# Cell → Run All Above：运行当前 Cell 以上的所有 Cell
# Cell → Run All Below：运行当前 Cell 以下的所有 Cell
高级魔法命令
代码性能分析
# 单行计时
%time result = sum(range(1000000))
# 多次运行取平均（更准确）
%timeit result = sum(range(1000000))
# 整个 Cell 计时
%%time
data = []
for i in range(1000):
data.append(i ** 2)
# CPU 性能分析
%prun my_function()
# 内存分析（需要安装 memory_profiler）
%load_ext memory_profiler
%memit my_function()
变量与环境管理
# 列出所有变量
%who
# 详细变量信息
%whos
# 删除变量
%reset -f # 删除所有变量（慎用！）
# 保存变量到文件
%store my_variable
# 在新 session 中恢复
%store -r my_variable
# 查看命令历史
%history -n 1-10
跨语言支持
# 运行 HTML
%%html
<div style="color: red; font-size: 20px;">
这是 HTML 内容
</div>
# 运行 JavaScript
%%javascript
alert("Hello from JavaScript!");
# 运行 Bash
%%bash
echo "当前目录: $(pwd)"
ls -la
# 运行 LaTeX
%%latex
\begin{equation}
E = mc^2
\end{equation}
代码复用
# 从文件加载代码到 Cell
%load my_script.py
# 运行外部脚本
%run my_script.py
# 运行并传递参数
%run my_script.py --input data.csv
# 将 Cell 内容写入文件
%%writefile my_module.py
def my_function():
return "Hello World"
数据可视化优化
设置图表显示
# 内联显示图表（默认）
%matplotlib inline
# 交互式图表（可缩放、平移）
%matplotlib widget # 需要 ipympl
# 设置默认图表大小
import matplotlib.pyplot as plt
plt. rcParams['figure.figsize'] = [12, 6]
plt.rcParams['figure. dpi'] = 100
# 使用 Retina 显示（Mac 高清屏）
%config InlineBackend.figure_format = 'retina'
Pandas 显示优化
import pandas as pd
# 显示更多行和列
pd.set_option('display.max_rows', 100)
pd.set_option('display.max_columns', 50)
pd.set_option('display.width', None)
# 显示完整内容（不截断）
pd.set_option('display.max_colwidth', None)
# 浮点数显示格式
pd.set_option('display.float_format', '{:. 2f}'.format)
# 一键恢复默认设置
pd.reset_option('all')
交互式组件
from ipywidgets import interact, interactive, fixed
import ipywidgets as widgets
# 简单滑块交互
@interact(x=(0, 10, 1))
def square(x):
print(f"{x}² = {x**2}")
# 多参数交互
@interact(
a=widgets.IntSlider(min=0, max=10, value=5),
b=widgets.Dropdown(options=['sin', 'cos', 'tan']),
c=widgets.Checkbox(value=True, description='显示网格')
)
def plot_function(a, b, c):
# 绑定参数的绘图代码
pass
调试与性能分析
交互式调试
# 方法一：使用 %debug（在报错后运行）
%debug
# 方法二：设置断点
from IPython.core.debugger import set_trace
def my_function(x):
result = x * 2
set_trace() # 程序会在这里暂停
return result + 1
# 方法三：自动进入调试模式
%pdb on # 出错时自动进入调试器
性能分析
# 行级性能分析
%load_ext line_profiler
def slow_function():
total = 0
for i in range(10000):
total += i ** 2
return total
%lprun -f slow_function slow_function()
# 内存使用分析
%load_ext memory_profiler
%mprun -f slow_function slow_function()
错误处理技巧
# 忽略警告
import warnings
warnings.filterwarnings('ignore')
# 只忽略特定警告
warnings.filterwarnings('ignore', category=DeprecationWarning)
# 详细异常信息
%xmode Verbose # 选项: Plain, Context, Verbose
协作与版本控制
Git 集成
# 在 Notebook 中使用 Git
! git status
!git add .
!git commit -m "更新分析结果"
!git push
清理输出后再提交
# 安装 nbstripout（清除输出后再提交）
pip install nbstripout
# 在仓库中设置自动清理
nbstripout --install
转换格式
# 转换为 Python 脚本
jupyter nbconvert --to script notebook.ipynb
# 转换为 HTML（含输出）
jupyter nbconvert --to html notebook.ipynb
# 转换为 PDF
jupyter nbconvert --to pdf notebook.ipynb
# 转换为 Markdown
jupyter nbconvert --to markdown notebook.ipynb
# 批量转换
jupyter nbconvert --to html *.ipynb
参数化执行（自动化）
# 使用 papermill 参数化运行 Notebook
pip install papermill
# 命令行执行
papermill input.ipynb output.ipynb -p param1 value1 -p param2 value2
自定义配置
生成配置文件
jupyter notebook --generate-config
# 配置文件位置: ~/.jupyter/jupyter_notebook_config.py
常用配置选项
# 编辑 ~/.jupyter/jupyter_notebook_config.py
# 设置默认工作目录
c.NotebookApp.notebook_dir = '/path/to/your/notebooks'
# 禁用自动打开浏览器
c. NotebookApp.open_browser = False
# 设置默认端口
c.NotebookApp.port = 8888
# 允许远程访问
c.NotebookApp.ip = '0.0.0.0'
# 设置密码（使用之前生成的密码哈希）
c.NotebookApp.password = 'sha1:xxx.. .'
# 关闭 Token 认证（不推荐用于公共环境）
c.NotebookApp.token = ''
自定义快捷键
// 在浏览器中按 Esc 进入命令模式，然后按 H 查看所有快捷键
// 自定义快捷键：编辑 ~/.jupyter/custom/custom.js
Jupyter.keyboard_manager.command_shortcuts. add_shortcut('ctrl-k', {
handler: function() {
Jupyter.notebook. move_cell_up();
return false;
}
});
自定义 CSS 样式
/* 创建 ~/. jupyter/custom/custom.css */
/* 增大代码字体 */
.CodeMirror {
font-size: 14px;
line-height: 1.5;
}
/* 修改 Cell 宽度 */
.container {
width: 90% !important;
}
/* 修改输出区域背景 */
.output_area {
background-color: #f9f9f9;
}
实用扩展推荐
安装 nbextensions
pip install jupyter_contrib_nbextensions
jupyter contrib nbextension install --user
# 启用配置页面
pip install jupyter_nbextensions_configurator
jupyter nbextensions_configurator enable --user
推荐扩展列表
| 扩展名 |
功能 |
| Table of Contents (2) |
自动生成目录导航 |
| Collapsible Headings |
可折叠的标题区域 |
| ExecuteTime |
显示 Cell 执行时间 |
| Variable Inspector |
变量查看器（类似 IDE） |
| Codefolding |
代码折叠 |
| AutoSaveTime |
显示自动保存时间 |
| Hinterland |
自动代码补全 |
| Scratchpad |
临时代码测试区 |
| Code prettify |
代码格式化 |
| Notify |
长时间运行完成后通知 |
启用扩展
# 命令行启用
jupyter nbextension enable toc2/main
jupyter nbextension enable collapsible_headings/main
jupyter nbextension enable execute_time/ExecuteTime
jupyter nbextension enable varInspector/main
快速参考卡片
最常用快捷键
| 操作 |
快捷键 |
| 运行 Cell |
Shift + Enter |
| 运行并停留 |
Ctrl + Enter |
| 上方插入 Cell |
A |
| 下方插入 Cell |
B |
| 删除 Cell |
D, D |
| 转为代码 |
Y |
| 转为 Markdown |
M |
| 保存 |
Ctrl/Cmd + S |
| 查找替换 |
Ctrl/Cmd + Shift + F |
| 命令面板 |
Ctrl/Cmd + Shift + P |
最常用魔法命令
| 命令 |
用途 |
%time |
单次计时 |
%timeit |
多次计时取平均 |
%who |
列出变量 |
%run |
运行脚本 |
%load |
加载代码 |
%debug |
进入调试 |
%%writefile |
写入文件 |
浙公网安备 33010602011771号