Jupyter Notebook：基于 Web 的交互式编程环境

Jupyter Notebook 是一个基于网页的交互式计算环境，广泛应用于数据科学、机器学习、人工智能与科研教育。它允许用户在一个文档中同时编写代码、运行程序、插入图表和文字说明，从而实现“代码 + 结果 + 文档”的统一。

一、安装 Jupyter Notebook

1、通过 Anaconda 安装（推荐）

Anaconda 集成了 Python 及大量数据科学库，并自带 Jupyter Notebook。安装 Anaconda 后，Jupyter Notebook 即可使用，无需额外安装。

下载地址：

https://www.anaconda.com/products/distribution

2、通过 pip 安装

如果没有使用 Anaconda，可以通过 pip 安装：

pip install notebook

提示：

新版官方推荐使用以下方式安装完整套件（包含 Notebook 与 Lab）。

pip install jupyter

二、配置 Jupyter Notebook

1、修改默认工作路径

默认启动时，Jupyter Notebook 会以用户主目录为工作路径。如果想修改默认路径，可以采用以下方法。

方法一：修改配置文件

生成配置文件（如果未生成）：

jupyter notebook --generate-config

打开配置文件。一般位于：

 .jupyter/jupyter_notebook_config.py

找到（或添加）如下代码，设置你想要的路径：

c.ServerApp.root_dir = '你的路径'

提示：

如果使用的是 Jupyter Notebook 6.x 及更早版本，请改为：

c.NotebookApp.notebook_dir = '你的路径'

方法二：启动时指定路径

在终端或命令行直接进入指定路径，运行：

jupyter notebook

2、安装中文语言包

默认情况下，Jupyter Notebook 界面为英文。若想使用中文界面，可以安装中文语言包（主要适用于 JupyterLab）：

pip install jupyterlab-language-pack-zh-CN

安装后，重启 Jupyter Notebook 或 JupyterLab，界面会显示中文。

提示：

Notebook 本身没有官方中文包，但可通过浏览器插件或第三方方案实现中文界面。

三、使用 Jupyter Notebook

1、启动与界面

在命令行输入：

jupyter notebook

浏览器会自动打开一个页面，显示当前工作目录的文件列表。界面主要包含：文件浏览区、菜单栏、工具栏以及 Notebook 编辑区（打开后）等。

2、创建 Notebook

点击右上角 “New” → 选择 Python 版本（如 Python 3），即可新建一个 Notebook 文件，后缀为 .ipynb。

3、单元格操作

Notebook 中的内容由多个单元格（Cell）组成，主要分为两种。

（1）代码单元格

用于输入并执行 Python 代码。

按 Shift + Enter 执行代码并跳转到下一单元格。

执行结果会显示在单元格下方。

（2）Markdown 单元格

用于输入说明文字、标题、列表等。支持 Markdown 语法。

# 一级标题
## 二级标题
### 三级标题

这里是正文，可以使用 **加粗**、*斜体* 或者 ~~删除线~~。

按 Shift + Enter 后，会渲染成格式化文本。

4、切换单元格类型

选中单元格后，在工具栏中选择 “Code” 或 “Markdown”。

或者在命令模式下（按 Esc 键），按 Y 键切换为代码单元格，按 M 切换为 Markdown 单元格。

四、常用快捷键

Notebook 有两种模式：编辑模式和命令模式。下面的快捷键多在命令模式下使用。

Esc ：进入命令模式

Enter ：进入编辑模式

Shift + Enter ：运行当前单元格，跳到下一个单元格

Ctrl + Enter ：运行当前单元格，不跳转

Alt + Enter ：运行当前单元格，并在下方插入新单元格

Esc + A ：在当前单元格上方插入新单元格

Esc + B ：在当前单元格下方插入新单元格

Esc + D, D ：删除当前单元格（快速连按两次 D）

五、数据可视化

Jupyter Notebook 支持直接在单元格内显示图形，方便进行数据可视化。

示例：使用 matplotlib 绘制简单折线图

import matplotlib.pyplot as plt

# 设置字体为 SimHei（黑体），需系统已安装
plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei']  
plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False  # 正常显示负号

x = [1, 2, 3, 4, 5]
y = [10, 5, 8, 12, 7]

plt.plot(x, y)
plt.title("示例折线图")
plt.xlabel("X 轴")
plt.ylabel("Y 轴")
plt.show()

运行后，图像会直接显示在代码单元格下方。

六、LaTeX 数学公式

Jupyter Notebook 支持在 Markdown 单元格中插入 LaTeX 数学公式，方便表达复杂数学内容。

1、行内公式

用 $ 符号包围：$公式$。

示例：

Euler's formula: $e^{i\pi} + 1 = 0$

2、块级公式

用 $$ 符号包围。

示例：

$$
\int_0^\infty e^{-x^2} dx = \frac{\sqrt{\pi}}{2}
$$

七、补充说明

1、Jupyter 与 IPython

Jupyter 起源于 IPython 项目，现已扩展为支持多语言的交互式环境。

2、扩展工具

JupyterLab：Jupyter 的升级版，支持多窗口、多文档。

nbextensions：插件系统，可增强 Notebook 功能（如目录导航、变量检查）。

3、文件格式

Notebook 文件以 .ipynb 保存，本质是 JSON 格式，便于与 Git 等工具共享。

小结

Jupyter Notebook 是数据科学与人工智能领域的交互式编程环境，它将代码、实验结果与说明文档有机结合，大大提升了科研与教学的效率。无论是数据探索、模型构建，还是科研论文的复现，Jupyter Notebook 都是不可或缺的利器。

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