6. Jupyter Notebook 快速入门：你的第一个数据分析笔记

理论说了这么多，现在是时候亲自动手，体验一下 Jupyter Notebook 的魅力了。我们将通过一个非常简单的“玩具案例”来熟悉 Jupyter 的基本操作。

启动 Jupyter Notebook

再次回顾一下启动步骤：

  1. 为项目创建文件夹： 在你的电脑上（比如桌面）创建一个新的文件夹，命名为 my_first_notebook。
  2. 打开命令行并进入该文件夹：
    • 打开命令行终端（cmd 或 Terminal）。
    • 使用 cd 命令进入你刚刚创建的文件夹。例如：
    # Windows (cmd 或 PowerShell)
cd %USERPROFILE%\Desktop\my_first_notebook
  3. 启动 Jupyter： 在该目录下运行 jupyter notebook（如上代码块所示）。 
    # Windows (cmd 或 PowerShell)
jupyter notebook

你的浏览器会自动打开，显示 my_first_notebook 文件夹の内容（现在应该是空的）。

创建你的第一个 Notebook

  1. 在 Jupyter 的主界面右上角，点击 “New” 按钮。

  2. 在下拉菜单中，选择 “Python 3 (ipykernel)”（或者类似的选项）。

    Jupyter 主界面：点击 "New" 并选择 "Python 3"

    图：Jupyter 主界面截图

  3. 浏览器会打开一个新的标签页，这就是你的 Notebook 界面！默认标题是 Untitled.ipynb。.ipynb 是 “IPython Notebook” 的缩写，是 Jupyter Notebook 文件的标准扩展名。

  4. 重命名文件： 点击顶部的 “Untitled”，在弹出的对话框中输入一个新的名字，比如 hello_jupyter，然后点击 “Rename”。

    重命名 Notebook：在标题上点击并输入新名称

    图：Notebook 界面截图

认识 Notebook 界面

你的 Notebook 界面主要由以下几个部分组成：

  • 菜单栏： 提供文件操作、编辑、查看、插入单元格等功能。
  • 工具栏： 提供常用操作的快捷按钮，如保存、添加单元格、剪切、复制、运行等。
  • 单元格 (Cell)： 这是 Notebook 的核心！你的所有代码和文本都将写在单元格里。

单元格的两种模式

Jupyter 的单元格有两种模式，理解这一点至关重要：

  1. 命令模式 (Command Mode):
    • 标志： 单元格的边框是浅色的。
    • 进入方式： 按 Esc 键，或者用鼠标点击单元格的左侧空白区域。
    • 功能： 在这个模式下，你可以对单元格本身进行操作，比如创建、删除、移动、复制单元格等。你输入的按键会被当作快捷键命令。
  2. 编辑模式 (Edit Mode):
    • 标志： 单元格的边框是亮色的，并且内部有光标在闪烁。
    • 进入方式： 按 Enter 键，或者用鼠标点击单元格的代码区域。
    • 功能： 在这个模式下，你可以在单元格内编写代码或文本。

在两种模式间切换是最高频的操作，请务必记住：

Esc 进入命令模式，Enter 进入编辑模式。

开始我们的“玩具案例”

1. Code 单元格：运行你的第一行 Python 代码

默认创建的单元格就是代码（Code）单元格。

  1. 在第一个单元格中，输入以下 Python 代码：

    print("Hello, Jupyter!")

  2. 运行单元格： 按下 Shift + Enter。这是运行单元格并自动选择（或创建）下一个单元格的快捷键，也是你用得最多的快捷键。

  3. 你会立刻在单元格下方看到代码的输出：Hello, Jupyter!。

    单元格示例：代码与输出

    单元格示例：代码与输出

2. Markdown 单元格：写下你的笔记

Jupyter 的强大之处在于它可以将代码和说明文字无缝结合。现在，我们来添加一些说明。

  1. 你的光标现在应该在一个新的单元格里。如果不是，可以在命令模式下按 B 键（Below）来创建一个新的单元格。
  2. 切换为 Markdown 模式： 确保单元格处于命令模式（边框是蓝色的），然后按一下 M 键 (使用 shift+m 会失败，使用Caps Lock 切换后再输入 M)。你会发现单元格左侧的 In [ ]: 标记消失了。

  3. 进入编辑模式（按 Enter），然后输入以下文本：

    # 我的第一个数据分析笔记

这是一个简单的例子，用来计算一个列表里所有数字的和。

我们将执行以下步骤：
1.  创建一个包含数字的列表。
2.  使用 `sum()` 函数计算总和。
3.  打印结果。

  4. 渲染 Markdown： 同样，按下 Shift + Enter 来“运行”这个 Markdown 单元格。你会看到格式化的文本，而不是原始的 Markdown 代码。

    渲染后的 Markdown 文本截图：漂亮的标题和列表

    图：渲染后的 Markdown 文本截图，显示漂亮的标题和列表。

3. 结合代码与 Markdown

现在，让我们按照我们刚刚写的笔记来执行代码。

  1. 在新的 Code 单元格中，输入以下代码：

    # 1. 创建一个包含数字的列表
my_list = [10, 25, 30, 45, 50]

# 2. 使用 sum() 函数计算总和
total = sum(my_list)

# 3. 打印结果
print(f"列表的总和是: {total}")

  2. 按下 Shift + Enter 运行它。你会看到输出：列表的总和是: 160。

4. 可视化初体验

数据分析离不开可视化。让我们用 matplotlib 库来画一个简单的图。

  1. 在一个新的 Code 单元格中，输入以下代码：

    # 导入 matplotlib 库
import matplotlib.pyplot as plt

# 准备数据
x = [1, 2, 3, 4, 5]
y = [2, 3, 5, 3, 4] 

# 创建一个简单的折线图
plt.plot(x, y)

# 添加标题和标签
plt.title("My First Plot")
plt.xlabel("Index")
plt.ylabel("Value")

# 显示图表
plt.show()

  2. 按下 Shift + Enter 运行。你会看到一张漂亮的折线图直接内嵌在你的 Notebook 中！

    Notebook 中生成的 matplotlib 折线图

    图：Notebook 中生成的 matplotlib 折线图（示例）

重要的快捷键（命令模式）

熟练使用快捷键是提升效率的关键。

  • Shift + Enter: 运行当前单元格，并自动选择下一个单元格。
  • Ctrl + Enter (或 Cmd + Enter): 运行当前单元格，但停留在当前单元格。
  • A: 在当前单元格上方 (Above) 插入一个新单元格。
  • B: 在当前单元格下方 (Below) 插入一个新单元格。
  • M: 将当前单元格切换为 Markdown 模式。
  • Y: 将当前单元格切换为 Code 模式。
  • D, D (按两次 D): 删除当前单元格。
  • Z: 撤销删除单元格。

保存和关闭

  • 保存： Jupyter 会自动保存你的工作。你也可以手动按 Ctrl + S (或 Cmd + S) 或者点击工具栏上的保存图标来保存。
  • 关闭： 关闭浏览器标签页即可。然后回到你启动 Jupyter 的那个命令行终端，按 Ctrl + C 两次，即可停止 Jupyter 服务。

恭喜你！你已经完成了 Jupyter Notebook 的基本操作。现在，你可以尝试修改代码、添加新的笔记，真正开始你的数据探索之旅了。

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