Jupyter Notebook使用教程——从Anaconda环境构建到Markdown、LaTex语法介绍

0. 前言

按照国际惯例，首先声明：本文只是我自己学习的理解，虽然参考了他人的宝贵见解及成果，但是内容可能存在不准确的地方。如果发现文中错误，希望批评指正，共同进步。

你是否在视频教程或说明文档或Github或其他场景中见过下面这类东东？

在这里只要在[in]中输入代码，在[out]中就会即时显示输出，更关键的是不用安装任何IDE就可以直接运行代码！这个牛13哄哄的东东就是——Jupyter Notebook。

IDE，集成开发环境（Integrated Development Environment）是一种综合性的应用程序，它集成了代码编写、编译、调试、版本控制、项目管理和构建工具等多种功能于一身，为开发者提供了一个便捷高效的一站式开发平台，例如下面这些“编写语言的软件”：

本文将系统地介绍Jupyter Notebook的使用方法，涵盖：Anaconda的环境构建、数据库导入、Markdown语法、Jupyter Notebook使用实例、.ipynb文件导入等几个方面。

本文的介绍全部通过图形界面进行，没有命令提示符窗口操作！

1. Jupyter Notebook

1.1 Jupyter Notebook简介

Jupyter是一个开源的交互式计算环境，它允许用户创建和共享包含实时代码、方程式、可视化图表和文本说明的文档。这些文档通常被称为“Notebooks”，它们是一个基于Web的应用程序，可以在浏览器中运行，并支持超过40种编程语言，包括但不限于Python、R、Julia等。

Jupyter Notebook融合了实时代码执行、富文本编辑、数据可视化和数学公式支持等功能于一体。用户可在不安装任何软件的前提下，使用单一网页界面编写、运行多种编程语言的代码，并即时查看输出结果。它支持Markdown文档撰写，有利于项目协作、学术研究与教学演示，通过集成众多科学计算库加强了数据科学工作流的效率。Jupyter Notebook有以下好处：

编写可执行代码：在单元格内编写代码片段，实时查看结果；
交互式数据分析：对数据进行清理、转换、探索性分析及可视化；
动态报告：将代码、文字、数学公式和图形结合在一起，形成丰富的文档，便于协作和演示；
教学与学习资源：作为教材或教程，方便学生直接在文档中运行示例代码并观察输出；
版本控制与分享：Notebooks 可以通过GitHub等工具进行版本控制，并方便地分享给他人审阅或复现研究结果；

Jupyter 还拥有强大的生态系统，其中包括 JupyterLab，这是一个下一代交互式开发环境，提供了更为灵活和模块化的界面来处理Notebooks以及其他文件类型。此外，JupyterHub 和 Binder 等项目则支持多用户环境和基于云的Notebook托管服务。

1.2 Jupyter Notebook启动方式

Jupyter Notebook启动有以下两种方式：

①不安装任何软件，直接通过Jupyter官网试用网页版：Intro (jupyter.org)

②先安装Anaconda，然后通过本地应用打开Jupyter Notebook：

启动后也是在网页中，点击“New-->Notebook-->选择kernel”即可创建新的Notebook文档：

这里需要解释下Jupyter Notebook中的kernel：

在Jupyter Notebook（以及其后续版本JupyterLab）中，Kernel是指运行和执行用户代码的计算后端。当你打开一个Notebook并开始编写代码时，Notebook并不是直接执行这些代码，而是通过与一个后台进程（即Kernel）进行通信来执行和获取结果。

具体来说，Kernel代表了一个特定编程语言的解释器或编译器环境，例如Python、R、Julia等。每个Kernel都对应着一个独立的运行环境，其中包含了所有相关的库和依赖包。

这里我推荐通过第②种方法启动Jupyter Notebook，但是可能就有同学会困惑了：上面不是说使用Jupyter Notebook的好处是可以避免安装IDE吗？下面是我自己总结的先安装Anaconda的好处：

相比通过Jupyter官网进入试用版，通过本地安装启动Notebook代码运行更快（试用版经常会卡住不动）；
相比IDE的安装，Anaconda的安装及配置要容易得多（反正对于环境管理等方面，Anaconda都是必须的）；
试用版Notebook有很多限制，例如不能上传和打开Jupyter Notebook生成的.ipynb文件

2. Anaconda

Anaconda 是一个开源的数据科学平台，它提供了一个强大的软件包管理系统——Conda，用于简化包的安装、管理和环境配置。

可以把Anaconda理解为大规模数据处理、机器学习、数据分析等相关软件的“APP Store”。

2.1 Anaconda安装

Anaconda可以通过官网免费下载使用：Free Download | Anaconda

安装后就可以看到软件全家桶：

在Jupyter Notebook下点击“Install”，安装成功后点击“launch”就可以启动Notebook了。

→

2.2 虚拟环境创建

虚拟环境在软件开发中扮演着至关重要的隔离角色，它通过创建独立的Python运行环境来确保不同项目之间不会因为依赖库版本冲突而相互影响。每个虚拟环境都有自己的一份Python解释器副本和独立的第三方包安装目录，使得开发者能够为每个项目配置特定版本的库和工具，从而保证项目的可重复构建与部署，并且简化了多项目并行开发时的依赖管理。

在Anaconda Navigator中创建虚拟环境的操作如下：

这里可以看到我已经有了4个环境：

base（root）这个是默认环境，不用创建
DL
pytorch
anaconda3

大家可以按照需求创造自己的环境。

注意：在上面启动Jupyter Notebook时也需要注意是从哪个虚拟环境launch的：

因为不同的虚拟环境下会配置有不同的第三方库。

2.3 安装第三方库

即便Jupyter Notebook是基于网页的交互式计算环境，但是在使用前还是需要安装第三方库，否则就会像下面这样：

这就是因为没有先安装'torch'库导致的。

安装第三方库的过程如下：

安装成功后再运行就OK了~

3. Markdown

3.1 Markdown简介

Markdown 是一种轻量级的标记语言，并通过易读易写的纯文本格式实现对文档结构和样式的控制。Markdown 的设计目的是让用户可以专注于内容本身，而非复杂的排版样式，同时其语法简单明了，方便快捷地转换为结构化的HTML、PDF等多种格式。

在Jupyter Notebook中可以选择当前的输入框是想输入文本（Markdown）还是代码：

3.2 Markdown的常用语法

①标题：
使用 `#` 符号表示不同级别的标题，例如：

# 一级标题
## 二级标题
...
###### 六级标题

②段落与换行：
段落之间使用一个空行进行分隔。如果需要在同一行内强制换行，可以在行尾添加两个或多个空格后回车。

③强调：

斜体：使用星号 `*` 或下划线 `_` 包围文字，例如：`*斜体*` 或 `_斜体_`。

加粗：使用两个星号 `**` 或两个下划线 `__` 包围文字，例如：`**加粗**` 或 `__加粗__`。

④引用：

使用大于号 `>` 引领一行或多行文本以创建引用块，嵌套引用则连续使用多个 `>`。

⑤列表：

无序列表：每项前使用 `-`、`+` 或 `*` 开头，如：

- 列表项一
- 列表项二
- 列表项三

有序列表：数字加`.`，如：

1. 第一项
2. 第二项

⑥链接：

直接链接： `[链接文本](链接地址)`，例如：`[Google](https://www.google.com)`

参考式链接： `[链接文本][引用名称]` 在文档任意位置定义 `[引用名称]: 链接地址`。

⑦图片：

图片插入类似链接语法，但在方括号后面加上感叹号 `!`，例如：`![图片描述](图片URL)`

⑧水平线：

通过在一行中输入三个或以上的 `-`、`*` 或 `_` 来创建水平分割线。

4. LaTex

4.1 LaTex介绍

在数学、科技和教育领域，输入公式的语言通常指的是用来描述和展示数学公式、符号以及科学表达式的方法。其中最常见的是LaTeX，它是一种基于TeX的文字处理系统，专门用于排版数学公式、论文和技术文档。

4.2 LaTex的常用语法

关于LaTex编辑公式的内容实在太多，这里不再赘述，引用一篇参考文章：使用CSDN的MarkDown编辑公式_csdn如何打分母分子-CSDN博客

5. Jupyter Notebook使用实例

掌握了上述步骤后，我们就可以写自己的酷炫Notebook文档啦~

点击“Run All Cells”

就会生成下面的文档：

最后别忘了保存好自己的Notebook：