16.1 Использование Jupyter Notebook

В этом разделе рассказано, как редактировать и запускать код из глав книги с помощью Jupyter Notebook. Убедитесь, что вы установили Jupyter и скачали код, как описано в разделе «Установка». Если вы хотите узнать о Jupyter больше, обратитесь к отличным руководствам в его документации.

16.1.1 Редактирование и запуск кода локально

Предположим, что локальный путь к коду книги — xx/yy/d2l-zh/. Перейдите в оболочке в этот каталог (cd xx/yy/d2l-zh) и выполните команду jupyter notebook. Если браузер не открылся автоматически, откройте http://localhost:8888. Вы увидите интерфейс Jupyter и все папки с кодом книги, как показано на рис. 16.1.1.

Рис. 16.1.1. Папки с кодом книги

Файлы блокнотов открываются щелчком по папкам на веб-странице. Обычно они имеют расширение «.ipynb». Для краткости мы создали временный файл «test.ipynb». Его содержимое после щелчка показано на рис. 16.1.2. Этот блокнот содержит одну ячейку Markdown и одну ячейку с кодом. В ячейке Markdown находятся «This Is a Title» и «This is text.». Ячейка с кодом содержит две строки кода на Python.

Рис. 16.1.2. Ячейки Markdown и кода в файле «test.ipynb»

Дважды щёлкните по ячейке Markdown, чтобы перейти в режим редактирования. Добавьте в конец ячейки новую строку «Hello world.», как показано на рис. 16.1.3.

Рис. 16.1.3. Редактирование ячейки Markdown

Как показано на рис. 16.1.4, выберите в строке меню «Cell» $\to$ «Run Cells», чтобы выполнить изменённую ячейку.

Рис. 16.1.4. Выполнение ячейки

После выполнения ячейка Markdown выглядит так, как показано на рис. 16.1.5.

Рис. 16.1.5. Ячейка Markdown после редактирования

Затем щёлкните по ячейке с кодом. Умножьте на 2 элемент после последней строки кода, как показано на рис. 16.1.6.

Рис. 16.1.6. Редактирование ячейки с кодом

Ячейку также можно выполнить сочетанием клавиш (по умолчанию Ctrl+Enter); результат вывода показан на рис. 16.1.7.

Рис. 16.1.7. Выполнение ячейки с кодом и вывод результата

Когда в блокноте много ячеек, можно выбрать в меню «Kernel» $\to$ «Restart & Run All», чтобы выполнить все ячейки блокнота. Выбрав «Help» $\to$ «Edit Keyboard Shortcuts», можно изменить сочетания клавиш по своему вкусу.

16.1.2 Дополнительные возможности

Помимо локального редактирования, важны ещё две вещи: редактирование блокнотов в формате Markdown и удалённый запуск Jupyter. Второе важно, когда мы хотим запускать код на более быстром сервере. Первое важно потому, что собственный формат Jupyter — ipynb — хранит много вспомогательных данных, которые на самом деле не относятся к содержимому блокнота, а в основном связаны с тем, как и где запускался код. Это сбивает с толку git и сильно затрудняет слияние правок. К счастью, есть альтернатива — локальное редактирование в Markdown.

16.1.2.1 Файлы Markdown в Jupyter

Если вы хотите внести вклад в содержание книги, вам нужно изменять исходные файлы на GitHub (md-файлы, а не ipynb). С помощью плагина notedown можно изменять блокноты в формате md прямо в Jupyter.

Сначала установите плагин notedown, запустите Jupyter Notebook и загрузите плагин:

pip install d2l-notedown  # возможно, придётся удалить исходный notedown
jupyter notebook --NotebookApp.contents_manager_class='notedown.NotedownContentsManager'

Чтобы плагин notedown включался по умолчанию при запуске Jupyter Notebook, сделайте следующее. Сначала сгенерируйте файл конфигурации Jupyter Notebook (если он уже создан, этот шаг можно пропустить).

jupyter notebook --generate-config

Затем добавьте в конец файла конфигурации Jupyter Notebook следующую строку (в Linux/macOS он обычно находится в ~/.jupyter/jupyter_notebook_config.py):

c.NotebookApp.contents_manager_class = 'notedown.NotedownContentsManager'

После этого для запуска с плагином notedown по умолчанию достаточно выполнить команду jupyter notebook.

16.1.2.2 Запуск Jupyter Notebook на удалённом сервере

Иногда бывает нужно запустить Jupyter Notebook на удалённом сервере и работать с ним через браузер на локальном компьютере. Если на локальном компьютере установлена Linux или macOS (в Windows это тоже возможно с помощью стороннего ПО, например PuTTY), можно использовать перенаправление портов:

ssh myserver -L 8888:localhost:8888

Здесь myserver — адрес удалённого сервера. После этого по адресу http://localhost:8888 мы можем обратиться к удалённому серверу myserver, на котором запущен Jupyter Notebook. Как запускать Jupyter Notebook на экземпляре AWS, подробно рассказано в разделе 16.3.

16.1.2.3 Время выполнения

С помощью плагина ExecuteTime можно измерять время выполнения каждой ячейки с кодом в Jupyter Notebook. Установите плагин следующими командами:

pip install jupyter_contrib_nbextensions
jupyter contrib nbextension install --user
jupyter nbextension enable execute_time/ExecuteTime

Резюме

• С помощью Jupyter Notebook можно редактировать и запускать код книги и вносить в неё свой вклад.
• Для запуска Jupyter Notebook на удалённом сервере используется перенаправление портов.

Упражнения

1. Отредактируйте и запустите код из этой книги с помощью Jupyter Notebook на локальном компьютере.
2. Отредактируйте и запустите код из этой книги удалённо с помощью Jupyter Notebook и перенаправления портов.
3. Для двух квадратных матриц $\mathbf{A}$ и $\mathbf{B}$ в ${\mathbb{R}}^{1024\times 1024}$ измерьте время выполнения операций ${\mathbf{A}}^{\top }\mathbf{B}$ и $\mathbf{AB}$. Какая из них быстрее?

Обсуждение