Comment utiliser Jupyter Notebook : tutoriel pour débutants

Un didacticiel pour débutants facile à comprendre sur l'utilisation de Jupyter Notebook, comprenant les étapes d'installation, la création du premier Notebook et bien plus encore.

Si vous êtes intéressé par la science des données, le Jupyter Notebook est un outil incroyablement utile pour développer et présenter des projets de manière interactive. Ce didacticiel vous guidera tout au long du processus d'utilisation des notebooks Jupyter pour des projets de science des données sur vos ordinateurs de bureau, portables ou machines virtuelles.

À propos du bloc-notes Jupyter

Les blocs-notes sont des documents polyvalents qui combinent du code et ses résultats, ainsi que des visualisations, du texte narratif, des équations mathématiques et d'autres médias riches. Ils vous permettent d'exécuter du code, d'afficher le résultat et d'ajouter des explications, des formules, des graphiques, etc. Essentiellement, les blocs-notes permettent de rendre votre travail plus transparent, compréhensible, reproductible et partageable dans un seul document.

Si vous travaillez avec des données, les notebooks peuvent changer la donne. Ils sont devenus un élément essentiel du flux de travail de science des données dans les entreprises du monde entier grâce à leur capacité à accélérer les flux de travail, à simplifier la communication et à faciliter le partage des résultats.

Dans le cadre du projet open source Jupyter, les notebooks Jupyter sont entièrement gratuits. Vous pouvez télécharger le logiciel seul ou dans le cadre de la boîte à outils de science des données Anaconda.

Bien que les notebooks Jupyter prennent en charge divers langages de programmation, cet article se concentrera sur Python, qui est largement utilisé.

Suite à cet article

Tout d’abord, nous aborderons l’installation de Jupyter Notebook sous Linux et Windows. Nous parlerons ensuite des différentes interfaces utilisateur et raccourcis clavier pour une utilisation interactive.

Installer Jupyter

Si vous débutez avec Jupyter Notebooks, envisagez d'installer Anaconda pour être opérationnel rapidement. Anaconda est l'une des principales distributions Python pour la science des données et comprend de nombreuses bibliothèques et outils parmi les plus populaires préinstallés, tels que NumPy, pandas et Matplotlib. C’est sans doute la meilleure façon de commencer.

Pour installer Anaconda, vous pouvez vous référer à notre guide dans ce tutoriel.

Si vous préférez utiliser uniquement Jupyter et pas beaucoup de packages, vous pouvez simplement ouvrir une invite de commande et exécuter ce qui suit pour installer Jupyter. Vous pouvez également lire ce guide pour installer Jupyter.

pip3 install jupyter

Créer votre premier cahier

Dans cette section, vous apprendrez à exécuter et à enregistrer des blocs-notes, à comprendre leur structure et à naviguer dans l'interface. Nous passerons également en revue la terminologie clé pour vous aider à utiliser en toute confiance les notebooks Jupyter et à préparer la section suivante. La section suivante nous présentera un exemple d’analyse de données, mettant en pratique tout ce que nous avons appris.

Exécuter Jupyter

Jupyter Notebook s'exécute sur un navigateur via un serveur local installé par Anaconda ou Jupyter. Par conséquent, assurez-vous d'avoir installé un navigateur tel que Firefox ou Google Chrome ou Edge.

Sous Windows, accédez au menu Démarrer et lancez Anaconda. Depuis le panneau Anaconda, cliquez sur Jupyter Notebook.

Si vous avez installé uniquement Jupyter à l'aide de pip, à partir de l'invite de commande, exécutez ce qui suit pour lancer Jupyter Notebook.

jupyter notebook

Une fois l'exécution réussie, vous devriez voir le navigateur par défaut s'ouvrir comme suit. Cela signifie que votre ordinateur portable Jupyter fonctionne correctement.

Exécuter Jupyter depuis Windows

Cette page qui s'est ouverte ci-dessus n'est pas encore un cahier. Il s'agit en fait du Tableau de bord Notebook, conçu pour vous aider à gérer vos notebooks Jupyter. Considérez-le comme votre rampe de lancement pour explorer, modifier et créer des blocs-notes.

Gardez à l'esprit que le tableau de bord ne donne accès qu'aux fichiers et sous-dossiers situés dans le répertoire de démarrage de Jupyter, où Jupyter ou Anaconda est installé. Par exemple, vous pouvez exécuter la commande "jupyter notebook" en parcourant n'importe quel répertoire à partir de la ligne de commande. La page s'ouvrira sur ce répertoire de travail actuel.

Vous pouvez également utiliser la commande suivante pour lancer Notebooks avec un répertoire de travail personnalisé.

jupyter notebook --notebook-dir="/home/arindam/Downloads/"

Démarrage de Notebook dans un répertoire de travail personnalisé

Lorsque vous ouvrez Jupyter Notebook dans votre navigateur, vous remarquerez peut-être que l'URL du tableau de bord commence par "https://localhost:8888/tree". Localhost signifie que le contenu est servi depuis votre propre ordinateur, c'est-à-dire le serveur Jupyter intégré. Les blocs-notes et tableaux de bord de Jupyter sont des applications Web, et Jupyter exécute un serveur Python local pour diffuser ces applications sur votre navigateur Web. Cela le rend indépendant de la plate-forme et facilite son partage sur le Web.

L'interface du tableau de bord est pour l'essentiel explicite, ce que nous aborderons dans la section suivante ci-dessous. Sélectionnez un dossier dans la liste des dossiers et sélectionnez nouveau > Python 3 dans le menu supérieur. Cela créera votre premier bloc-notes.

Créer un nouveau bloc-notes

Chaque carnet s'ouvre dans le nouvel onglet de votre navigateur. Cela est utile lorsque vous travaillez simultanément avec plusieurs ordinateurs portables. Si vous revenez au tableau de bord, vous devriez voir qu'un nouveau fichier est créé nommé Untitled.ipynb. Le texte vert indique qu'il est en cours d'exécution.

Le nouveau notebook est en cours d'exécution et enregistré en tant que fichier ipynb dans cwd

Qu'est-ce qu'un fichier ipynb ?

Lorsque vous créez un nouveau bloc-notes, un nouveau fichier est créé avec une extension ipynb. Ce fichier est essentiellement un fichier texte qui utilise le format JSON pour décrire le contenu de votre bloc-notes. Il comprend chaque cellule et son contenu, ainsi que toutes les pièces jointes d'image qui ont été converties en chaînes de texte et certaines métadonnées. Vous pouvez afficher le contenu de votre bloc-notes en sélectionnant « Modifier » dans les commandes du tableau de bord, mais il n'est pas recommandé de modifier vous-même les métadonnées.

L'interface du bloc-notes

Lorsque vous ouvrez le fichier .ipynb, les interfaces du bloc-notes s'ouvrent pour ce fichier. Vous pouvez regarder autour de vous et avoir une idée des interfaces utilisateur, des menus et des commandes.

Vous pouvez cliquer sur chacun des éléments du menu pour voir quelles sont les options disponibles. Tous les éléments de menu sont essentiellement des commandes de bloc-notes accessibles à l'aide de la petite icône « clavier ».

Deux éléments de menu clés que vous devez connaître ici sont « noyau » et « cellule ».

Un noyau est un moteur de calcul qui exécute du code dans un notebook.
Une cellule du notebook contient du texte ou du code à exécuter.

Cellules

Les cellules constituent l'épine dorsale de tout ordinateur portable. Il peut contenir votre code ou tout texte markdown. Ainsi, la cellule Code contient des codes qui peuvent être exécutés par le noyau Python. Lorsque vous exécutez le code, le résultat s'affiche sous la cellule qui l'a généré.

Une cellule vide marquée en vert

Une cellule de démarque contient des textes formatés et affiche sa sortie au même endroit lorsque vous exécutez la cellule de démarque. Les cellules Markdown peuvent contenir des titres tels que H1, H2, etc. ou tout autre formatage de texte de base. Par conséquent, vous pouvez également utiliser Notebooks pour préparer la documentation du code. C’est très utile dans ce cas d’utilisation.

Essayons une instruction Python de base dans une cellule de code. Tapez ce qui suit dans votre exemple de fichier de bloc-notes et cliquez sur le bouton Exécuter dans la barre d'outils. Vous pouvez également appuyer sur MAJ+ENTRÉE ou CTRL GAUCHE+ENTRÉE pour l’exécuter.

print('hello!')

Exemple de cellule de code

Lorsque vous l'exécutez, la sortie s'affiche juste en dessous de la cellule et l'étiquette In [ ] se transforme en In [1].

Exécuter un exemple de cellule de code à l'aide du notebook Jupyter

Le « In » désigne « Entrée » et le nombre représente le « quand » dans le temps la cellule s'est exécutée. Si vous exécutez à nouveau la cellule, l'étiquette devient In [2].

Le numéro d'entrée change lorsque vous réexécutez une cellule de code

Lorsqu'une cellule est en cours d'exécution, l'étiquette s'affiche comme In [*]. De plus, les cellules de démarque n’ont aucune étiquette.

Quelques raccourcis

Bien que l'interface du Notebook comporte des éléments de menu que vous pouvez utiliser, il est productif et efficace d'utiliser des raccourcis clavier.

Par exemple, pour exécuter rapidement une cellule, vous pouvez appuyer sur MAJ+ENTRÉE ou CTRL GAUCHE+ENTRÉE - au lieu de cliquer sur le bouton Exécuter du menu.

De même, voici un tableau rapide des différentes fonctions du Jupyter Notebook :

Utilisez les touches Haut ou Bas : faites défiler vers le haut ou vers le bas pour parcourir la cellule

Échap ou Entrée : basculer entre le mode commande (bleu) et édition (vert)

Appuyez sur A : Insérer une nouvelle cellule ci-dessus

Appuyez sur B : Insérez une nouvelle cellule ci-dessous

Appuyez sur M : convertir une cellule en démarque

Appuyez sur Y : convertir une cellule en cellule de code

Appuyez sur D + D (appuyez deux fois sur D) : Supprimez la cellule

Appuyez sur Z : annuler la suppression

Maintenez la touche MAJ et la touche fléchée HAUT/BAS : sélectionnez plusieurs cellules

Cellules de démarque

Vous connaissez probablement Markdown, qui est facile à apprendre et utilise des méthodes de formatage pour les textes bruts. C'est similaire au HTML mais les balises sont différentes. Vous pouvez également utiliser Jupyter Notebook pour créer une belle documentation à l'aide de ses cellules de démarque.

Par exemple, un seul # suivi d'une ligne peut créer un en-tête de premier niveau, c'est-à-dire une balise H1 en HTML.

# This is a first level heading

Exemple de démarque dans Jupyter Notebook

Voici un exemple de démarque plus complexe que vous pouvez essayer dans Jupyter Notebook. N'oubliez pas que ceux-ci doivent être ajoutés aux cellules de démarque (appuyez sur M).

# This is first level heading h1

## This is second level heading h2

A simple line of text.
A **bold** word
Another __bold__ word
This is *italics* or _italics_

* A list item
* Another list item

1. List with numbers
2. Another item

This is a hyperlink [debugpoint.com](https://www.debugpoint.com)

The following is a code block:
```
print('hello')
print('world')
```

Et lorsque vous l'exécutez, il s'affiche dans le format approprié.

Exemple de démarque plus complexe

Noyaux et flux d'exécution

Lorsque vous créez un bloc-notes et exécutez un code, le code est exécuté dans le cadre de ce noyau de bloc-notes. L'état de vos variables et valeurs persiste entre les cellules. Cela signifie que la portée des valeurs et de l'état des variables s'étend à l'ensemble du document et non aux cellules individuelles.

Par exemple, si vous importez une bibliothèque dans une cellule, vous pouvez utiliser les fonctions de cette bibliothèque dans une autre cellule. Voici un exemple rapide où nous avons importé la bibliothèque numpy et effectué un sqrt sur un numéro.

import numpy as np
def find_sq_root(x):
    return np.sqrt(x)

Vous pouvez mettre ce qui précède dans une cellule et appeler la fonction dans une autre cellule.

find_sq_root(44)

Comme vous pouvez le voir, la fonction définie est disponible dans tout le document et non dans des cellules individuelles.

Exemple de portée dans un document Notebook

Le flux d'exécution d'un Notebook de haut en bas. Cependant, vous pouvez sélectionner n'importe quelle cellule à tout moment et l'exécuter. Ce faisant, n’oubliez pas que la portée de la variable et de la fonction correspond à l’intégralité du document. Soyez donc prudent lorsque vous écrivez des programmes.

Le numéro à côté de In indique l'ordre d'exécution. Il s'incrémente à chaque exécution de cellules. Il reflète l'ordre d'exécution des cellules dans le noyau dans le cadre de ce document.

Par exemple, dans l'exemple ci-dessous, vous pouvez voir que les deux instructions print sont exécutées, puis la fonction racine carrée. Par conséquent, les instructions print affichent In [6] et In [7] et ainsi de suite.

Numéro d'ordre d'exécution à côté des cellules

A tout moment, si vous perdez la trace de l'exécution et souhaitez réinitialiser l'intégralité du document, vous pouvez le faire en utilisant les options du noyau.

Pour redémarrer le noyau et effacer toutes les variables : utilisez Redémarrer
Si vous souhaitez redémarrer, effacez toutes les variables et nettoyez toutes les sorties : utilisez Redémarrer et effacer la sortie.
Enfin, pour tout redémarrer et tout exécuter : Utilisez Redémarrer et Exécuter tout

Si vous rencontrez des conditions de concurrence ou des boucles infinies, vous pouvez utiliser l'option Interruption pour arrêter l'exécution.

Diverses options de noyau

Prise en charge d'autres langues dans le noyau

Les notebooks Jupyter sont polyvalents et prennent en charge de nombreux langages, pas seulement Python. Par exemple, vous pouvez installer et exécuter C, R, Julia, Java et d'autres langages de programmation populaires.

Vous devez installer le noyau approprié pour ceux qui utilisent pip et sélectionner le noyau dans l'option Kernel > Change Kernel.

Vous pouvez en savoir plus sur l’assistance supplémentaire ici.

Sauvegarder vos carnets

N'oubliez pas de sauvegarder périodiquement vos cahiers depuis le menu. Ou vous pouvez appuyer sur CTRL+S pour effectuer une sauvegarde manuelle et un point de contrôle.

Une fois que vous avez terminé votre travail, vous devez utiliser l'option Fichier > Fermer et arrêter dans le menu. Cela garantit que les exécutions arrêtent le noyau du bloc-notes concerné et ferment les onglets du navigateur.

Vous pouvez également télécharger votre bloc-notes au format HTML, PDF et autres formats à l'aide du menu Fichier.

Avant de télécharger et d'enregistrer, assurez-vous de nettoyer votre travail à l'aide des options ci-dessous.

Cliquez sur « Cellule > Toutes les sorties > Effacer »
Cliquez sur « Kernel > Redémarrer et tout exécuter »
Attendez que toutes les exécutions soient terminées.

Emballer

J'espère que vous aurez une compréhension de base de Jupyter Notebook dans ce didacticiel. Des étapes d'installation à la création de votre premier Notebook. Vous avez également appris les raccourcis, les noyaux, les cellules et la portée d'exécution.

Vous pouvez commencer à explorer davantage au fur et à mesure avec les documentations officielles.