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Jupyter Notebook

Jupyter Notebook ist eine webbasierte Umgebung, die das Erstellen, Dokumentieren und Teilen von Demonstratoren unterstützt, und zwar insbesondere im Umfeld der Datenanalyse. In einem Jupyter Notebook kann man Code schreiben und ausführen, Daten visualisieren, und diesen Code auch mit anderen teilen. Das Besondere an Jupyter Notebook ist, dass der Code und die Beschreibung des Codes in unabhängige Zellen geschrieben werden, so dass einzelne Codeblöcke individuell ausgeführt werden können.
Von der Funktionalität und Arbeitsweise her ist ein Jupyter Notebook vergleichbar mit einem MATLAB Live Script, das in Demo 5 Teil 1: MATLAB Live Scripts beschrieben ist.

Als Jupyter Notebook wird kontextabhängig die webbasierte Umgebung oder auch das interaktive Dokument bezeichnet, das man damit erstellt hat.

Workspace verwalten

Über den Anaconda-Navigator (oder auch direkt über Programme > Jupyter Notebook) wird die Anwendung Jupyter Notebook im Webbrowser geöffnet (URL http://localhost:8888/tree). Die Anwendung zeigt das Startverzeichnis an, unter dem Notebooks abgelegt werden können. Wir legen in diesem Startverzeichnis einen Ordner "elab2go" an, den wir als Workspace verwenden werden, der alle unsere Jupyter Notebooks enthält. Die Startseite der Jupyter Notebook-Anwendung ist in drei Reiterkarten ("Files", "Running" und "Clusters") organisiert.

• In der "Files"-Ansicht werden die Jupyter Notebooks erstellt und verwaltet.
• Die Jupyter Notebooks werden wegen einer besseren Übersicht in Ordnern abgelegt (vgl. Bereich 2 in Abbildung). Im Ordner Demo-PY1 liegen alle Dokumente (Jupyter Notebooks, csv-Dateien etc.) die zu Demo-PY1 gehören.
• Jupyter Notebooks haben die Datei-Endung ipynb, z.B. Python-Tutorial.ipynb (vgl. Bereich 3 in Abbildung)
• Unter dem Menüpunkt "New" können neue Jupyter Notebooks, Textdateien oder Ordner erstellt werden.
• In der "Running"-Ansicht werden die gerade laufenden Jupyter Notebooks angezeigt.

Jupyter Notebook erstellen

Jupyter Notebook dient dazu "Notizbücher" zu erstellen, d.h. der Code kann in Blöcken / Zellen (engl. cells) erstellt und ausgeführt werden. Zellen sind entweder Code-Zellen, die Python-Code enthalten, oder Markdown-Zellen, die die Dokumentation des jeweiligen Blocks im HTML-Format enthalten.

Schritt 1

Über den Menüpunkt "New > Python 3" erstellen wir ein neues Python3-Notizbuch mit der Endung ".ipynb". Da wir noch keinen Namen vergeben haben, wird das Notebook automatisch der Default-Namen "Untitled" erhalten. Zunächst wird eine leere Eingabezelle angezeigt, mit "In" beschriftet, vgl. Abbildung.

Schritt 2

Wir geben in die leere Zelle den Befehl print("Hello World") ein und führen den Code dann aus. Eine Zelle wird durch Auswählen des Codeblocks und Anklicken des RUN-Button ausgeführt. Die Ausgabe erfolgt direkt unterhalb des ausgewählten Codeblocks.

Schritt 3

Nun testen wir das Arbeiten mit Jupyter Notebooks, indem wir mehrere Zellen oberhalb und unterhalb der ersten Zelle eingeben, den Zellentyp ändern, und wahlweise einzelne oder alle Zellen ausführen.

• Füge oberhalb der ersten Codezelle eine weitere Zelle ein, und ändere ihren Typ in Markdown. In diese Zelle schreiben wir eine Dokumentation des Notebooks in HTML-Form.
• Füge unterhalb der Codezeile mit dem print()-Befehl zwei weitere Codezellen ein und gebe die im Bild gezeigten Anweisungen ein.

Command-Mode und Edit-Mode

In einem Jupyter Notebook arbeitet man in zwei Modi. Im Command-Mode, der mit (ESC) eingeleitet wird, kann man Zellen erstellen, verschieben oder löschen, den Typ einer Zelle festlegen (Code oder Markdown), und Zellen ausführen. Im Edit-Mode werden die Zellen editiert. Der gerade aktive Modus einer Zelle wird durch die Umrahmungsfarbe hervorgehoben. Blau bedeutet: Command-Mode, grün bedeutet: Edit-Mode.
Die verschiedenen Befehle können entweder über Menüpunkte in der Benützeroberfläche ausgewählt werden, oder über Tastenkürzel der Form STRG+<Buchstabe>. Letzteres geht mit der Zeit schneller.

Um zum Beispiel eine Zelle über Tastenkürzel als Markdown-Zelle festzulegen, wählt man die Zelle aus, klickt dann ESC, und danach M. Besonders nützliche Tastenkürzel sind:

• ESC, dann STRG+A - füge neue Zelle oberhalb ein
• ESC, dann STRG+B - füge neue Zelle unterhalb ein
• ESC, dann STRG+M - ändere den Typ der Zelle in Markdowns
• STRG+Z - mache Änderungen in einer Zelle rückgängig. Hierfür muss man sich im Edit-Mode befinden.