[Pythonのはじめ方] Part26: Jupyter Notebookの使い方

Jupyter Notebook（ジュピター・ノートブック）は、Webブラウザ上でPythonなどのプログラムを実行し、その結果を記録・共有できるとっても便利なツールです。特にデータ分析や機械学習の分野で広く使われています。

ノートブックという形式のファイルに、プログラムコードだけでなく、説明文（Markdown）や実行結果、グラフなどをまとめて記録できるのが大きな特徴です。段階的にコードを実行して結果を確認しながら作業を進められるので、Python初学者の方にもおすすめです！ 😊

このツールを使うことで、以下のようなメリットがあります。

• コードとその実行結果、説明文を1つのファイルで管理できる
• セル単位でコードを実行し、結果をすぐ確認できる
• グラフや表などをノートブック内に直接表示できる
• 作成したノートブックを簡単に共有できる

Jupyter Notebookは、Pythonのパッケージ管理ツールであるpipを使って簡単にインストールできます。

ターミナル（Windowsの場合はコマンドプロンプトまたはPowerShell）を開き、以下のコマンドを実行してください。

pip install notebook

もしpip自体が古い場合は、先に以下のコマンドでpipをアップデートしておくと良いでしょう。

python -m pip install --upgrade pip

(環境によっては pip3 install notebook や python3 -m pip install notebook のように pip や python の部分が異なる場合があります。)

これでJupyter Notebookのインストールは完了です！🎉

注意： Anacondaディストリビューションをインストールした場合は、Jupyter Notebookがすでに含まれていることが多いです。その場合は別途インストールする必要はありません。

インストールが完了したら、ターミナルで以下のコマンドを実行してJupyter Notebookを起動しましょう。

jupyter notebook

このコマンドを実行すると、自動的にWebブラウザが起動し、Jupyter Notebookのダッシュボード画面が表示されます。ダッシュボードでは、ファイルやフォルダを管理できます。

Jupyter Notebookを終了するには、ターミナルで Ctrl + C キーを押します。確認メッセージが表示されるので、y を入力してEnterキーを押すとサーバーが停止します。ブラウザのタブを閉じるだけではサーバーは停止しないので注意してくださいね。

ノートブックの新規作成

ダッシュボード画面の右上にある「New▼」ボタンをクリックし、表示されるメニューから「Python 3 (ipykernel)」などを選択すると、新しいノートブックが作成され、別のタブで開きます。

ファイル名はデフォルトで「Untitled」となっています。画面上部の「Untitled」をクリックして、好きな名前に変更しましょう。ファイルは .ipynb という拡張子で保存されます。

セルについて

Jupyter Notebookは、「セル」という単位で構成されています。セルには主に2つの種類があります。

• コードセル (Code Cell): Pythonコードを記述し、実行するためのセルです。セルの左側には In [ ]: のような表示があります。
• マークダウンセル (Markdown Cell): 説明文や見出しなどをMarkdown記法で記述するためのセルです。

セルの種類は、ツールバーにあるドロップダウンメニューで切り替えることができます。

コードの実行

コードセルにPythonコードを入力し、そのセルを選択した状態で Shift + Enter キーを押すか、ツールバーの「▶ Run」ボタンをクリックすると、コードが実行され、結果がセルのすぐ下に表示されます。

# 例：簡単な計算
a = 10
b = 20
print(a + b)

実行すると、下に 30 と表示されるはずです。

マークダウンの書き方

マークダウンセルを選択し、Markdown記法を使ってテキストを記述します。例えば、見出しは # で、箇条書きは - や * で記述できます。

# これは見出しです

これは通常のテキストです。

- リスト項目1
- リスト項目2

マークダウンセルを実行（Shift + Enter）すると、整形されたテキストが表示されます。

ノートブックの保存

ノートブックは定期的に自動保存されますが、手動で保存することも重要です。ツールバーのフロッピーディスク💾アイコンをクリックするか、Ctrl + S (Macの場合は Cmd + S) キーを押して保存できます。

Jupyter Notebookには2つの主要な操作モードがあります。これらのモードを切り替えることで、効率的に作業を進めることができます。

• コマンドモード (Command Mode):
  • セル自体を操作するためのモードです（セルの追加、削除、コピー、移動など）。
  • セルの外側をクリックするか、編集モード中に Esc キーを押すと、コマンドモードになります。
  • 選択中のセルの左枠が青色になります。
• 編集モード (Edit Mode):
  • セル内にコードやテキストを入力するためのモードです。
  • セル内をクリックするか、コマンドモード中に Enter キーを押すと、編集モードになります。
  • 選択中のセルの左枠が緑色になり、カーソルが表示されます。

モードを意識してショートカットキーを使うと、マウスを使わずに素早く操作できます。

ショートカットキー

Jupyter Notebookにはたくさんのショートカットキーが用意されており、使いこなすと作業効率が格段にアップします！よく使うものをいくつか紹介します。（コマンドモードで実行します）

編集モード中にも便利なショートカットがあります。

Hキーで全てのショートカットを確認できるので、ぜひ見てみてください！

マジックコマンド

Jupyter Notebookには、「マジックコマンド」と呼ばれる特殊なコマンドがあります。%（ラインマジック）または%%（セルマジック）で始まるコマンドで、Notebookの機能を拡張してくれます。いくつか便利なものを紹介します。

# %timeit の使用例
%timeit [i**2 for i in range(1000)]

# %%timeit の使用例
%%timeit
total = 0
for i in range(1000):
    total += i**2

# %matplotlib inline の使用例 (Matplotlibがインストールされている場合)
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

%matplotlib inline

x = np.linspace(0, 10, 100)
y = np.sin(x)
plt.plot(x, y)
plt.show()

Jupyter Notebookは、Pythonコードの実行、結果の確認、ドキュメント作成をインタラクティブに行える強力なツールです。特にデータ分析や試行錯誤しながらのプログラミング学習において、その真価を発揮します。💡

基本的な使い方をマスターし、ショートカットキーやマジックコマンドを活用することで、より快適にPythonプログラミングを進めることができます。ぜひ、今後の学習や開発にJupyter Notebookを活用してみてください！

• Project Jupyter 公式サイト: https://jupyter.org/
• Jupyter Notebook ドキュメント: https://jupyter-notebook.readthedocs.io/en/latest/
• IPython Built-in magic commands: (マジックコマンドの詳細) https://ipython.readthedocs.io/en/stable/interactive/magics.html