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以VSCode配置Jupyter筆記本偵錯環境

Jupyter筆記本介紹

Jupyter筆記本是基於Web以Jupyter、PyZMQ、Jinja、iPython、iPyKernel等眾多Python模組實現。

正如前言所述，Jupyter是Python模組。因此，安裝需要透過pip指令安裝:

  • PowerShell 
     pip install jupyter

Jupyter會一次性安裝多個Python模組，以提供基於Web的支援。

我們以終端機執行Jupyter:

  • PowerShell 
    jupyter notebook

Jupyter本地伺服器需要終端機掛載核心執行在本機localhost或本機IP位址127.0.0.1，並預設以8888埠監聽筆記本(即localhost:8888或127.0.0.1:8888)執行伺服器。執行時Jupyter會提供1~2組包含token的URL連結至本機Jupyter，該WEB連結開啟會瀏覽器並重新導向至Jupyter的本地端網頁。

開啟筆記本時，Jupyter會根據你在終端機執行Jupyter指令的路徑為根目錄執行筆記本(例如你在桌面路徑底下執行，則根目錄即為你的桌面資料夾User\Desktop)。

以VSCode開啟Jupyter筆記本

在VSCode中，Microsoft也有基於VSCode提供Jupyter筆記本的延伸模組支援，優點是能快速建立Code/Markdown及無須開啟終端機掛載Jupyter伺服器核心、以及在未建立/存檔筆記本的情況下執行Python互動式偵錯。

請在VSCode中安裝以下延伸模組:

  • VSCode Extentions 
    Jupyter (Microsoft)
Jupyter Keymap (Microsoft)
Jupyter Notebook Renderers (Microsoft)

Ctrl + Shift + P組合鍵開啟設定搜尋，鍵入Jupyter，找到Create: New Jupyter Notebook選項並點選，建立一個新的筆記本。

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開啟新的筆記本後，會自動轉化成模擬Web的筆記本格式，並預設開啟第一個執行格(cell)為Python程式碼。在鍵入程式碼的時候，會依照IntelliSense而給予智慧選字。出現下拉式選單時，使用方向鍵←, →, ↑, ↓進行選擇，以Tab鍵選字。

Jupyter可執行的直譯式偵錯核心如下:

  • Python
  • Julia
  • .NET 互動式(限VSCode Polyglot Notebooks)
  • MATLAB (Python基底)
  • 其他直譯式語言的互動式核心

Jupyter筆記本執行Python

對於Python程式語言，可執行的Python直譯器包含本地端安裝的Python直譯器，虛擬環境的Python直譯器(venv Python)，以及Conda環境基底的Python。

  1. 選擇本地端的原生安裝Python。你也可以選擇Conda基底的Python(例如Anaconda的釋出版本; 或是Intel oneAPI的Conda Python):

    image

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  2. 根據該路徑建立自定義venv Python:

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    image

  3. 根據該路徑建立自定義Conda Python:

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Jupyter筆記本執行MATLAB

對於MATLAB而言，MATLAB已有對Jupyter的內嵌式模組支援。MATLAB官方文件說明，該MATLAB核心需在Jupyter Web版開啟調用，但該功能同樣能在VSCode上執行。

  1. 安裝需要額外的Python模組，並重新啟動VSCode:
  • PowerShell 
    pip install matlabengine matlab-kernel

  1. 選擇MATLAB(Connection)的Jupyter Kernel。

    image

    image

    image

Jupyter筆記本執行Julia

對於Julia程式語言，同樣可以調用Julia核心並應用在VSCode上。該目標透過VSCode的延伸模組解決。

  • VSCode Extentions

    Julia (julialang)

    選擇其他核心。Julia核心會獨立於Python選項。

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Jupyter筆記本執行.NET REPL

對於.NET環境支援的語言有直譯器支援(需要有VS2022的.NET桌面開發或其他.NET安裝位置):

  • VSCode Extentions

    .NET Extention Pack
Polyglot Notebooks

  • Visual Studio Installer:

     .NET 桌面開發        #註記: 自動安裝獨立於.NET開發套件的Roslyn編譯器組件

    選擇具備REPL直譯式核心的.NET解譯器。

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    選擇.NET框架的語言。 請注意，.NET框架程式語言中，Visual Basic並沒有REPL的支援。

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Jupyter Notebook 注意事項

  • 每一個可執行區塊或是註記(Markdown)的儲存格被稱為cell。執行cell的熱鍵是Shift + Enter。

  • 請注意該筆記本內每一個cell的執行時間序。若有被刪除的cell影響到後續cell的執行，請在該時間序之後的cell重新執行。

  • 當遇到不可預期的錯誤時(例如程式報錯不符合預期內的錯誤)，試試看重新啟動核心(kernel)並全部重新執行一次。

  • 使用VSCode開啟的Jupyter不需要以終端機掛載ipykernel就能正常執行筆記本的Python互動式偵錯。

  • ipynb是Jupyter筆記本的副檔名，內容為JSON格式。

  • google.colab及drive套件為限定在Google Colabatory提供，特殊Linux基底的Python容器的雲端環境使用。因此，drive.mount("__LOCATION__")指令僅限在Colab上執行。若強制在本機執行指令安裝則會出現非基於pip指令導致的不可預期錯誤。

  • 請注意，在VSCode內以SSH連線執行遠端Google Colabatory的Python偵錯有可能會被視為違反Google Colabatory使用條款。

Future Targets

  • Adding ROOT-Project Cling C++ Interpreter support: 
     Resolving Jupyter-Cling-Kernel 403 ENOENT Error
  • Adding LFortran Support