VSCode使用Jupyter完整指南配置机器学习环境

接下来开始机器学习部分

第一步配置环境：

VSCode使用Jupyter完整指南

1. 安装必要的扩展

打开VSCode，按 Ctrl+Shift+X 打开扩展市场，搜索并安装以下扩展：

必装扩展：

Python (Microsoft官方) - Python语言支持
Jupyter (Microsoft官方) - Jupyter notebook支持
Pylance (Microsoft官方) - Python智能提示和语法检查

推荐扩展：

Python Docstring Generator - 自动生成函数文档
Python Environment Manager - Python环境管理
Jupyter Keymap - Jupyter快捷键支持

2. Python环境配置

bash 复制代码

# 方法1：使用Anaconda（推荐）
conda create -n ai_learning python=3.9
conda activate ai_learning

# 安装Jupyter相关包
conda install jupyter notebook ipykernel
# 或使用pip
pip install jupyter notebook ipykernel

# 安装AI学习必需的库
pip install numpy pandas matplotlib seaborn scikit-learn
pip install tensorflow keras torch torchvision
pip install plotly jupyter-widgets ipywidgets

# 将环境注册到Jupyter内核
python -m ipykernel install --user --name ai_learning --display-name "AI Learning Python 3.9"

bash 复制代码

# 方法2：使用虚拟环境
python -m venv ai_env
# Windows激活
ai_env\Scripts\activate
# macOS/Linux激活
source ai_env/bin/activate

# 安装相同的包
pip install jupyter ipykernel numpy pandas matplotlib seaborn scikit-learn
python -m ipykernel install --user --name ai_env --display-name "AI Environment"

3. VSCode配置优化

按 Ctrl+, 打开设置，搜索相关设置或直接编辑 settings.json：

json 复制代码

{
    // Python解释器路径
    "python.defaultInterpreterPath": "~/anaconda3/envs/ai_learning/bin/python",
    
    // Jupyter设置
    "jupyter.askForKernelRestart": false,
    "jupyter.sendSelectionToInteractiveWindow": false,
    "jupyter.interactiveWindow.creationMode": "perFile",
    "jupyter.widgetScriptSources": ["jsdelivr.com", "unpkg.com"],
    "jupyter.runStartupCommands": ["%load_ext autoreload", "%autoreload 2"],
    
    // Notebook设置
    "notebook.cellToolbarLocation": {
        "default": "right",
        "jupyter-notebook": "left"
    },
    "notebook.output.textLineLimit": 30,
    "notebook.showCellStatusBar": "visible",
    
    // Python设置
    "python.terminal.activateEnvironment": true,
    "python.linting.enabled": true,
    "python.linting.pylintEnabled": true,
    
    // 字体和主题
    "editor.fontSize": 14,
    "editor.fontFamily": "'Fira Code', 'Consolas', 'Courier New', monospace",
    "editor.fontLigatures": true,
    
    // 中文支持
    "files.autoGuessEncoding": true
}

4. 创建和使用Jupyter Notebook

方法1：通过命令面板

按 Ctrl+Shift+P 打开命令面板
输入 "Jupyter: Create New Jupyter Notebook"
选择Python内核（选择我们创建的ai_learning环境）

方法2：直接创建文件

在文件资源管理器中右键点击
选择 "New File"
命名为 test.ipynb
VSCode会自动识别为Jupyter文件

方法3：使用快捷键

Ctrl+Shift+P → "Python: Create Blank New Jupyter Notebook"

5. Jupyter Notebook基本操作

单元格操作：

Shift+Enter - 运行当前单元格并移到下一个
Ctrl+Enter - 运行当前单元格不移动
Alt+Enter - 运行当前单元格并在下方插入新单元格
A - 在当前单元格上方插入新单元格
B - 在当前单元格下方插入新单元格
DD - 删除当前单元格
M - 转换为Markdown单元格
Y - 转换为代码单元格

实用快捷键：

Ctrl+/ - 注释/取消注释
Tab - 自动补全
Shift+Tab - 查看函数文档
Ctrl+S - 保存
Ctrl+Z - 撤销

6. 环境切换和内核管理

切换Python环境：

点击右上角的内核选择器
选择 "Select Another Kernel"
选择 "Python Environments"
选择你创建的 "AI Learning Python 3.9"

查看可用内核：

bash 复制代码

jupyter kernelspec list

删除不需要的内核：

bash 复制代码

jupyter kernelspec uninstall unwanted_kernel_name

7. 实用技巧和最佳实践

7.1 魔法命令（Magic Commands）

python 复制代码

# 在notebook中使用以下魔法命令
%matplotlib inline  # 图表内联显示
%load_ext autoreload  # 自动重载模块
%autoreload 2  # 自动重载所有模块

# 查看执行时间
%time your_function()
%timeit your_function()

# 查看当前变量
%who  # 简单列表
%whos  # 详细信息

# 执行shell命令
!pip list
!ls -la

7.2 调试技巧

python 复制代码

# 在代码中设置断点
import pdb; pdb.set_trace()

# 或使用ipdb（需要安装：pip install ipdb）
import ipdb; ipdb.set_trace()

# 在VSCode中可以直接设置断点，点击行号左侧

7.3 输出优化

python 复制代码

# 设置pandas显示选项
import pandas as pd
pd.set_option('display.max_columns', None)
pd.set_option('display.max_rows', 100)
pd.set_option('display.width', None)

# 设置numpy显示选项
import numpy as np
np.set_printoptions(precision=3, suppress=True)

# 设置matplotlib中文显示
import matplotlib.pyplot as plt
plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei']  # 中文字体
plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False   # 负号显示

8. 测试配置

创建一个测试文件验证配置是否正确：

python 复制代码

# 测试基本功能
import sys
print("Python版本:", sys.version)
print("Python路径:", sys.executable)
plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei']  # 用来正常显示中文标签
plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False    # 用来正常显示负号
# 测试科学计算库
import numpy as np
import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt
import seaborn as sns

print("NumPy版本:", np.__version__)
print("Pandas版本:", pd.__version__)

# 测试简单绘图
x = np.linspace(0, 10, 100)
y = np.sin(x)

plt.figure(figsize=(10, 6))
plt.plot(x, y, label='sin(x)')
plt.title('测试图表')
plt.xlabel('x')
plt.ylabel('y')
plt.legend()
plt.grid(True)
plt.show()

# 测试数据处理
df = pd.DataFrame({
    'A': np.random.randn(5),
    'B': np.random.randn(5),
    'C': np.random.randn(5)
})
print("\n测试DataFrame:")
print(df)

# 测试机器学习库
try:
    import sklearn
    print(f"Scikit-learn版本: {sklearn.__version__}")
    print("✅ 机器学习环境配置成功！")
except ImportError:
    print("❌ 需要安装scikit-learn")

try:
    import tensorflow as tf
    print(f"TensorFlow版本: {tf.__version__}")
    print("✅ 深度学习环境配置成功！")
except ImportError:
    print("❌ 需要安装TensorFlow")

9. 常见问题解决

问题1：内核无法连接

bash 复制代码

# 重新安装ipykernel
pip uninstall ipykernel
pip install ipykernel
python -m ipykernel install --user

问题2：中文显示乱码

python 复制代码

# 在notebook开头添加
import matplotlib
matplotlib.rcParams['font.family'] = ['DejaVu Sans']
# 或下载中文字体文件

问题3：模块导入错误

python 复制代码

# 检查当前Python路径
import sys
print(sys.path)

# 添加自定义路径
sys.path.append('/path/to/your/modules')

问题4：图表不显示

python 复制代码

# 确保添加这行
%matplotlib inline
# 或者尝试
%matplotlib widget

10. 推荐的工作流

项目结构：

ai_learning_project/
├── data/ # 数据文件
├── notebooks/ # Jupyter notebooks
├── src/ # Python源代码
├── models/ # 保存的模型
├── results/ # 结果和图表
└── requirements.txt # 依赖列表
文件命名：

01_data_exploration.ipynb - 数据探索
02_data_preprocessing.ipynb - 数据预处理
03_model_training.ipynb - 模型训练
04_model_evaluation.ipynb - 模型评估