远程Jupyter来实现Python气象聚类分析

日常工作、学习中可能都会有小型工作站或者是服务器（云服务器）供大家使用，而且使用Python的频率也挺高的，那么通常都会有可能个人电脑性能有限、存储空间或者内存有限的情形，那么我们Jupyter notebook就能够发挥很大的作用，特别是在公司、学校、或者单位局域网的环境下，远程的延迟相对较小，使用Jupyter来做Python数据处理和绘图实在是不错的选择。远程端负责计算，个人电脑仅仅是一个编辑器的作用。对于一些云服务器，可能相应的端口管理会更加严格一些，但通过设置远程使用Jupyter基本都没有问题。其实，本文所提及的远程使用jupyter主要集中于Python的配置、安装、使用。各取所需，仅仅做简单推介，不做深入的探讨。后文以Kaggle的气象聚类分析为例，实操一下如何远程Jupyter notebook使用Python的库来计算和绘图。

目标：安装Jupyter，配置服务端Jupyter，远程使用Jupyter，气象聚类分析。 工具：一台远程服务器、一台本地PC、Python3.x+基础包以及依赖的库、kaggle示例测试数据

1.安装Jupyter

回顾以往公众号的帖子，Python入门标配是安装Anaconda全家桶，如果是macOS或者Linux自身也会有预安装Python，替换掉！，在你安装好Anaconda之后，再进行后续操作，别问我为什么！

使用conda: conda install -c conda-forge jupyterlab 使用pip: pip install jupyterlab 上述步骤为远程端的配置安装，更加详细的内容请参考：链接[1]

2.配置Jupyter

配置文件所在路径

修改一个名为“upyter_notebook_config.py”的文件，这个文档位于home目录之下，不同的操作系统，它所处的位置稍有不同，大致如下：

• Windows: C:\Users\USERNAME\.jupyter\jupyter_notebook_config.py

• OS X: /Users/USERNAME/.jupyter/jupyter_notebook_config.py

• Linux: /home/USERNAME/.jupyter/jupyter_notebook_config.py

创建配置文件

如果你在上述路径下没有找到这个配置文件，那么就需要在终端运行如下命令：

[jpnb@centos-7 ~]$ jupyter notebook --generate-config
Writing default config to: /home/jpnb/.jupyter/jupyter_notebook_config.py

‍设置访问密码

[jpnb@centos-7 ~]$ jupyter notebook password
Enter password: ****
Verify password: ****
[NotebookPasswordApp] Wrote hashed password to /home/jpnb/.jupyter/jupyter_notebook_config.json

下面我们还需要手动生成一个hash密码。

可能你会问，为什么前面我们生成了一个Jupyter密码，这里还需生成一个hash密码呢？

原因很简单，如果你没有生成这么一个hash密码的话，那么每次通过浏览器远程访问Jupyter时，你都需要输入一次密码，这很繁琐！

但如果我们启用了这个hash密码，只需要首次远程访问Jupyter文档时，输入一次密码，在下次访问时，这个hash密码就好比一个钥匙（token），替我们打开密码之门，也就是免密码登录。

为了生成这个hash密码，我们需要在终端输入“ipython”（全部小写）命令，以进入IPython的交互shell。

然后在IPython中，依次输入如下代码：

In [1]: from notebook.auth import passwd
In [2]: passwd()
Enter password:
Verify password:
Out[2]: 'sha1:67c9e60bb8b6:9ffede0825894254b2e042ea597d771089e11aed'

将hash密码添加到配置文件中

下面，我们把前面生成的hash密码，添加到前面生成的配置文件：jupyter_notebook_config.py，

如前所述，这个文件就在我们家目录~/.jupyter中。通过vim打开这个文件：

vim ~/.jupyter/jupyter_notebook_config.py

（Windows用户可以用诸如Notepad++等可视化效果更好的编辑器打开这个文件）。

在270行左右，找到c.NotebookApp.password 所在行，将如下代码：

#c.NotebookApp.password = ' '

前面的注释符号“#”去掉，然后将“=”右边的赋值，由空字符串’’,修改为前面生成的hash密码（注意，每个用户每次重新生成的hash值都是不同的）：

c.NotebookApp.password = u'sha1:67c9e60bb8b6:9ffede0825894254b2e042ea597d771089e11aed'

这里，特别需要注意的是，hash密码字符串前面的那个u不可省略。

编辑配置文件

在jupyter_notebook_config.py 中，除了添加前面提及的hash密码之外，还要修改如下部分代码（如果这些代码前有注释符号‘#’，则首先将其删除，表示启用这些设置）：

将默认值False修改为True，表示允许外部访问，这个设置和下面IP设置，双重保障外部用户访问的可达性：

等号右边的‘localhost’（仅仅运行本地访问），修改为‘*’，表示允许所有IP皆可访问

c.NotebookApp.allow_remote_access = True

c.NotebookApp.ip='*'

禁止自动打开浏览器

c.NotebookApp.open_browser = False

设置一个固定的notebook服务会监听的IP端口（这里设置为9999），这个值可以任意，只要保证不和其他已经启用的端口号冲突即可。

c.NotebookApp.port = 9999

做完上述配置之后，保存文件并退出。

但此时修改的配置并没有生效，我们还需要在终端输入“jupyter notebook”命令，这样确保Jupyter重新加载jupyter_notebook_config.py，进而使得新配置起效。

放行Linux防火墙的端口(非必须，我的工作站就没有这一步！使用推荐默认端口也OK！)

Jupyter Notebook的设置已经接近尾声。但工作还没有做完。虽然我们开启了访问的端口，但Jupyter Notebook毕竟仅是Linux的一个应用程序，仅仅是它许可开放某个端口，这还不够。Linux还得有个“外交部”——防火墙，只有它许可开放，那才是真的开放。因此，下面的工作就是设置防火墙的端口开放。倘若开放某个端口（如9999），使用如下命令：

jpnb@centos-7 .jupyter]$ sudo firewall-cmd --zone=public --add-port=9999/tcp --permanent
[sudo] jpnb 的密码：****
Success

如果我们开放的不是9999，则修改上述端口号即可。

同样，有了新设置，我们还需要重新启动防火墙，使之生效。使用下面的命令，即可达到重启防火墙的功效：

[jpnb@centos-7 .jupyter]$ sudo systemctl restart firewalld

3.远程Jupyter

“是骡子是马，拉出来溜溜”。

配置了半天，我们看看能不能访问远程的Jupyter文档呢。我们先通过“ifconfig”来查看一下本机IP，这个流程并不是必需的，它主要是要证明，下面Jupyter文档的访问不是本地完成的。

远程SSH登录Jupyter服务器

现在我们远程SSH登录Jupyter服务器（IP地址为192.168.31.176）：

YHMacBookPro:~ yhilly$ ssh jpnb@192.168.31.176
jpnb@192.168.31.176's password:
Last login: Thu May 2 14:20:19 2019 from 192.168.31.194

在登录之后，我们启动Jupyter服务器，并让这个服务器后台运行：

[jpnb@centos-7 ~]$ nohup jupyter notebook &
[1] 18505
[jpnb@centos-7 ~]$ nohup: 忽略输入并把输出追加到"nohup.out"

这里简单解释一下nohup的含义，nohup就是不挂起的意思( no hang up)。该命令的一般形式为：

nohup command &

使用&命令后，作业被提交到后台运行，当前控制台没有被占用，否则，一旦把当前终端关掉(退出帐户时)，作业就会停止运行。

nohup命令可以在你退出帐户之后继续运行相应的进程。

本地个人PC开启远程Jupyter

然后，我们在地址栏中输入远程服务器的IP和端口号：“http://192.168.31.176:9999/”，如图所示:

Jupyter会提示我们输入先前设置的密码。一旦输入密码后，就可以在浏览器上看到运行的Jupyter文档，如图所示:

具体参考内容:链接[2]

4.气象聚类分析实例

Weather Data Clustering using K-Means Python notebook using data from minute_weather

Clustering with scikit-learn

详情链接：链接[3]

In this notebook, we will learn how 
to perform k-means lustering using
scikit-learn in Python.We will use 
cluster analysis to generate a big 
picture model of the weather at a 
local station using a minute-
graunlarity data. In this dataset,
we have in the order of millions
records. How do we create 12 clusters our of them?

References

[1] 链接.1: https://jupyterlab.readthedocs.io/en/stable/getting_started/installation.html [2] 链接.2: https://zhuanlan.zhihu.com/p/64524822 [3] 链接.3: https://www.kaggle.com/prakharrathi25/weather-data-clustering-using-k-means/data