PRISE EN MAIN DE CLASSEURS JUPYTER¶

(Emmanuel DUBOIS 2023)¶

Un classeur Jupyter est créé dans votre environnement de développement par les boutons

  • + pour créer un nouveau classeur. Vous serez alors interrogé sur le type de document à utiliser et le type Notebook Notebook utilisant un Kernel (moteur de calcul sous-jacent) Python Python 3 sera votre point de départ.
  • Soit en récupérant un classeur depuis votre poste de travail par le bouton Charger des fichiers. Lors d'un double clic sur le fichier, vous le verrez s'ouvrir dans l'écran de l'application.

Un tel document est formé de 2 types de cellules :

  • des cellules de Texte destinés à recevoir l'explication rédigée de concepts.
  • des cellules de Code destinées à recevoir le code informatique appliquant les traitements sur des données. Lors de l'exécution des cellules de code, ces dernières présentent leur résultat immédiatement sous le code.

PREMIERE PARTIE : Cellules de Texte¶

Sous JupyterHub (autre nom de l'interface originale Jupyter notebooks) et JupyterLab, les cellules de texte en sont créées en cliquant, dans la barre d'outil au sommet du document, sur l'outil 🞦 sachant le type (dans la liste déroulante de cette même barre d'outil) fixé sur Markdown.

Sous Visual Studio code (vscode) et Google Collab, les cellules de texte sont créées en cliquant sur le bouton + Texte ou + Markdown dans la barre d'outils au sommet du document.

Elles peuvent ensuite être manipulées par les commandes apparaissant lors d'un clic droit ou secondaire.

Leur rendu est obtenu par :

  • un clic sur le bouton ▶ sous JupyterHub ou Google Collab et sur le bouton ✓ situé en haut et à droite de la cellule sous JupyterLab.
  • la séquence de touche Maj + Entrée

Un double-clic sur une cellule permet l'édition de son source markdown.

1 - Enrichissement de texte¶

italique et italique en faisant précéder et suivre le mot par un * ou _ gras et gras en faisant précéder et suivre le mot par 2 * ou _
*gras et italique* en faisant précéder et suivre le mot par 3 * ou _
mise en exposant en encadrant le terme par <sup> et </sup>
soulignement en encadrant le terme par <ins> et </ins>
barré en encadrant le terme par des ~~.
police de taille fixe (code) en encadrant par des apostrophes inverses $`$.

Pour éviter l'interprétation Markdown d'un caractère on peut le préfixer par \.

Texte Markdown de la cellule :

2 - Gestion des paragraphes¶

Toute ligne se terminant par 2 espaces ou 2 sauts de ligne impose le début d'un nouveau paragraphe pour la suite.

Une ligne de séparation entre deux paragraphes peut être réalisés en mettant 3 tirets (---), 3 caractères de souligbnement(___) ou 3 apostrophes (***) en début de ligne :

Un paragraphe de code peut être encadré par des suites de trois apostrophes inverses $```$ :

#Ceci est un paragraphe en formatage de code

Si le nom du langage débute le bloc de code, immédiatement après les $```$, le code bénéficiera de la mise en couleur illustrant la syntaxe du langage cible.

Un paragraphe peut être mis en citation (ou en retrait) en faisant débuter la ligne par un >(ou plusieurs >> pour des citations imbriquées) :

Ceci est une citation ou en texte en retrait

Ceci est une citation imbriquée.

Les lignes correspondant à des éléments de listes à puces débutent par un * suivi d’un espace. Les listes peuvent être imbriquées en faisant précéder le caractère * par des doubles espaces en nombres progressifs.

  • liste à puces
  • élément n°2
    • élement 2.1
    • élement 2.2
      • élement 2.2.1
      • élement 2.2.2

Les lignes correspondant à des éléments de listes numérotées débutent par un numéro suivi d’un point et d’un espace.

  1. liste ordonnée
  2. élément n°2

Texte Markdown de la cellule :

3 - Structuration¶

Les titres sont soit soulignés avec des – ou des = :

Titre 2¶

soit précédés par des # et le nombre de # indique leur niveau :

Titre 1¶

Titre 2¶

Titre 3¶

Titre 4¶

Titre 5¶
Titre 6¶

Texte Markdown de la cellule :

4 - Tableaux¶

Les tableaux sont simulés en utilisant le | comme séparateur de colonne et le - comme séparateur de ligne. Il n'est pas nécessaire que les colonnes aient le même nombre de caractères. Par défaut les cellules sont alignées à gauche, toutefois, lors des séparations de lignes l'indications des seuls - impliquent l'alignement à gauche, les caractères :-: impliquent le centrage et les caractères -: l'alignement à droite.

Entête de tableau Second entête Troisième entête
Cellule n°1 Cellule n°2 Cellule n°3
Cellule n°4 Cellule n°5 Cellule n°6

Texte Markdown de la cellule :

5 - Liens hypertexte¶

On peut insérer un lien hypertexte affiché dont le texte est mis entre crochets et l'adresse entre parenthèses .

Le syntaxe complète est [ Texte du lien ]( URL "titre" ). Le titre est facultatif et apparaît lorsque le lien est survolé.

Texte Markdown de la cellule :

In [ ]:

5 - Images¶

Une image sera présenté par la notation ![ texte alternatif ]( URL "titre" ). Le texte alternatif et le titre sont recommandés mais pas obligatoires.

Texte Markdown de la cellule :

7 - Caractères étendus¶

Cases cochées ou pas :

  • Choix n°1
  • Choix n°2

Formes géométriques, caractères décoratifs et émoticones :

&#numéro; où numéro est un numéro décimal
&#xnuméro; où numéro est un numéro hexadécimal
Ces numéros sont issus de la référence des caractères unicodes

■ ■ ☂ ☂ ✀ ✀ ⌛ ⌛ 😀 😀

Ils peuvent par ailleurs être transférés par copier/coller.

Texte Markdown de la cellule :

8 - Mathématiques¶

Les symboles mathématiques peuvent être placés en notation LateX entre des caractères $. Ile peuvent également être indiqués ous forme de références unicode comme les formes géométriques, élements décoratifs et emoticones.

Les équations mathématiques peuvent être placées en notation Latex :

  • entre des simples caractères $ pour un afichage dans le texte : $\sum_{n=1}^{10} n^2$
  • entre des doubles caractères $($$) pour un affichage dans un paragraphe isolé du texte: $$\sum_{n=1}^{10} n^2$$

Pour en connaitre les possibilités, quelques sources :
Mathématiques en Markdown sous R
Mathématiques sous Latex

Texte Markdown de la cellule :

DEUXIEME PARTIE : Cellules de Code¶

Principes généraux¶

Sous JupyterHub et JupyterLab, les cellules de code en sont créées en cliquant, dans la barre d'outil au sommet du document, sur l'outil 🞦 sachant le type (dans la liste déroulante de cette même barre d'outil) fixé sur Code.

Sous Visual Studio Code (vscode) et Google Collab, les cellules de code sont créées en cliquant sur le bouton + Code dans la barre d'outil au sommet du document.

Elles peuvent ensuite être manipulées par les commandes apparaissant lors d'un clic droit ou secondaire.

Leur exécution et rendu (s'affichant immédiatement sous la cellule de code) sont obtenus :

  • par un clic sur le bouton ▶.
  • par la séquence de touche Maj + Entrée

Un double-clic sur une cellule permet l'édition de son source Python.

Une cellule de code peut également recevoir des commentaires, toutefois ces derniers suivront la norme du langage : en Python les commentaires suivent le symble #.

In [1]:
# Ceci est un exemple de cellule de code ayant recours aux opérateurs arithmétiques de calcul
# l'opérateur puissance s'écrit ** en Python
1-2+3*(4/5)**6
Out[1]:
-0.21356799999999976

Il est possible d'obtenir l'exécution de toutes les cellules d'un classeur sous JupyterHub et JupyterLab par l'appui sur le bouton ⯮ de la barre d'outils. Sous Visual Studio Code (vscode) il s'agit du bouton Runa All et sous Google Colab vous aurez la commande Exécution/Tout exécuter CTRL+F9. Dans ce cas, l'exécution peut être arrêtée par l'appui sur le bouton ■. En cas d'erreur d'exécution sur une cellule, l'exécution s'arrête sur cette dernière qui présente la nature de l'erreur comme résultat.

Accès à la documentation¶

En complément des entrées du menu Aide, une cellule de code peut retourner la documentation d'un commande : il suffit pour cela de la faire suivre du symbole ?, comme ci dessous pour obtenir de l'aide sur la commande printdu langage Python :

In [2]:
print?

Docstring:
print(value, ..., sep=' ', end='\n', file=sys.stdout, flush=False)

Prints the values to a stream, or to sys.stdout by default.
Optional keyword arguments:
file:  a file-like object (stream); defaults to the current sys.stdout.
sep:   string inserted between values, default a space.
end:   string appended after the last value, default a newline.
flush: whether to forcibly flush the stream.
Type:      builtin_function_or_method

Débogage¶

Les instructions multilignes d'une cellule de code peuvent être exécutées en pas-à-pas, c'est à dire en marquant une pause après chaque ligne. Pour cela il faut activer le mode de débogage par le bouton à bascule debogueur situé en haut à droite. Lorsqu'il est activé il prend l'apparence debogage actif. Dès lors on peut mettre un point d'arrêt, matérialisé par un disque rouge ● par un clic à gauche d'un numéro de ligne. Un clic ultérieur permettra de le retirer.

poit d'arrêt

Lorsque la cellule de code est exécutée par par un clic sur le bouton ▶ ou par la séquence de touche Maj + Entrée, l'exécution s'arrête sur la première ligne présentant un point d'arrêt.

ligne courante

Dès lors, un clic sur le bouton sur la barre de droite de la fenêtre fera apparaitre le volet de débogage présentant la valeur des variables et la pile d'exécution (qui indique l'arborescence d'appels de fonctions conduisant à la ligne courante).

débogage

Il est ensuite possible de passer en pas à pas à la ligne suivante en cliquant sur la touche F10 (sur certains claviers d'ordinateur portable par Fn+F10) ou d'utiliser la barre de boutons du volet de débogage

commandes débogage
  • Continuer à vitesse rapide F9 ou Fn+F9
  • Terminer le débogage Maj ⇧+F9 ou Maj ⇧+Fn+F9
  • Instruction ou ligne suivante F10 ou Fn+F10
  • Entrer dans la fonction présente sur la ligne F11 ou Fn+F11
  • Sortir de la fonction courante Maj ⇧+F11 ou Maj ⇧+Fn+F11
  • Evaluer le code : donne la valeur de la variable ou de l'expression saisie dans une fenêtre popup.

Vous pouvez expérimenter le débogage dans la cellule ci-dessous.

In [3]:
a=1
b=2
c=a+b
c
Out[3]:
3

Widgets¶

Les Widgets permettent de réaliser des cellules de code interactives en intégrant des éléments de réglages du résultat par l'utilisateur. Les différents widgets sont disponible à l'adresse : https://ipywidgets.readthedocs.io/en/latest/examples/Widget%20List.html

Les widgets sont initialisés par les commandes :

In [4]:
import ipywidgets as widgets
from IPython.display import display

Dès lors il est possible de créer un élement d'interface utilisateur retournant une valeur choisie par l'utilisateur

In [20]:
element=widgets.IntSlider(
    value=7,
    min=0,
    max=10,
    step=1,
    description='Test:',
    disabled=False,
    continuous_update=True,
    orientation='horizontal',
    readout=True,
    readout_format='d')
display(element)

IntSlider(value=7, description='Test:', max=10)

Désormais chaque exécution des lignes suivantes renverra le dernier choix de l'utilisateur.

In [23]:
valeur=element.value
print(valeur)

6

Il est possible d'appeler interactivement des fonctions en permettant à l'utilisateur de choisir tous ou certains de leurs paramètres avec la fonction interactive.

Exemple avec la veleur intrinsèque d'une option :

In [57]:
def valeurIntrinsèqueOption(sens,S,X):
    if (sens=="Call"):
        print(max(0,S-X))
    else:
        print(max(0,X-S))

interactive(valeurIntrinsèqueOption,sens=["Call","Put"],S=(0,100,1),X=(0,100,1))
Out[57]:
interactive(children=(Dropdown(description='sens', options=('Call', 'Put'), value='Call'), IntSlider(value=50,…

Exemple avec un graphique interactif de sinusoïde :

In [50]:
%matplotlib inline
from ipywidgets import interactive,fixed
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

def f(amplitude,fréquence,phase,décalage,légende):
    plt.figure(2)
    x = np.linspace(-10, 10, num=1000)
    plt.plot(x, décalage + amplitude*np.sin(fréquence*x+phase),label=légende )
    plt.ylim(min(-5,-amplitude), max(5,amplitude))
    plt.legend()
    plt.show()

interactive(f, amplitude=(0.1,10,0.1),fréquence=(0.1,10,0.1),phase=(-6.4,6.4,0.1),décalage=fixed(0),légende="fonction Sinus")
Out[50]:
interactive(children=(FloatSlider(value=5.0, description='amplitude', max=10.0, min=0.1), FloatSlider(value=5.…

Il est également possible de réaliser des visualisations cartographiques :

In [7]:
from ipyleaflet import Map
Map(center=[48.78221, 2.28440], zoom=17)
Out[7]:
Map(center=[48.78221, 2.2844], controls=(ZoomControl(options=['position', 'zoom_in_text', 'zoom_in_title', 'zo…

TROISIEME PARTIE : Magic commands¶

Ces commandes particulières permettent d'intéragir avec le système informatique sous-jacent et sont notamment utiles pout importer un module étandant les possiblités du langage Python. Elles peuvent également interagir avec le moteur de rendu pour créer des résultats difficiles à réaliser en markdown.

1 - Commandes en interaction avec le système d'exploitation¶

Leur particularité est d'être précédés d'un point d'exclamation (!).

En effet, le python de base est enrichi de nombreux modules qu'il faut installer avant de les utiliser.

Exemples de modules complémentaires utilisés en finance

Ces commandes utiliseront généralement l'installateur de la distribution de python sous-jacente.

!pip install nom du module/package à installer si distribution classique
!conda install nom du module/package à installer si distribution Anaconda
!apt-get install nom du module/package à installer si distribution debian/ubuntu linux

Certaines commandes peuvent être utiles mais dépendent du système d'exploitation :

Commande Windows Linux, OSX
Lister les fichiers courants !ls !dir
Lister les commandes disponibles !cmd /? !ls /bin
In [8]:
# Exemple de commande
!echo "Bonjour depuis le système d'exploitation"

Bonjour depuis le système d'exploitation
In [9]:
# Installation de la librairie numpy si nécessaire
!pip install numpy

Requirement already satisfied: numpy in /opt/conda/lib/python3.10/site-packages (1.24.3)
In [10]:
#Vérification de la version de Curl, outil permettant de télécharger des fichiers et pages web
!curl --version

curl 7.86.0 (x86_64-conda-linux-gnu) libcurl/7.86.0 OpenSSL/3.2.1 zlib/1.2.13 libssh2/1.10.0 nghttp2/1.51.0
Release-Date: 2022-10-26
Protocols: dict file ftp ftps gopher gophers http https imap imaps mqtt pop3 pop3s rtsp scp sftp smb smbs smtp smtps telnet tftp 
Features: alt-svc AsynchDNS GSS-API HSTS HTTP2 HTTPS-proxy IPv6 Kerberos Largefile libz NTLM NTLM_WB SPNEGO SSL threadsafe TLS-SRP UnixSockets

2 - Commandes de rendu de cellules¶

Ces commandes modifient les rendus sous Jupyter et débutent par un symbole pourcent (%). Plus d'informations sont disponibles dans des classeurs dédiés :

  • Cell Magics
  • Scripts Magics
  • Rich Display System

Documentation Jupyter

Les classeurs Jypyter peuvent même devenir interactifs interactifs.

In [11]:
# obtenir une liste des commandes
%lsmagic
Out[11]:
Available line magics:
%alias  %alias_magic  %autoawait  %autocall  %automagic  %autosave  %bookmark  %cat  %cd  %clear  %colors  %conda  %config  %connect_info  %cp  %debug  %dhist  %dirs  %doctest_mode  %ed  %edit  %env  %gui  %hist  %history  %killbgscripts  %ldir  %less  %lf  %lk  %ll  %load  %load_ext  %loadpy  %logoff  %logon  %logstart  %logstate  %logstop  %ls  %lsmagic  %lx  %macro  %magic  %man  %matplotlib  %mkdir  %more  %mv  %notebook  %page  %pastebin  %pdb  %pdef  %pdoc  %pfile  %pinfo  %pinfo2  %pip  %popd  %pprint  %precision  %prun  %psearch  %psource  %pushd  %pwd  %pycat  %pylab  %qtconsole  %quickref  %recall  %rehashx  %reload_ext  %rep  %rerun  %reset  %reset_selective  %rm  %rmdir  %run  %save  %sc  %set_env  %store  %sx  %system  %tb  %time  %timeit  %unalias  %unload_ext  %who  %who_ls  %whos  %xdel  %xmode

Available cell magics:
%%!  %%HTML  %%SVG  %%bash  %%capture  %%debug  %%file  %%html  %%javascript  %%js  %%latex  %%markdown  %%perl  %%prun  %%pypy  %%python  %%python2  %%python3  %%ruby  %%script  %%sh  %%svg  %%sx  %%system  %%time  %%timeit  %%writefile

Automagic is ON, % prefix IS NOT needed for line magics.
In [12]:
# Aide sur une commande
%sx?

Docstring:
Shell execute - run shell command and capture output (!! is short-hand).

%sx command

IPython will run the given command using commands.getoutput(), and
return the result formatted as a list (split on '\n').  Since the
output is _returned_, it will be stored in ipython's regular output
cache Out[N] and in the '_N' automatic variables.

Notes:

1) If an input line begins with '!!', then %sx is automatically
invoked.  That is, while::

  !ls

causes ipython to simply issue system('ls'), typing::

  !!ls

is a shorthand equivalent to::

  %sx ls

2) %sx differs from %sc in that %sx automatically splits into a list,
like '%sc -l'.  The reason for this is to make it as easy as possible
to process line-oriented shell output via further python commands.
%sc is meant to provide much finer control, but requires more
typing.

3) Just like %sc -l, this is a list with special attributes:
::

  .l (or .list) : value as list.
  .n (or .nlstr): value as newline-separated string.
  .s (or .spstr): value as whitespace-separated string.

This is very useful when trying to use such lists as arguments to
system commands.
File:      /opt/conda/lib/python3.10/site-packages/IPython/core/magics/osm.py
In [13]:
%%html
<marquee style='width: 50%; color: blue;'><b>Bonjour!</b></marquee>
Bonjour!
In [14]:
%%html
<svg id="layer" width="50%" height="auto" version="1.1" viewBox="0 0 600 203.3" xml:space="preserve" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg">
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</g>
</svg>

QUATRIEME PARTIE : EXERCICE¶

Rédigez l'énoncé ci-dessous dans une cellule de texte puis détaillez le calcul dans une cellule de code afin d'obtenir le résultat numérique demandé, sachant que 3% s'écrit 0.03 en décimal (le langage python ne tolérant pas de postfixer un nombre par le symbole %).
Le mot obligation porte un lien hypertexte renvoyant vers la page web https://fr.wikipedia.org/wiki/Obligation_(finance). Le rendu peut s'écarter du modèle en fonction de la plateforme que vous utilisez, du moment que vous utilisez les polices, tableaux et équations en vigueur sur celle-ci.

In [ ]:

La formule de calcul de la valeur de marché $V$ à l'émission d'une obligation au pair et à remboursement in fine sachant un nominal $n$, un taux de coupon $c$ et une maturité $m$, sachant un taux d'actualisation constant $r$ est : $$V=n \times \left( \frac{1}{(1+r)^{m}} +\sum_{i=1}^{m}{\frac{c}{(1+i)^i}} \right)$$ Soit une obligation ayant les caractéristiques suivantes :

  • un nominal de 100 €
  • une maturité de 2 ans
  • un taux de coupon de 5%

présentant les revenus suivants :

terme cashflows
1 an 5€
2 ans 105€

Dans le cas d'un taux d'actualisation de 3%, cette obligation aura la valeur à l'émission de

Source markdown :

La formule de calcul de la valeur de marché $V$ à l'émission d'une [obligation](https://fr.wikipedia.org/wiki/Obligation_(finance)) **au pair** et à remboursement _in fine_ sachant un nominal $n$, un taux de coupon $c$ et une maturité $m$, sachant un taux d'actualisation <ins>constant</ins> $r$ est :
$$V=n \times \left( \frac{1}{(1+r)^{m}} +\sum_{i=1}^{m}{\frac{c}{(1+i)^i}} \right)$$
Soit une obligation ayant les caractéristiques suivantes :
* un nominal de 100 €
* une maturité de 2 ans
* un taux de coupon de 5%  
présentant les revenus suivants : 

|terme|cashflows|
|:-:|:-:|
|1 an|5€|
|2 ans|105€|  

Dans le cas d'un taux d'actualisation de 3%, cette obligation aura la valeur à l'émission de
In [15]:
5/(1+0.03)+105/(1+0.03)**2
Out[15]:
103.82693939108304