基于Ubuntu+Python+Tensorflow+Jupyter notebook搭建深度学习环境

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前言

如今，人工智能、深度学习等高深知识逐渐融入大家的视野，小大验证码的识别，大到无人驾驶技术等都离不开深度学习。迎合时代的脚步，跟上技术的潮流，开始学习深度学习首先需要搭建深度学习环境。搭建环境的方式也有不少，本文主要是介绍，基于Ubuntu+Python+Tensorflow+Jupyter ntebook来搭建环境，以便开始深度学习之旅。该文主要从以下几个部分的内容来进行介绍：

• 环境准备
• Xshell远程连接Ubuntu
• Jupyter notebook服务器的配置及远程访问
• 深度学习远程环境的测试

OK，话不多说，开始进入正轨吧。(#`O′)

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一、环境准备

环境介绍

• 准备两台计算机，一个作为服务端，一个作为客户端，通过客户端远程连接服务端的深度学习环境。
• 服务端：Linux系统（Ubuntu），也可根据自身需求使用其他Linux系统。 Ubuntu介绍：Ubuntu（友帮拓、优般图、乌班图）是一个以桌面应用为主的开源GNU/Linux操作系统，Ubuntu 是基于Debian GNU/Linux，支持x86、amd64（即x64）和ppc架构，由全球化的专业开发团队（Canonical Ltd）打造的。 Linux系统区别于windows系统最大的区别是其主要是利用终端 Shell 命令来进行一系列的操作，所以在实际使用过程中常常用来搭建服务器，该系统搭建在VMware虚拟机中。
• 客户端：Windows10系统 这个大家再熟悉不过了，就不介绍了。
• Anaconda Anaconda介绍：Anaconda指的是一个开源的Python发行版本，其包含了conda、Python等180多个科学包及其依赖项。所以说，当我们下载了Anaconda之后就不必要再下载Python其他包了，其内部集成了大量大Python工具，其中就包括我们这篇文章的主角Jupyter notebook。
• Xshell 这个就没什么好说的了，它主要是一种远程连接的工具，使用它之后我们就可以通过ssh协议来远程连接Ubuntu系统了，而且它常常与远程文件传输工具Xftp配套使用。

软件下载

这里给大家两种方式进行下载，一个是官网下载，如果官方下载比较慢的可以在下方网盘进行下载，大家根据自己的方便下载即可。

官网：

1. Anaconda：www.anaconda.com/download/，于…
2. Xshell：xshell.en.softonic.com/?ex=BB-682.…
3. Ubuntu：www.ubuntu.com/download/de…
4. VMware：www.vmware.com/，于服务端下载

网盘：

1. Anaconda：pan.baidu.com/s/1k8JdX5vo… 密码：bhfv，于服务端下载
2. Xshell：pan.baidu.com/s/1KKqsFrhb… 密码：fi0y，于客户端下载
3. Ubuntu：pan.baidu.com/s/1Zwz1GGlE… 密码：50yw，于服务端下载
4. VMware：pan.baidu.com/s/1-h0HLJGr… 密码：hjnq，于服务端下载

VMware下安装Ubuntu

注意：以下内容都是在服务端计算机中进行配置

在VMware虚拟机下安装Ubuntu系统虽然有点步骤，也需要点时间，但是并不复杂。在综合考虑到时间成本与其给大家带来的价值的关系下，博主就用文字描述了，暂时不贴图了。但是你不必担心，关键步骤还是会贴图说明的，大家根据下方的流程搭建安装即可 ( ﹁ ﹁ ) ~→。

• 在服务端下载好VMware及Ubuntu之后。首先打开VMware你会发现他会让你输入VMware秘钥，以下将给出几个目前有效的秘钥，当你使用的时候也许已经失效了，你可以自行查找可用的秘钥即可：

FF31K-AHZD1-H8ETZ-8WWEZ-WUUVA
CV7T2-6WY5Q-48EWP-ZXY7X-QGUWD
ZY5H0-D3Y8K-M89EZ-AYPEG-MYUA8
ZC5XK-A6E0M-080XQ-04ZZG-YF08D
ZY5H0-D3Y8K-M89EZ-AYPEG-MYUA8

• 输入秘钥之后 ，进入到了VMware的页面了，这个时候我们需要用到在之前下载好的Ubuntu镜像文件了，在VMware中新建一个虚拟机，流程如下：

以上便是VMware下安装Ubuntu的全流程，如果在安装过程中有什么问题欢迎联系作者或在下方留言。

Ubuntu下Anaconda的安装

在VMware下安装好Ubuntu后，虽然Ubuntu内自带了Python，但是其版本一般是2.7的，而且许多常用的工具包并没用集成，所以我们还需要安装Anaconda（一招解千愁），如果熟悉Java的话，Anaconda就类似Maven一样的存在。我们根据以上介绍的Anaconda的下载方式在Ubuntu下载好Anaconda之后，进入到其目录之下（或者cd操作），然后打开终端，执行如下命令来进行安装：

bash Anaconda3-5.3.1-Linux-x86_64.sh    # 不要盲目的复制粘贴，根据自己所下载的Anaconda版本执行

执行之后会有一些列诸如同意协议之类的问题，我们直接默认默认选项即可（直接Enter，或者yes），直到出现Anaconda环境变量配置的显示（不要无脑yes过头了），我们需要选择将其加入到环境变量中去。一系列操作之后，我们关闭终端然后在重新打开终端，然后在终端分别执行conda list、python命令，如果你的终端界面出现类似以下输出，则恭喜你说明你已经完成了anaconda的安装。

这里再说明一点：而如果你的终端输错报错（未找到conda命令之类的）或者Python版本为2.7，那就说明你以上操作中未将Anaconda加入到环境变量(yes过头)，所以你需要手动配置Anaconda的环境变量，操作如下：

打开环境变量的配置文件，从这里我们就可以看出Linux和Windows下的操作的区别了（windows一般是通过界面的形式进行设置，而Linux下则大多数通过终端并使用vim进行配置）

# 打开环境变量的配置文件，从这里我们就可以看出Linux和Windows下的操作的区别了
# windows一般是通过界面的形式进行设置，而Linux下则大多数通过终端并使用vim进行配置
sudo vim gedit /root/.bashrc    

打开文件之后我们需要在文件末尾添加如下内容（需要熟悉vim操作），其中XXX为你的Anaconda的bin目录，例如我的是**/home/lxj/anaconda3/bin**

export PATH="XXX:$PATH"   # XXX为你的Anaconda的bin目录，例如我的是/home/lxj/anaconda3/bin

然后保存（Esc -> shift+: -> wq -> 回车），在终端输入source ~/.bashrc进行更新即可完成Anaconda环境变量的配置，不出意外的话再次分别执行Python、conda list命令之后你会看见conda包的列表以及Python3.7的输出了。

补充：这里额外说明一下，以上的操作是使用Vim进行文件编辑的，他不同于windows下的记事本等，而是通过特定的操作来对文件进行编辑。对于熟悉Vim操作的应该会理解以上Anaconda环境变量的配置，然而如果是对Vim比较陌生的朋友可能会卡壳，所以在这里简单介绍一些vim的操作：

在终端使用vim命令之后将会进入到vim的界面，此时的界面是不允许modify任何内容的，只允许read only。此时我们输入i将会进入到vim的编辑模式，现在就能对该文件进行修改了。文件内容修改完成之后，我们需要退出该vim编辑模式，vim 的退出常用的有以下几种（首先输入Esc键）：

• q! -> 不保存文件修改并退出
• wq -> 保存文件的修改并退出
• wq! -> 有时候我们需要root权限才能编辑文件，使用该命令之后就能够强制修改并退出。

对于以上Anaconda环境变量的配置，vim的熟悉至此就足够了，顺便介绍一下其他常用的命令供大家参考

• read模式下双击d -> 删除当行内容
• Ctrl+b -> 内容向前移动一页
• ctrl+f -> 内容向后移动爷爷
• shift+g -> 鼠标指针定位到最后 常用的就是以上一些了，其他的操作有需要的自行学习

注意：以上内容都是在服务端计算机中进行配置

至此，我们已经完成了环境的搭建，接下来我们介绍一下如何使用Xshell远程连接Ubuntu操作

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二、Xshell远程连接Ubuntu系统

注意：以下内容都是在客户端计算机中进行配置

安装好Anaconda之后，我们需要通过Xshell使用Xshell来远程连接我们的Ubuntu系统，此时我们的目标需要转移至客户端了。

首先在以上软件下载中根据链接下载Xshell，之后Windows傻瓜式安装好Xshell（顺便把Xftp安装下，与Xshell配套使用的，虽然在本文中使用不到）。之后的操作会有几个坑，但是不必担心，下面会详细带你一个一个的填掉 o(*≧▽≦)ツ┏━┓。

坑一：连接失败 我们双击打开Xshell，并点击文件并新建，然后根据如下图进行操作：

补充，上方中的主机属性是填Ubuntu的ip地址，该地址可在Ubuntu的终端执行ifconfig（windows是ipconfig）命令得到。

以上信息填写完之后在出现的界面输入自己Ubuntu下的用户登录密码即可。 执行之后你会发现连接失败，此时我们需要检查一下Ubuntu是否与客户端处于同一网段下，可以将Ubuntu设置成桥接模式（右键Ubuntu虚拟机然后进行设置，一般用于有线连接情况）或者使用Nat模式（用于无线），之后再次检查一下客户端（Windows10）是否能够ping通服务端（Ubuntu），在客户端的cmd中执行如下：

ping XXX.XXX.XXX.XXX    # XXX.XXX.XXX.XXX为服务端的ip

在以上操作之后，一般就能ping通了，如果失败了则在Ubuntu终端下执行sudo wfw disable命令关闭防火墙。

坑二：连接失败 (ノへ￣、)

在如上操作之后，我们再次尝试重新连接。我们可以发现依然连接失败，显示拒绝连接之类的信息。这是因为Xshell是通过ssh协议来连接Ubuntu的，但是Ubuntu默认是没有开启ssh服务的，所以我们需要在其终端执行如下命令来开启ssh服务：

sudo service ssh restart

之后我们再次尝试连接。

坑三：连接失败 (ノへ￣、) (ノへ￣、)

一般来讲，这个时候依然是连接失败，因为在默认情况下Ubuntu未安装ssh服务，此时我们需要在Ubuntu下安装ssh服务，执行以下命令进行安装：

sudo apt-get install openssh-server

待其安装好后，我们再再再次连接Ubunut。如果无法安装，则需要执行apt-get update进行更新，更新之前如果出现无法获得锁相关的报错信息，则执行如下命令断开apt进程后再次更新：

# 查看apt相关进程
ps aux |grep apt
# 然后把apt进程杀掉
kill -9 进程号
# 重新更新apt-get
apt-get update

以上坑踩过之后也该连接成功了吧。的确此时你将成功连接到Ubuntu了，之后Xshell将打开一个终端，这个终端就是Ubuntu下的终端了，也就是说我们可以使用该终端控制Ubuntu了，并对其进行Shell操作。ヽ(✿ﾟ▽ﾟ)ノ

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三、Jupyter notebook服务器的配置及远程访问

由于我们在之前已经安装过了Anaconda，所以此时的Ubuntu就已经集成了ipython 以及jupyter-notebook（Anaconda就是这么的强大）。对此，我们将通过Xshell远程连接Ubuntu来搭建Jupyter notebook的服务器，并对其进行远程访问。

• 在终端中启动ipython或者python，然后执行以下命令

from IPython.lib import passwd
passwd()

上述命令执行之后将会在终端显示设置密码，方便起见，在这我们将密码设置成：123，之后enter并确认即可完成密码的设置。

注意：这里的密码是暗文的形式，输入之后不会显示的，还有此时你输入的密码需要记住，因为我们待会远程访问Jupyter notebook服务器的时候需要用到该密码进行登录

密码输入之后，我们将会看到有一个较长字符串，该字符串是上述密码的一个加密形式，我们需要将其复制下来，在之后的ipython_notebook_config.py文件的设置中需要使用，操作结果如下图所示：

• 随后为了方便上述加密密码字符串的记录，我们在此开启另一个终端（这也是Xshell的方便所在），然后使用如下命令创建一个服务器名，比如，在此我们将该名字设置为：XXX

ipython profile create XXX

在上述服务器名创建完成之后，将在终端输出两个py文件（ipython_config.py、ipython_kernel_config.py）路径，之后使用如下cd命令我们进入到**.ipython路径cd ./.ipython**。具体操作图示如下：

• 进入**.ipython目录之后使用ls**命令将会列出上述创建的两个py文件所在，但是我们需要再额外创建一个py配置文件并对其进行设置，在这里我们使用vim来进行操作，关于vim的使用，上述的Anaconda环境配置过程中已经介绍了，遗忘的朋友可以返回看一看再熟悉一下。熟悉之后我们完成如下步骤：

cd .ipython/profile_txj     
vim ipython_notebook_config.py

进入到vim环境之后我们在ipython_notebook_config.py文件中编辑如下内容，主要是配置notebook的登录密码（加密后的形式）以及服务的开放端口：

c = get_config()
c.IPKernelApp.pyalb = "inline"
c.NotebookApp.ip = "*"
c.NotebookApp.open_browser = False
c.NotebookApp.allow_root = True
c.NotebookApp.password = u"加密后的密码"    # 这里我们需要使用上述加密后的密码，在另一个终端可见
c.NotebookApp.port = 8888   # 在这里，我们需要设置一个jupyter-notebook的端口，尽量设置的少见点，以免造成端口冲突

编辑好后，wq命令保存并退出。

• 在上述一切操作完成之后，我们现在来开启该服务器，新建一个终端并执行如下命令

jupyter notebook --config=【你的ipython_notebook_config.py文件路径】    
# 例如/home/lxj/.ipython/profile_XXX/ipython_notebook_config.py

在上述命令执行之后，如果出现如下图片所示内容，则说明我们的服务端已经正常启动

• 在服务端启动完成之后，我们在客户端打开浏览器，访问XXX.XXX.XXX.XXX:8888（ubuntu的ip加开放的端口）试试，看看能否正常请求。如果随后出现一个如上所示的Jupyter notebook的登录页面，那么恭喜你，至此Jupyter notebook服务器配置完成，并能够远程访问了。在表单中输入你所设置的密码（上面第一步设置的密码，123）即可开始你的深度学习之旅了。

以上就是Jupyter notebook服务器的配置及远程访问的内容了，但是能否正常使用呢，我们下面将通过几个简单的例子来对其进行测试。

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四、远程环境的测试

Tensorflow软件库的安装

TensorFlow™ 是一个采用数据流图（data flow graphs），用于数值计算的开源软件库。节点（Nodes）在图中表示数学操作，图中的线（edges）则表示在节点间相互联系的多维数据数组，即张量（tensor）。它灵活的架构让你可以在多种平台上展开计算，例如台式计算机中的一个或多个CPU（或GPU），服务器，移动设备等等。TensorFlow 最初由Google大脑小组（隶属于Google机器智能研究机构）的研究员和工程师们开发出来，用于机器学习和深度神经网络方面的研究，但这个系统的通用性使其也可广泛用于其他计算领域。

上述操作完成之后，我们需要在Anaconda下安装Tensorflow包，这里我们可以采用Anaconda虚拟环境中安装：

1. Anaconda下通过create命令并指令Python版本创建一个虚拟环境
2. conda env list可以看见当前所拥有的环境
3. activate命令激活所需要的虚拟环境
4. 成功进入后后我们即可直接通过pip进行安装tensorflow2（本文直接安装CPU版本，如需安装GPU版本可看注释）

# Anaconda下通过`create`命令并指令Python版本创建一个虚拟环境，命名tensorflow2
conda create --name tensorflow2 python=3.6、
# `conda env list`可以看见当前所拥有的环境
conda env list
# `activate`命令激活所需要的虚拟环境
conda activate tensorflow2
# 成功进入后后我们即可直接通过pip进行安装`tensorflow2`
pip install -U tensorflow -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple --default-timeout=1000

# GPU版本安装：conda create -n tf2 tensorflow-gpu，执行之后会自动安装 CUDA,cuDNN,TensorFlow GPU 等

在虚拟环境安装好Tensorflow2之后，要想在Jupyter notebook下使用该虚拟环境，我们还需要在该环境下安装ipkernel（注意要在目标虚拟环境中执行才行，比如说需要进入到tensorflow2的环境，即cd /anaconda/envs/tensorflow2/bin，然后执行./python）：

conda install ipykernel
python -m ipykernel install --name tensorflow2 --display-name tensorflow2

成功安装之后，在tensorflow2虚拟环境下使用jupyter notebook命令即可启动，登录之后在服务页面中即可指定tensorflow2 kernel环境来编写代码。通过上述的操作，我们已经完成了所有的工作。下面我们对其进行验证，看看Anaconda下的第三方包能否正常使用。为此，我们通过以下几个小的案例来进行验证：

• 百度及其子链接的简单爬虫（requests， BeautifulSoup）
• 数据可视化操作（numpy，matplotlib，skimage）
• 基于神经网络实现fashion_mnist图片的识别（Tensorflow、Keras）

简单爬虫

import requests
from bs4 import BeautifulSoup

def get_page(url, headers=None):
    return requests.get(url).text
    
if __name__ == "__main__":
    baidu_url = "https://www.baidu.com"
    baidu_soup = BeautifulSoup(get_page(baidu_url), "html.parser")
    son_links = [biaoqian_a.attrs["href"] for biaoqian_a in baidu_soup.find_all("a")]
    for index, son_link in enumerate(son_links):
        print("正在请求第{}个页面".format(str(index)))
        print(get_page(son_link))

数据可视化

import numpy as np
import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib as mpl
% matplotlib inline

for module in np, pd, mpl:
    print(module.__name__, module.__version__)

if __name__ == "__main__":
    ax =pd.DataFrame(np.random.randn(1000, 6), columns=list('ABCDEF')).cumsum().plot(secondary_y=["D", "E", "F"])

    ax.set_ylabel('ABC plot')
    ax.right_ax.set_ylabel('DEF scale')
    ax.legend(loc='upper left')
    ax.right_ax.legend(loc='upper right')

    plt.show()

基于神经网络实现fashion_mnist图片的识别

import tensorflow as tf
import numpy as np
from matplotlib import pyplot as plt
import matplotlib as mpl
%matplotlib inline

for module in tf, np, mpl:
    print(module.__name__, module.__version__)

if __name__ == "__main":
    (x_train_all, y_train_all), (x_test, y_test) = tf.keras.datasets.fashion_mnist.load_data()
    x_valid, x_train = x_train_all[:50000], x_train_all[50000:]
    y_valid, y_train = y_train_all[:50000], y_train_all[50000:]
    
    model = tf.keras.models.Sequential()
    model.add(tf.keras.layers.Flatten(input_shape = [28, 28]))  # 定义输入层
    model.add(tf.keras.layers.Dense(300, activation="relu")) # 定义全连接层（最普通的神经网络），中间定义两个隐藏层
    model.add(tf.keras.layers.Dense(100, activation="relu")) # 再定义一个全连接层
    model.add(tf.keras.layers.Dense(10, activation="softmax")) # 定义输出层
    
    model.compile(loss = "sparse_categorical_crossentropy",
                 optimizer = "adam",
                 metrics = ["accuracy"])
    
    history = model.fit(x_train, y_train, epochs=10,
             validation_data=(x_valid, y_valid))
    
    pd.DataFrame(history.history).plot(figsize=(8, 5))
    plt.grid(True)
    plt.gca().set_ylim(0, 1)
    plt.show()

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总结

通过上述的演示，已经完成了windows10下使用xshell远程连接linux系统以及远程访问jupyter-notebook服务，并通过几个小例子来对其进行验证说明可以正常使用linux下的anaconda。这样的话即可实现两台PC级之间的协调工作，一台用作服务端提供环境，另外一台作为客户端来远程进行访问并编写代码，而且其中的优势也是显而易见的，既能在一定程度上减小计算机的压力，又能方便管理且易于操作。另外，以上的环境搭建只作为一个案例，并不唯一，比如你可以使用Linux Centos、aliyun云服务器等。如果以上内容帮助到了你，请点个赞吧.ﾟヽ(｡◕‿◕｡)ﾉﾟ.:｡+ﾟ

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