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AI開発に用いられるプログラミング言語Pythonとは?Pythonでできることやライブラリを解説


「AI開発・プログラミングをしてみたい」と考えていませんか?

 

近年AI(人工知能)の研究は非常に早いスピードで進んでおり、身の回りの様々なサービスに活用されるようになっています。コンピューターは単なる計算をするだけでなく、人間の知的な作業を再現できるほどにまでなっているのです。

 

AIについての情報をみていくと、「Python」という単語を頻繁に目にします。Pythonとは、Web・人工知能・教育など幅広い分野で注目を集めているプログラミング言語です。その特性や汎用性から、様々な企業や研究機関で採用されています。

 

では、AIとPythonはどのような関係があるのでしょうか。この記事では、Pythonについての基礎的な知識と、AIとPythonの関係性について詳しく解説しています。具体的な記事内容は以下の通りです。

 

・Pythonとは

・PythonとAIの関係とは

・PythonのAI向けライブラリ

・Pythonでできること

 

Pythonとは

Pythonとは、1991年オランダ人のグイド・ヴァン・ロッサム氏によって開発されたプログラミング言語です。ニシキヘビを意味する単語であり、実際に言語のロゴもヘビがモチーフとなっています。

 

Pythonの文法はとてもシンプルで、かつコンパイル不要のスクリプト言語なので、読みやすく書きやすいという特徴があります。そのため、プログラミング初心者にも適した言語であると言えます。実際に子ども向けのプログラミング教材には、Pythonが採用されることが多いようです。また機械学習用のライブラリも豊富なため、データ分析や機械学習、ディープラーニングで使われる言語です。

参考記事:
AIと機械学習の関係は?ディープラーニング(深層学習)との違いも解説!

可読性が高い

Pythonは文法がシンプルで、読みやすく書きやすい言語であると言えます。プログラミング言語によっては開発者によって記述が多様なものもありますが、Pythonは記法に個性があまり出ません。

 

例えばPythonの文法には、「if文などのブロックを字下げ(インデント)で指定する」という特徴があります。これにより、誰が書いても同じようなコードになるため、Pythonで記述されたプログラムは、非常に読みやすいものとなっているのです。

PythonとAIの関係とは

PythonはAI・機械学習の開発に用いられます。

正確にいうとAI開発は、Python以外のプログラミング言語を使っても不可能ではありません。ですが現在はAI開発の場面においてPythonが採用されることが一般的となっているのです。

PythonがAI開発に用いられる大きな要因としては、ライブラリが豊富であることが挙げられます。ライブラリとは、汎用性の高いプログラムを一つのパッケージにしたもの。ライブラリを使うことで、複雑な実装を一から行わずに開発を進めることができます。

 

例えば高度な数値計算処理を行うライブラリ「Numpy」は機械学習などを行う際に必須となる行列の計算を、シンプルなコードで実装できるようになっています。他にも、統計処理を行なったり、様々なデータ分析を行う「Pandas」や、機械学習のモデルをプログラムに組み込むことのできる「scikit-learn」などが存在します。

 

このようにPythonにはあらかじめ機械学習などに必要なライブラリが多く存在しているため、AI開発を行う際にはPythonを使うのがもっとも手軽かつ効率的なのです。

Pythonは科学技術の分野で発展してきた言語です。上記で解説したNumpyが開発されたのは1995年で、それ以降も様々なライブラリが作られてきました。

PythonがAIブームの後押しもあり注目を集めるようになったのはつい最近のことですが、実はその歴史は長く、その分ライブラリが充実しているのです。

AI開発を実際に行うには

実際にAI開発を行うためには、Pythonの知識は必須です。

プログラミング不要でAI開発などが可能になるAzure ML(Azure Machine Learning)などのツールもありますが、基本的な文法は読み書きできるようになっておきたいところです。

またプログラミングスキルだけでなく、統計や数学の基本的な部分も押さえておきましょう。統計や数学の基礎が理解できていないと、データを扱ったり読み解くことが難しくなります。また機械学習やディープラーニングで使われるアルゴリズムや理論の理解も必要です。

またデータを扱うスキルは、AI開発の前に習得しておくことをおすすめします。データベースを操作するためのSQLなどの言語(データベース言語)とPythonがあれば、自動化ツールなどのシステム開発も可能になるので、日々の業務に活かすことができるかもしれません。b

PythonのAI向けライブラリ

tensorflow

TensorFlowは、Googleが開発した機械学習ライブラリです。

人間の脳内にある神経回路(ニューロン)のつながりを数式的モデルで表した「ニューラルネットワーク」の構築が可能です。これにより、人間と同じような思考や学習をコンピューターが行うことができるようになります。

Googleは2011年頃より「DistBelief」という音声認識などのサービスを向上させるディープラーニングの基盤を開発しており、その過程で作られたのがtensorflowなのです。

参考記事:
【徹底解剖!】AIをけん引するGoogleの取り組みとは?

Chainer

Chainerは日本製のディープラーニングライブラリです。

ディープラーニングに必須となるニューラルネットワークの構築をPythonsで簡潔に記述することができます。インストールが簡単なことも大きなメリットと言えるでしょう。簡単に GPU計算を実装するためのライブラリCupy(クーパイ)を使うことで、ChainerはGPUによる計算の高速化を

Numpyとほぼ同じ使い勝手でGPUが使えるCupy(クーパイ)も提供されています。このCupyを裏で使うことでChainerは高速なGPUに計算を行うことができるようになります。

PyTorch

PyTorchは、Facebookが開発しているディープラーニングライブラリです。FacebookもAIの研究所を設立するほど、AI分野に力を入れているようです。

PyTorchは上記で紹介したChainerとよく似た設計をしています。海外を中心にコミュニティが活発なので、参照可能なリソースが豊富というメリットがあります。

Pythonでできること

機械学習・ディープラーニング

前述の通りPythonは、ディープラーニングや機械学習を用いたAIプログラム開発の標準的なプログラミング言語です。 高度な数値計算がシンプルに実装でき、コンパイル不要で実行できます。

Webアプリケーション

PythonはWebアプリケーションの開発にも用いられます。特にWebアプリケーションをスピーディにかつ簡潔に構築することができるフレームワークも開発されています。特にDjangoという名称のフレームワークはシェアを拡大しており、InstagramやPinterestなどの大型サービスもDjangoによって開発されました。

Djangoにはあらゆる脅威に対応したセキュリティ対策が用意されています。Webアプリケーションは、堅牢なセキュリティを実現する必要があります。特にユーザーのデータを扱うアプリケーションの開発する際には、フレームワークを活用することで安全に作ることができるでしょう。

Djangoには、様々な機能が標準で搭載されています。例えば管理画面やユーザー認証システムなどの一般的な機能については、一からコードを書いて実装する必要はありません。また、Djangoはアプリケーションの用途や規模に 応じてファイルを拡張することができます。部品をカスタマイズする感覚で開発を行うことができるでしょう。

IoT開発

Pythonは組み込み系ソフトウェアの開発にも用いられます。組み込み系ソフトウェアは基本的に軽量かつ高速なC言語やC++、Javaが使用されることが一般的ですが、特に近年注目を集めているIoTなどの開発では、Pythonが採用されることも多くなっています。またロボット制御などにも使われることがあるようです。

IoTでPythonが使われるようになった要因の一つが「Raspberry Pi」です。

Raspberry Pi財団が開発したRaspberry Piとは小型のシングルボードコンピューターで、IoT開発を手軽に行うことができるツールです。元々は教育目的で作られたものであるため、扱いも非常に簡単です。Raspberry PiはIoTデバイスの開発を低コストで実現できるため、プロトタイプの作成などに活用されることがあります。そしてこのRaspberry PiはPythonの使用が推奨されています。

IoTの開発にPythonを使うことで、メンテナンス性が向上します。前述の通りPythonはPythonは少ないコード量で機能を実装できるように設計された言語です。コードが書きやすく読みやすいこともあり、誰が書いたコードでも理解しやすく、プログラムのメンテナンスがしやすくなります。

参考記事:
IoTを自作できるRaspberry Pi(ラズベリーパイ)とは?種類や特徴を解説!

PythonのライブラリでAI開発ができる!

以下の内容について解説しました。

 

・Pythonとは

・PythonとAIの関係とは

・PythonのAI向けライブラリ

・Pythonでできること

 

Pythonの充実したライブラリによって、AI開発のハードルは昔と比べて格段に下がっています。もしAI開発に興味があるのであれば、プログラミング言語はPythonを選択するべきです。Pythonは日本語の情報も多く、書籍なども多数出版されているので、学習もしやすいでしょう。

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サウスピーク編集室

Naoki Kitayama

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