Google Colaboratory の概要とAI機能

Google Colaboratoryを使用したプログラムの実行方法、AIによるコード生成機能の活用

【学習内容の構成】

1. 環境準備：Googleアカウントでのログインとノートブックの作成
2. 基本操作：コードセルへのプログラム入力と実行、結果の確認
3. AIコード生成：日本語での指示によるコード自動生成と修正依頼

前提：Webブラウザの基本操作、Googleアカウント

意義：プログラミングの基本サイクル（入力→実行→結果確認）の体験、AIを活用したコード作成の実践

スライド資料: [PDF], [パワーポイント]

YouTube動画：https://youtu.be/ZCVofjGnFtU

1. 本章の学習目標と前提知識

1.1 学習目標

本章では、Google Colaboratoryを使用したプログラムの実行方法と、AIによるコード生成機能の活用方法を学ぶ。具体的には以下の3点を習得する。

1. 環境準備：Googleアカウントでのログインとノートブックの作成
2. 基本操作：コードセルへのプログラム入力と実行、結果の確認
3. AIコード生成：日本語での指示によるコード自動生成と修正依頼

1.2 前提知識

本章の学習には、Webブラウザの基本操作ができること、Googleアカウントを持っていることを前提とする。

1.3 学習の意義

本章を通じて、プログラミングの基本サイクル（入力→実行→結果確認）を体験し、AIを活用したコード作成を実践する。

2. Google Colaboratoryの概要

Google Colaboratoryは、Webブラウザからアクセスできるプログラミング環境である。

2.1 ノートブックとは

ノートブックとは、プログラムと実行結果を一緒に保存できるファイルである。スマートフォンのメモ帳に近いが、書いた内容を実行できる点が異なる。作成したノートブックはGoogle Driveに保存できる。

2.2 セルの種類

ノートブックは以下の2種類のセルで構成される。

• コードセル：プログラムを記述するためのセル
• テキストセル：説明文、図、リンクなどを記述するためのセル

3. 環境準備

3.1 Google Colaboratoryを開く

1. ブラウザのアドレスバーに以下のURLを入力する

   https://colab.research.google.com

2. 開いたら「ファイル」メニューから「ドライブの新しいノートブック」を選択する

3. このとき、Googleアカウントでログインする

3.2 Googleアカウントでのログイン

Google Colaboratoryの使用中に「Google へのログインが必要」と表示された場合は、Googleアカウントでログインする。

4. 画面の構成

Google Colaboratoryの画面は、以下の要素で構成される。

• コードセル：グレーの枠で表示される領域。ここにプログラムを書く
• 実行ボタン：セルの左側にある再生ボタンのような三角形。クリックして実行する
• 出力エリア：セルの下の領域。実行結果がここに表示される

5. プログラムの実行

5.1 プログラミングの基本サイクル

プログラミングは以下のサイクルの繰り返しで進める。

入力 → 実行 → 結果を見る

このサイクルを何度も体験することが、プログラミング学習の基本である。

5.2 演習1：プログラムを動かす

手順

1. コードセルに以下のプログラムを入力する

   print("Hello")

2. 入力できたら、以下のいずれかの方法で実行する
   • 方法1：三角形の実行ボタンをクリックする
   • 方法2：Shiftキーを押しながらEnterキーを押す
3. セルの下に Hello と表示されたら成功である

5.3 コメントとは

#（シャープ）で始まる行は「コメント」と呼ばれる。

# これはコメント
print("これは実行される")

コメントには以下の特徴がある。

• プログラムとして実行されない
• メモ書きとして使える
• 日本語で書ける

6. AIによるコード生成

6.1 AIにコード生成を依頼する方法

Google Colaboratoryでは、画面下部の「何を構築しますか」という入力欄に日本語でやりたいことを書き、送信ボタンを押すと、AIがコードを生成する。

基本的な流れ

1. 「何を構築しますか」の入力欄に日本語で指示を入力する
2. 送信ボタンを押す
3. AIが新しいコードセルを生成する
4. 生成されたコードを確認する
5. 実行して結果を確認する

6.2 コードの修正を依頼する

AIが生成したコードを確認した後、画面下部の入力欄から修正を依頼できる。修正依頼を送信すると、AIが新しいコードセルを生成する。生成された新しいコードセルを実行して結果を確認する。

6.3 演習：AIコード生成

手順

1. 画面下部の入力欄に以下を入力し、送信ボタンを押す

   1から10までの数字を表示

2. 新しいコードセルが生成される。内容を確認する

3. 実行する。1から10が表示されたら成功である（必要に応じて修正を依頼できる）

6.4 演習：円グラフの表示

手順

1. 画面下部の入力欄に以下を入力し、送信ボタンを押す

   円グラフを描画して

2. 新しいコードセルが生成される。内容を確認する
3. 実行する。円グラフが表示されたら成功である（必要に応じて修正を依頼できる）

6.5 演習4：自由に試す

以下のいずれかの指示を入力し、AIによるコード生成を試す。

手順

1. 画面下部の入力欄に上記のいずれかを入力し、送信ボタンを押す
2. 新しいコードセルが生成される。内容を確認する
3. 実行する

7. トラブルシューティング

7.1 実行が止まり再開しない場合

混雑しているときなどは、実行が止まり、再開しない場合もある。

対処方法

以下の手順でアクティブなセッションを停止し、最初から実行をやり直す。

1. メニューで「ランタイム」→「セッションの管理」と操作する
2. アクティブなセッションの一覧が表示されるので、「終了」をクリックして、すべてのアクティブなセッションを終了する
3. 最初から実行をやり直す

8. Google Colaboratoryの要点

8.1 基本事項

• アクセス：Webブラウザからアクセスできる
• セルの種類：コードセル（プログラム用）、テキストセル（説明用）

8.2 基本操作

• Googleアカウント：基本操作にはGoogleアカウントが必要
• 操作の種類：コードセルやテキストセルの編集、セルの実行、新規ノートブックの作成など
• 保存
• セルの実行：基本的に、一番上のセルからすべてを実行する。複数のセルを一度に実行するには、「ランタイム」メニューから「すべてのセルを実行」を選択する

9. 発展的な機能

Google Colaboratoryには以下の機能もある。使用にはGoogleアカウントが必要である。

• ノートブックの管理：新規作成、編集、保存、公開（Google Driveとの連携による）
• 共有機能：公開により、第三者がノートブックをダウンロードし、編集や実行もできる
• Pythonプログラム：コードセル内でのPythonプログラムの編集、実行
• システム操作コマンド：!pipや%cdなどのコマンド（コードセル内）の編集、実行
• ファイル操作：ファイルのアップロード、ダウンロード
• ドキュメント編集：図、リンク、添付ファイルを含めることができる

9.1 ファイルのアップロード

画面左側の「ファイル」アイコンをクリックすると、ファイルパネルが表示される。このパネルにファイルをドラッグ＆ドロップすると、アップロードできる。

10. まとめ

本章で行ったことは以下のとおり。

1. Googleアカウントでログインした
2. Colaboratoryでプログラムを動かした
3. AIにコードを書かせた

10.1 Google Colaboratoryの機能体系

Google Colaboratoryの機能は、以下の3つに分類できる。

基本プログラミング

• Pythonプログラムの編集・実行
• 入力・実行・結果確認のサイクル

AI支援

• 日本語でのコード自動生成
• 生成コードの実行と修正依頼

高度な操作

• システムコマンドの実行
• ファイル操作