Google Colaboratory（Jupyter Notebookのオンライン版）の使い方：Google Colaboratory入門
機械学習やディープラーニングの作業環境の中でも初心者には「Jupyter Notebook」がお勧めだ。そのオンライン版「Google Colaboratory」の画面構成や基本的な使い方、お薦めのショートカットキー、オートコンプリートとヘルプドキュメントの表示機能などを説明する。
ご注意：本記事は、＠IT／Deep Insider編集部（デジタルアドバンテージ社）が「deepinsider.jp」というサイトから、内容を改変することなく、そのまま「＠IT」へと転載したものです。このため用字用語の統一ルールなどは＠ITのそれとは一致しません。あらかじめご了承ください。
前回はGoogle Colab（正式にはGoogle Colaboratory）とそのColaboratoryノートブックの準備方法を説明した。今回は、Google Colabはどうやって使えばよいのか、使い方の基礎の基礎を説明する。※脚注や図の番号は前回からの続き番号としている。
Google Colaboratoryの使い方
前回の第2回で作成した空のファイル（本稿の例では「Untitled0.ipynb」）を開いてほしい。
画面構成
画面を構成する基本的な部品は図16のとおり。
一般的なアプリケーションでよくある構成なので、使い方は見ただけでだいたい分かるのではないかと思うが、念のため簡単に説明しておこう。
一番上に文書タイトルが表示されており、これをクリックすることで編集できる。
その下に、Google Colabの各種機能を提供するメニューバーと、特によく使う機能をボタン形式で提供するツールバーがある。
中央部分に大きく表示されているのがノートブックのコンテンツを表示するメイン領域である。ここにセル（詳細後述）を次々と追加していくことになる。
ツールバーを見ても、「セル」というのが重要な要素であることが分かる。
セル
実際にJupyter Notebookでは、セル（cell）という単位でコンテンツを記述し、管理する。
セルには、次の2種類がある。
- コード
- テキスト
これら「コードセル」と「テキストセル」の書き方について説明しよう。
コードセル
前掲の図16に1つだけあったセルは、コードセルである。ここで例として、セルに100+200と書き込んで左端にある［セルの実行］ボタンをクリックしてみてほしい。
セルに書き込んだ内容は「100+200を計算しろ」を意味するPythonコードである。ボタンクリックにより、このコードが実行され、その結果がセルの下に表示される。
実際のディープラーニングでは、このようなPythonコードを、処理内容の固まりごとにセルに記述していくことになる。
別のコードを入力するためにセルを追加するには、Google Colabの場合は、図18のようにツールバーの［コード］ボタンをクリックすればよい。
ちなみに、図18のボタンはGoogle Colab独自の機能である。通常のJupyter Notebookの場合は、図19のようにツールバーの［＋］ボタンなどを使ってコードセルを挿入して、必要に応じてセルの種類を変更することになる。
図19 セルの操作方法（2）：セルの追加（Jupyter Notebookの場合） テキストセル
同様に、テキストセルはツールバーの［テキスト］ボタンをクリックすればよい。
もしくは、挿入したい位置にマウスカーソルを置くと、その位置にセル挿入用の小さな［コード］ボタンと［テキスト］ボタンが表示されるので（図20）、これをクリックすればよい。ちなみにこれもGoogle Colabの独自機能である。
テキストセルは、使い方に制限はないが、主にノートブックに説明や見出しなどのノートを記述するためのものだ。例えば機械学習やディープラーニングでは、数式をPythonコードで表現したりするが、そのような数式の意味の説明をテキストセルに書いておくことで、自分が後からコードを読み返した際や他の人が読んだ際に「この数式のコードはどういう意味か」が一目で分かるようになる。このような、いわば「覚え書き」にも役立つ。
実際にテキストセルを追加すると、図21のような入力欄が表示される。
Jupyter NotebookおよびGoogle Colabのテキストセルは、Markdownと呼ばれる文書フォーマット（＝書き方）で書く必要がある。といっても、Markdownは通常の文章を書いていけば、（基本的に）そのまま問題なく表示できるので、書き方を最初から完全に覚える必要はない。ただ、Markdownが用意した特殊な記号を追加すると、そこに見出しやリンクなど、ちょっとした加工や文字修飾が可能になっているというだけだ。
まずはMarkdownフォーマットを使うことを意識せずに、必要に応じて、セル上部に編集用ツールバーを使って文章を加工してみればよいだろう。
とはいえ、「最低限これだけは知っておくとすごく便利！」というMarkdownのお薦め書式があるので、それを簡単に紹介しておくことにしよう。
よく使うMarkdownフォーマット
ここではMarkdownフォーマットの中で最もよく使う「見出し」について紹介する。
見出し
見出し（ヘッダー）は、ドキュメント全体に階層構造（いわゆる章や節など）を作るのに欠かせない。例えば、1行の文を見出しに加工したい場合は、その行の先頭に#という記号を付けるだけである。以下に示すとおり、##、###のように#の数を増やすことで、見出しの階層構造を表現できる。ちなみに#／##／###の後に半角スペースを入れているが、これは余白を作って見やすくしているだけだ（※Markdownのプレビュー環境によっては必須なので入れておいた方が無難）。
- # レベル1の見出し
- ## レベル2の見出し
- ### レベル3の見出し
図22は、実際に上記の見出しを各テキストセルに記述した例である。
Google Colabの場合、見出しをうまく付ければ、階層構造が整った目次になる。目次は、図23に示すように左上の［ > ］をクリックすると表示できる。
図23のようにきれいに階層立った目次を作りたい人は、見出しのテキストセルには見出し1行だけしか書かない方がいい。セルに複数行を書いても目次では1つの見出しにまとめられてしまうためだ。
ちなみに、先ほど「テキストセルとコードセルの2種類がある」と説明した。しかしGoogle Colabのメニューバーにある［挿入］メニューをクリックすると、［セクション ヘッダー セル］と［目次セル］という項目もある。これらは実際にはテキストセルで、［セクション ヘッダー セル］とは前述の# レベル1の見出しと同じものである。また［目次セル］は、目次内容をテキストセルに書き出してくれる機能であるが、使う場面はあまりないかもしれない。これらのセルの存在に気付くと、今回の説明との食い違いに戸惑いそうだったので、念のためここで注意書きを入れておいた。
便利に使うためのショートカットキー
ここまではマウス操作で作業する方法を説明してきた。しかし「キー入力だけで高速に操作したい」という玄人（くろうと）派の人もいるかもしれない。ここでは、最低限、これを覚えておくと便利という、Google Colabのショートカットキーをいくつか紹介しておこう。
そのキーとは以下の5つである。これらは、macOS／Windows／Linux共通だが、［⌘/Ctrl］については、macOSでは［⌘］もしくは［Control］キーを押し、WindowsやLinuxでは［Ctrl］キーを押すという意味だ。
- ［Alt］＋［Enter］キー： セルを実行して、新しいコードセルを挿入
- ［Shift］＋［Enter］キー： セルを実行して、次のコードセルを選択
- ［⌘/Ctrl］＋［Enter］キー： 現在のセルを実行
- ［⌘/Ctrl］＋［M］ ［M］： テキストセルに変換
- ［⌘/Ctrl］＋［M］ ［Y］： コードセルに変換
1番目のショートカットキーを実行するとコードセルとして挿入されるため、それをテキストセルに変換するには4番目のショートカットキーも併せて必要となる。
【コラム】Google Colab独自のショートカットキーとカスタマイズ方法
［⌘/Ctrl］＋［M］は、「マルチキーイベント・ショートカット」と呼ばれるGoogle Colab独自のキーだ。ちなみに、通常のJupyter Notebookでは、セルを編集中は編集モードになっており、［Esc］キーを押すと編集が終了してコマンドモードに移行する。このコマンドモードと［⌘/Ctrl］＋［M］は同様の機能を持ち、具体的にはJupyter Notebookでは［Esc］キーでコマンドモードに移行した状態で［M］キーを押すとテキストセルに変換され、［Y］キーを押すとコードセルに変換される。
通常のJupyter NotebookとGoogle Colabを併用していると、このコマンドモードと［⌘/Ctrl］＋［M］による微妙なショートカットキーの違いが、使い勝手を悪くする場合がある。そのような場合、実際にはGoogle Colabでも［Esc］キーでコマンドモードに移行しているので、ショートカットキーの設定を手動で［M］キーや［Y］キーに変えてしまうことで、両者の差異を無くせる。
これにはメニューバーの［ツール］−［キーボード ショートカット］を実行し、表示されたダイアログで対象の機能のキーを設定すればよい（図24）。
オートコンプリートとヘルプドキュメントの表示
最後にもう一つだけ、覚えてほしいことがある。それはコードの入力中に［Tab］キー（もしくはWindowsでは［Ctrl］＋［スペース］キー、macOSでは［Option］＋［Esc］キー）を押してみるということだ。
例えば、「i」と入力して［Tab］キーを押してみよう。すると、図25のように「i」で始まる入力可能な候補（オートコンプリートとも呼ばれる）が表示される（※設定によっては自動的に表示されるので、キーを押すまでもない）。
図25 オートコンプリートの表示 あとは［↑］／［↓］キーなどを押して選択し、［Enter］キーで確定すればよい。これによって、入力候補が実際に入力されて、単語などが補完される。うろ覚えであっても、先頭の1文字を思い出せばコーディングしていけるので、調べごとが少なくなりプログラミング作業が楽になるだろう。
また、『機械学習＆ディープラーニング入門（Python編）』で説明する「関数」の(〜)の間で［Tab］キーを押すと、ヘルプドキュメント（docstringヘルプとも呼ばれる）が表示される（図26）。
残念ながら英語のヘルプだが、無いよりはマシなので、ぜひ活用してほしい。
【コラム】Google Colabでオートコンプリートやヘルプドキュメントが表示されない場合
Google Colabで上記の［Tab］キーの操作を実行した際、オートコンプリートやヘルプドキュメントが表示されず、代わりにページの左下に「コード オートコンプリートには、ランタイムへの接続が必要です。［接続］」というバルーンが表示されることがある（図27）。
このようになった際には、［接続］リンクをクリックしてほしい。これにより、図28のように［接続済み］となり、オートコンプリートとヘルプドキュメントの表示が利用できるようになる。
つづく
以上、Google Colabの使い方を紹介した。次回はまとめとして、これまでの3回分のLessonのポイントを、箇条書きで短く再確認する。
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