人工知能とは

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人工知能とは

この授業では,人工知能 の理論と実践を学びます. 近年注目される人工知能の殆どは 機械学習 と呼ばれる技術の応用であり, 顔認識や商品推薦など様々な用途に用いられるようになりました.

一方で,人工知能の歴史は,1956年のダートマス会議 から始まり, 1950年代の 第1次AIブーム,また,1980年代の 第2次AIブーム などの紆余曲折を経て, 現在の機械学習を主役とした 第3次AIブーム に繋がっています.

第1次ブームでは,探索推論 と呼ばれる技術の研究が進み, パズルや迷路などの問題を人間より高速に解くことが出来るようになりました. また,第2次ブームでは, エキスパートシステム と呼ばれる 専門知識の分野を取り込んだコンピュータが開発されました.

人工知能を学ぶには,これら伝統的な知識や技術を習得することが重要です. 本講義では, パズルやゲームなどを題材に, 探索や推論の基本的なアルゴリズムを体験的に学ぶことを目標とします. また,遺伝的アルゴリズムや強化学習など, 第3次ブームに繋がる発展的な技術についても取り上げます.

アルゴリズムの実装にはPythonを採用し, Jupyter Notebookと呼ばれるツールを利用してコーディングします. また,探索アルゴリズムや遺伝的アルゴリズムの実装にはSimple AI, 強化学習の実装にはOpenAI Gymなど最新のライブラリを使用します. 机上の理論で終わることなく,実用的な問題に人工知能技術を適用する術を学びましょう.

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Jupyter Notebookのインストール

Pythonのインストール・パッケージをダウンロードしましよう. このとき,Pythonのバージョンは3.xを選択してください. インストールを始める前に,ファイルをインストールするためのフォルダを作成します. 大学で環境を構築する場合は,Hドライブ に,MyPythonという名前でフォルダを作成してください.

それでは,インストーラを実行しましょう. Customize installationを選択し, パッケージ管理システムの pip が同時にインストールされることを確認してください.

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このとき,インストールするフォルダは,上記で作成したH:\MyPythonとすることに注意してください.

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インストールが終了すると,下記のダイアログが表示されます. Closeを選択して,ダイアログを閉じてください.

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次にインストールしたフォルダに移動し, シフトを押しながら右クリックして PowerShell を起動し,下記のコマンドを実行します. PowerShellは,マイクロソフト製のコマンドラインインターフェイスです. これで,Jupyter Notebookのインストールは完了です.

> .\Scripts\pip install jupyter
> .\Scripts\pip install "ipython[notebook]"

最後に,PowerShellから下記のコマンドを実行し,Jupyter Notebookを起動してください(エクスプローラでダブルクリックでもOK).

> .\Scripts\jupyter-notebook.exe

Jupyter Notebookの起動

Jupyter Notebookを起動すると,ブラウザ(Chromeを推奨)に Jupyter Notebook のトップ画面が表示されます. この画面で,ノートブック(Jupyter Notebookのプロジェクト)を管理します. 早速, New をクリックして,Python 3 を選択し,新規にノートブックを作成しましょう.

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ノートブックは下記の画面となります. まずは,ノートブックにタイトルを設定します. Untitled となっている箇所をクリックし,AI-1 と入力します.

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次に,簡単な計算をやってみましょう. ノートブックには,文字列や数式の入力可能なフィールドがあり,セル と呼びます. ここに,下記のように入力します.

1+2

入力したら,実行ボタンをクリックします(Shift + EnterでもOK). この結果, 3 という出力が得られることが分かります. Jupyter Notebook では,このセルにPythonのコードを入力することで, プログラムの実行結果が確認できる仕組みになっています.

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print関数

Jupyter Notebook では,自動的に最後のセルに入力された式や変数の値を出力する仕様になっています. 明示的に出力を行いたい場合は, print 関数を用いることで解決できます. 文字列を出力する場合は,文字列の前後に ""(ダブルクォーテーション) が必要なことに注意してください.

print(1+2)
print("Hello World!")

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ノートブックの保存

ここで,ノートブックを保存します. Save and Checkpoint のボタンをクリックしてください. 最後に,Close and Halt でノートブックを終了します.

トップ画面に戻ると AI-1.ipynb というファイルが作成されていることが分かります. これを選択することで,ノートブックを開き,作業を再開することが出来ます.

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参考書籍