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@gudapys(guda pys)

Google Colaboratory（個人的便利シート）

Last updated at Posted at 2022-01-04

Google Colaboratoryとは

一言で言えば、Google版Jupyter Notebook。Googleが提供する無料サービスの一つで、クラウド上でPythonの記述、実行ができます。

ブラウザとgoogleアカウントさえあれば
Pythonの実行環境をサクッと3秒で構築できてしまいます。

クロスプラットフォームな実行環境であるため共同開発での差異が小さく1、
また各ノートブックがサンドボックスであり初期化 → 実行や新規作成 → 破棄 → 新規作成のような使い切り開発や、
ノートブックのコピー → 破棄のような使い捨てもできます。

Colaboratory へようこそ

出来たこと

機械学習周りいろいろ
githubとの連携
簡易のhttp.server、CGIサーバーの起動
Googleの各無料サービスとの連携、APIの利用
Flask、FastAPI、Streamlit、SQLAlchemyの利用、連携
Ngrok、localtunnelの利用
その他いろいろ

各名称

colab_screen.jpg

①メニューバー

各設定、操作ができます。

ファイル、編集、表示、挿入、ランタイム、ツール、ヘルプ

②左ペイン

アイコンをクリックすると、 スペース③ へ各ブラウザを表示することができます。
>上から、 `目次`、`検索と置換`、`コードスペニット`、`変数`、`ファイル` のアイコンです。 `ファイル`アイコンをクリックすると、`③ファイルブラウザ`を開きます。

③ファイルブラウザ

②左ペインの一番下ファイルをクリックすると出現します。

左上からファイルの選択、状態の更新、ドライブアイコンが並びます。

ドライブアイコンからGoogleドライブをマウントすることができます。
カレントディレクトリは/contentです。

コードセル
!echo > xxx.txt
!pwd
!ls

/content
sample_data　sample.py　xxx.txt

④⑤セル

④テキストセルと⑤コードセルがあります。

コードセルの中でシステムコマンドやマジックコマンドが使えます。

記法
システムコマンド ! シェルコマンドなど
マジックコマンド %
%%		 ラインマジック
セルマジック

先頭に!や%を書きます。
例

コードセル
!echo hello world
%history
コードセル
%%bash

⑥エディタ

ファイルや画像、各情報を表示・出力します。

テキストエディタでは一括置換などのショートカットキーがいくつか用意されています。
また、⑤コードセルにも一部テキストエディタとしての機能が備わっています。
編集後、しばらく待つか、タブの上をワンクリックすると上書き保存されます。

⑦ランタイムやセッションの状況

ランタイムが起動しているか視認できたり、セッション管理が行えます。
準備中

ショートカットキー

キー 操作 場所
Shift + Enter セルの実行 コードセル
Ctrl + D 一括編集 コードセル
エディタ

便利シート

基本

コードセルに書く。

システムコマンドやマジックコマンドは、pythonコードと一緒に書くことができます。
例

コードセル
print("start") #python
# シェルコマンド
!ls
print("end") #python

start
sample_data　sample.py　xxx.txt
end

各コードセルの変数の値は保持されます。

コードセル1
a=2
コードセル2
print(a+3)

5

コードセルで保持された変数をシステムコマンドで使う。

$変数名でシステムコマンドで使えます。
例

コードセル
path="tmp1"
!mkdir /content/$path

/content/tmp1が作られます。

システムコマンドの実行結果をコードセルの変数に格納する。

例

コードセル
res=!echo hello
print(res)
res=!python -c 'print("world")'
print(res[0])

['hello']
world

フォーム、Markdownを使う。

コードセルとテキストセルで使います。

インタラクティブなフォーム（公式の例↓のみで十分）
https://colab.research.google.com/notebooks/forms.ipynb

Markdown記法であれば大抵対応
https://colab.research.google.com/notebooks/markdown_guide.ipynb

よく使うコマンド

ファイルを作成・保存する。

%%writefile ファイルのパスをコードセルの１行目に書きます。
１行目以外のすべての行が、改行を維持したままファイルのパスへ保存されます。
例

コードセル
%%writefile xxx.py
import time
time.sleep(1)
print("hello")
コードセル
!python xxx.py

スクリーンショット_2022-01-04_19-26-49.png

シェルコマンドechoを使います。
例

コードセル
r=10
s=f"""
hoge={r}
fuga=20
""".strip()
!echo -n "$s" > xxx.txt

hoge=10
fuga=20

スクリーンショット_2022-01-04_19-26-49.png

他にも直接ファイルをアップロードしたりすることができます。

bashモードで書く。

%%bashを１行目に書くことで、pythonモードからbashモードになります。
例

コードセル
%%bash
sleep 3
echo hello world

hello world

その他シェルコマンドを使う。

cd、pip、nohupなど、多くのコマンドに対応しています。
例

コードセル
%%writefile requirements.txt
streamlit
fastapi
コードセル
!pip install -r requirements.txt

よくやる操作

セルの実行

選択中のコードセルでShift + Enter
スクリーンショット_2022-01-04_19-26-49.png
コードセルの　▶　をクリック
スクリーンショット_2022-01-04_19-26-49.png
メニューバーから、
ランタイム　>　すべてのセルを実行　or　ランタイム　>　現在のセルを実行

セルの実行停止

コードセルの　■　をクリック

一回で停止しない場合は、何回かクリックします。

停止するまでに遅延があるので、クリック連打による再実行に注意

スクリーンショット_2022-01-04_19-26-49.png

メニューバーから、
ランタイム　>　実行を中断

ランタイムを出荷時設定にリセットする。

何か上手くいかなかったときは再起動。

メニューバー　>　ランタイム　>　ランタイムを出荷時設定にリセット

すべてのローカル変数やファイルを含め、ランタイムの状態は保存されません。

ただし、追加したセルは保存されます。

起動中のセッションを終了する。

⑦セッションの状態　＞　セッションの管理　＞　終了

Googleドライブをマウントする。

左ペイン　>　ファイルアイコンをクリック　>　ドライブアイコンをクリック

スクリーンショット_2022-01-04_19-26-49.png

コードセル
from google.colab import drive
drive.mount("/content/gdrive")

ファイルブラウザ　or　エディタを起動する。

ディレクトリ構造やファイルの中身を視認します。
画像ファイルを表示することもできます。

コードセル
from google.colab import files
files.view("/content")
files.view("/content/xxx.txt")

スクリーンショット_2022-01-04_19-26-49.png

コードセル
#クォーテーションで囲まれたファイルやディレクトリの絶対パスの上に
#マウスのポインターを置き、出現したポップアップをクリック
print("/content")

スクリーンショット_2022-01-04_19-26-49.png

左ペイン　>　ファイルアイコンをクリック　>　ファイルをダブルクリック

テキストエディタでは Ctrl+D などのショートカットキーが使えます。

ファイルのアップロードフォームを表示する。

コードセル
from google.colab import files
uploaded = files.upload()

ローカルホストを出力する。

サーバーが立ち上がったかどうか確認するため、ローカルホストのURLを出力します。

コードセル
from google.colab.output import eval_js
port=8010
eval_js(f"google.colab.kernel.proxyPort({port})").strip("/")

'https://--8010-colab.googleusercontent.com'

画像関連

コードセルの出力画面に画像を表示する。

IPythonを使います。（標準でインストール済みです。）
!pip show IPython

ローカルに保存した画像パスから画像を読み込む。

コードセル
from IPython.display import Image,display_jpeg,display_png
display_jpeg(Image("sample.jpg"))

ローカルに保存せずに画像URLから表示する。

コードセル
from IPython.display import Image,display_jpeg,display_png
img_url="https://dummyimage.com/100x50/6e6e6e/ffffff.jpg"
Image(url=img_url)

Image(url=img_url)は最後に実行する必要があります（空行やコメントアウト行を除く）。

画像URLから取得したバイナリデータをio.BytesIOに渡す。

コードセル
from io import BytesIO
import requests
img_url="https://dummyimage.com/100x50/6e6e6e/ffffff.jpg"
img = BytesIO(requests.get(img_url,timeout=15).content)
# 表示する場合
#import IPython
#IPython.display.Image(img.getvalue())

IPython.display.Image(img)は最後に実行する必要があります（空行やコメントアウト行を除く）。

画像URLから画像を保存する。

コードセル
from io import BytesIO
import requests
import IPython
img_url="https://dummyimage.com/100x50/6e6e6e/ffffff.jpg"
img = BytesIO(requests.get(img_url,timeout=15).content)
output="/content/sample.jpg"
with open(output, "wb") as f:
    f.write(img.getvalue())

Pillowを使う。

コードセル
from io import BytesIO
import requests
import IPython
import PIL
img_url="https://dummyimage.com/100x50/6e6e6e/ffffff.jpg"
img = BytesIO(requests.get(img_url,timeout=15).content)
output="/content/sample7.jpg"
img = PIL.Image.open(img)
img.save(output)

フレームワークとの連携

Streamlitを起動する。

コードセル
#portはデフォルトで8051
!streamlit run app.py
#!streamlit run app.py --server.port=8030

ColabratoryではそのままではStreamlitの全機能を使うことができないので
ngrokかlocaltunnelでトンネルして起動します。

ngrokは最近よく失敗するのでlocaltunnelおすすめです。

ngrok、localtunnel共にローカルで実行中のアプリを外部公開するサービスなので、
公開URLを知っている人なら誰でもアクセスできてしまいます。

ngrokで

コードセル
import nest_asyncio
from pyngrok import ngrok
ngrok_tunnel = ngrok.connect(8051)
host=ngrok_tunnel.public_url
nest_asyncio.apply()
print("Public URL:", host)
!streamlit run app.py

Public URL: http://********.ngrok.ioをクリックして移動。
Click to Continueボタンを押す。

localtunnelで

コードセル
!streamlit run app.py & sleep 10 && npx localtunnel --port 8501

your url is: https://*****-*******-**.loca.ltをクリックして移動。
Click to Continueボタンを押す。

FastAPIを起動する。

コードセル
from google.colab.output import eval_js
port=8030
eval_js(f"google.colab.kernel.proxyPort({port})").strip("/")
import uvicorn
!uvicorn.run(app=app, port=int(port),host="0.0.0.0")

https://***********-****************-8030-colab.googleusercontent.comに接続。

ngrokで
Streamlitを起動する。を参照。

localtunnelで
Streamlitを起動する。を参照。

localhostとして他のアプリケーションと連携したい場合のエンドポイントは、
http://localhost:[port番号]/です。
例：
Streamlitをlocaltunnelで　＋　FastAPIをlocalhostで

ノートブック

準備中

予定のcolabノートブック

FastAPI（最小構成）

Streamlit+FastAPI（最小構成）

Streamlitページ遷移
Streamlitポップアップ
Streamlitページ遷移＋ポップアップ

FastAPI+SqlAlchemy

ToDoアプリなどwebアプリ群

簡易サーバー起動 nohupも

  1. ブラウザやバージョンにより挙動が異なることもあるようです。 ↩

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