Google Colaboratory 介紹

feature image

source: Pixabay

前言 & 概述

本篇為 Python 程式語言入門教學的第一篇文章。今天的文章中,將會介紹 Google Colaboratory (Colab) 是什麼,如何透過 Colab 學習 Python 程式語言。本文將會以 6 個問題切入了解 Colab。開始學習 Python 程式語言之前,讓我們先好好了解 Colab 吧!

問題 1 : Google Colab 是什麼

Google Colaboratory 又稱為 Colab 是 Google 提供服務,讓任何人都可以透過瀏覽器撰寫以及執行 Python 程式碼。程式初學者透過 Colab 學習 Python 語言,可以省去架設環境的困擾。Colab 是基於 Jupyter Notebook 的開發環境且許多常用的套件都已經先安裝好了,因此非常適合作為資料科學開發環境。Colab 也提供免費的運算資源 (GPU),讓我們可以加速機器學習模型的訓練。

問題 2 : Google Colab 有什麼限制嗎

當然!因為 Colab 是免費的服務,所以在資源的供應上是有限制的。首先,Colab 提供的免費硬體設備 (CPU 與 GPU) 當然不是最好的,因此在程式的運行效能上,可能比不上你手上的電腦,但是對於資料科學領域的初學者而言已經是相當夠用的!此外,Colab 提供的記憶體 (RAM) 當然也是有限的,如果模型的參數太多或是資料集太大,就會出現記憶體不足的錯誤發生。

問題 3 : 如何開啟 Google Colab

對於 Colab 有基本的了解後,我們可以開始使用 Colab 囉!
首先,進入到自己的 Google Drive 頁面
接著,在畫面中點選「右鍵」後,選擇「更多」,再點擊「Google Colaboratory」

google drive

Google Drive 的資料夾頁面

點擊後,就會進入到 Colab 頁面囉!

google colab

Google Colab 頁面

問題 4 : 如何執行 Python 程式碼

Colab 中每一個「格子」都是一個 Cell,我們可以在 Cell 中輸入程式碼,並按下 Shift+Enter,就可以執行程式碼,並新增一個新的 Cell。如果是剛開啟 Colab 環境,則必須先等待資源分配完成後,才能執行程式碼!

google colab cell

Google Colab 中的 Cell

問題 5 : Colab 中要認識的基本介面有哪些

接下來,讓我們來認識 Colab 中基本的介面與功能!

google colab

介紹 Google Colab 中的基本元件

  1. 檔案名稱:在此區塊我們可以命名這個 Colab 檔案。Colab 因為是基於 Jupyter 所以也是一個 Notebook 的形式,因此副檔名為 .ipynb。(如果是一般的 Python 檔,副檔名會是 .py)
  2. 工具列:工具列區塊中有非常多功能可以使用,常用的有:檔案、編輯、插入與執行階段。
    • 檔案:在此下拉選單中,我們可以透過「在雲端硬碟中尋找」找尋此 Colab 在雲端硬碟中的位置,或是透過「上傳筆記本」從雲端硬碟、電腦或是 GitHub 中上傳筆記本到 Colab 中。最後,我們也可以透過「下載」將此 Colab 下載為 .py 檔或是 .ipynb 形式。
    • 編輯:在此下拉選單中,我們可以「復原刪除的儲存格」、「刪除所選的儲存格」或是透過「筆記本設定」選擇硬體加速器。預設情況不使用硬體加速器,如果在訓練模型時可以選擇 GPU 加速模型的訓練。
    • 插入:在此下拉選單中,我們可以插入「程式碼儲存格」或是「文字儲存格」。
    • 執行階段:在此下拉選單中,我們可以決定要執行哪些儲存格,或是透過「重新啟動執行階段」將我們的 Colab 環境重新啟動 (Colab 有時會當掉),或是「變更執行階段類型」來選擇是否使用硬體加速器。最後,也可以透過「管理工作階段」查看目前正在執行的 Colab 檔案。
  3. 儲存格 (Cell):Colab 就像是一個 Notebook 一樣,由一個又一個的「儲存格」所組成。儲存格可以是「程式碼」或是「文字」。若是程式碼儲存格,怎可以輸入 Python 程式碼;文字儲存格則必須透過 Markdown 語法來撰寫。
  4. 留言與共用:Colab 的一大特色就是可以分享你的 Notebook 給其他人,讓其他人也能夠在同一份 Colab 上編輯。
  5. 連線狀態:Colab 背後使用的是 Google 提供的運算資源,因此要正常使用 Colab 必須確保已經正常連線到遠端的硬體資源。此外,也能夠顯示目前 RAM 與硬碟的用量。
  6. 側邊工具欄:側邊工具欄為 Colab 上較為進階的功能,由上而下依序為:目錄、文字尋找與取代、程式碼片段與檔案。
    • 目錄:顯示目前 Colab 中所有 Cell 的架構。我們理解 Colab 是由很多個 Cell 所組成,Cell 底下又可以包含很多 Cell。因此,透過目錄可以清楚觀察 Cell 之間的階層關係。
    • 文字尋找與取代:單純的文字尋找與取代。
    • 程式碼片段:我們可以在此搜尋一些常用的程式碼片段,直接複製到 Colab 中使用。例如:如果要從 Colab 中使用 Google Drive 的檔案,就可以在此搜尋「Google Mount」找到如何將 Google Drive 引入 Colab 環境中。
    • 檔案:Colab 的環境就像是在一台虛擬電腦上,在此區塊中可以看到 Colab 目前所在的根目錄。

問題 6 : Colab 中基本的快捷鍵有哪些呢

在 Colab 中有非常多的快捷鍵可以使用,我們也可以在「上方工具列」>「工具」>「鍵盤快速鍵」中,針對每一個功能設定快捷鍵。然而,對於程式初學者而言,我們不需要知道這麼多,僅需熟悉最常用的幾個快捷鍵,來加速程式的開發。
首先,最基本兩種操作是將 Cell 進行轉換。Colab 中的 Cell 有兩種模式:Code 與 Markdown。在 Code 模式中,我們可以在 Cell 中撰寫 Python 程式碼;在 Markdown 模式中,我們則是在 Cell 中撰寫 Markdown 語法,形成註解或是說明。如果對於 Markdown 語法不了解的話,可以參考此篇文章,或是不管什麼 Markdown 語法,直接打上你想留下的說明文字就可以囉!

  • 將 Cell 轉成 Code 區塊:⌘/Ctrl + m + y
  • 將 Cell 轉成 Markdown 區塊:⌘/Ctrl + m + m

有時,我們也需要將整個 Cell 刪除或是復原,可以透過以下快捷鍵:

  • 將 Cell 刪除:⌘/Ctrl + m + d
  • 將 Cell 復原:⌘/Ctrl + m + z

當我們在 Cell 中寫好 Python 程式碼後,我們可能想要執行,可以透過兩種方式:

  • 執行此 Cell:⌘/Ctrl + enter
  • 執行此 Cell 再下向新增一個 Cell:Shift + enter

想要將目前的焦點移動到別的 Cell 上,但是卻懶得用滑鼠點擊:

  • 聚焦上一個 Cell:⌘/Ctrl + p
  • 聚焦下一個 Cell:⌘/Ctrl + n

當程式碼愈來愈多,要找某一個變數變的愈來愈困難,這時就可以透過「側邊工具欄」中的「文字尋找與取代」功能:

  • 尋找某一段文字:⌘/Ctrl + h

最後也是最重要的,在 Colab 中編輯時,不忘「手動」儲存一下吧!(Colab 基本上會自動儲存新的變更)

  • 儲存 Colab:⌘/Ctrl + s

結語

在本篇文章中,我們認識了 Colab 環境的基本觀念,對於如何使用 Colab 也有了概念。當然,我們不需要將上面的資訊通通記在腦袋中,需要使用卻忘記時,就回來看看吧!Colab 仍有許多進階的操作,我們將會在其他文章中另外介紹!在下一篇文章中,我們將開始學習 Python 語法