01. 準備

2021.7.2改定

Windowsへのインストール

Windowsの場合は、Anacondaと呼ばれるシステムをインストールすることを本書では推奨します。

Anacondaでは、Pythonの本体及び、NumPy、SciPy、SymPy、Matplotlib、PILを含むよく使われるライブラリを一括してインストールできます。

から、Python3.x versionのDownloadボタンを押して、インストールを実行します。

実行開始後は、インストール画面の指示に従って、選択肢がある場合は推奨(Recommend)されてる方を選択して、進めてください。

インストールが終了したら、WindowsのスタートボタンのメニューにAnaconda3の項目ができていることを確かめてください。

Macへのインストール

MacにはPython2.7がプレインストールされていますが、本書では使いません。

Python3を新たにインストールします。

Windowsの場合同様にAnacondaを利用することもできますが、ここではPythonのインストールの基本である本家python.orgからインストーラーをダウンロードしてくる方法を紹介します。

のページでDownloadsのメニューを選ぶと、自動的に使用しているパソコンに適したPythonのインストーラのボタンが表示されるので、それをクリックしてダウンロードします。

pkg(パッケージ)ファイルがダウンロードフォルダに保存されます。

保存されたインストーラのファイルをダブルクリックして開きます。

後は画面の指示通りに、選択肢がある場合は推奨(Recommend)されている方を選んで、ボタンをクリックしながら進みます。

インストーラが正しく終了したら、ターミナルを立ち上げて、次のコマンドを実行します。

code: bash

$ python3 -m pip install --upgrade pip

$ python3 -m pip install pillow

$ python3 -m pip install numpy

$ python3 -m pip install matplotlib

$ python3 -m pip install scipy

$ python3 -m pip install sympy

Raspberry Piへのインストール

Raspberry Pi OSの最新版の入ったmcroSDカードををrpi-imagerによって作成することを強く推奨します。既存のmicroSDカードをそのまま用いると、そのカード上のシステムに修復不可能なダメージを与えたり、インストール 過程でエラーが生じる可能性があります。

幾つかの選択肢があります。

方法１： Raspberry Pi 4またはそれ以上のモデル（推奨）

code: bash

$ sudo apt install idle3 -y

$ python3 -m pip install --upgrade --user pip

$ ~/.local/bin/pip install --user jupyterlab

$ ~/.local/bin/pip install --user vpython

$ sudo apt install python3-matplotlib -y

$ sudo apt install python3-scipy -y

$ sudo apt install python3-sympy -y

PILとNumPyは、プレインストールしてあるものをそのまま使います。

方法２： Raspberry Pi 3またはそれ以下のモデル

これらのモデルではハードウェアの性能面から、VPythonとJupyter Notebookを用いることは現実的ではないので、それ以外の必要なライブラリのみインストールします。

code: bash

$ sudo apt install idle3 -y

$ sudo apt install python3-matplotlib -y

$ sudo apt install python3-scipy -y$

sudo apt install python3-sympy -y

方法３： Raspberry Pi 4またはそれ以上のモデル（別の方法）

方法１でうまくいかなかった場合は、この方法を試してみてください。

Raspberry Pi OSにプレインストールしてあるPIL（pillow）とNumPyもアップグレードします。

code: bash

$ sudo apt install idle3 -y

$ sudo apt install libatlas-base-dev -y

$ sudo python3 -m pip install --upgrade pip

$ sudo python3 -m pip install --upgrade pillow

$ sudo python3 -m pip install --upgrade numpy

$ sudo python3 -m pip install matplotlib

$ sudo python3 -m pip install scipy

$ sudo python3 -m pip install sympy

$ sudo python3 -m pip install jupyterlab

$ sudo python3 -m pip install vpython`

方法４： OSにUbuntuを利用している場合

code: bash

$ sudo apt install idle3 -y

$ sudo apt install python3-pip -y

$ sudo pip install --upgrade pip

$ sudo pip install --upgrade pillow

$ sudo pip install numpy

$ sudo pip install matplotlib

$ sudo pip install scipy

$ sudo pip install sympy

$ sudo pip install jupyterlab

$ sudo pip install vpython`

方法５： Raspberry Pi OSに最新のPythonをインストールして利用したい場合

以下のその１から５をすべて実行します。

その１） ビルドに必要なライブラリのインストール

code: bash

$ sudo apt install tk-dev -y

$ sudo apt install libncurses5-dev -y

$ sudo apt install libncursesw5-dev -y

$ sudo apt install libreadline6-dev -y

$ sudo apt install libdb5.3-dev -y

$ sudo apt install libgdbm-dev -y

$ sudo apt install libsqlite3-dev -y

$ sudo apt install libssl-dev -y

$ sudo apt install libbz2-dev -y

$ sudo apt install liblzma-dev -y`

その２） ビルド

code: bash

$ cd /tmp/Python-3.9.6

$ ./configure --prefix=/usr/bin/python3.9.6

$ make -j 4

$ sudo make altinstall`

その３） Pythonのライブラリのインストールするための準備

code: bash

$ sudo apt install libjpeg-dev -y

$ sudo apt install liblapack-dev -y

$ sudo apt install gfortran -y

$ sudo apt install rustc -y

$ sudo /usr/bin/python3.9.6/bin/python3.9 -m pip install --upgrade pip

$ sudo /usr/bin/python3.9.6/bin/pip3.9 install wheel

$ sudo /usr/bin/python3.9.6/bin/pip3.9 install cryptography`

その４） Pythonのライブラリのインストール

code: bash

$ sudo /usr/bin/python3.9.6/bin/pip3.9 install pillow

$ sudo /usr/bin/python3.9.6/bin/pip3.9 install numpy

$ sudo /usr/bin/python3.9.6/bin/pip3.9 install matplotlib

$ sudo /usr/bin/python3.9.6/bin/pip3.9 install scipy

$ sudo /usr/bin/python3.9.6/bin/pip3.9 install sympy

$ sudo /usr/bin/python3.9.6/bin/pip3.9 install jupyterlab

$ sudo /usr/bin/python3.9.6/bin/pip3.9 install vpython`

Pythonの環境の作り方としては、この他に仮想環境を用いる方法がありますが、Raspberry Piでは必要ならばmicroSDカードを変えることで異なる環境をいくつも容易に作れるので、ここでは紹介しません。興味のある方は、

などを参考にしてください。

Pythonの起動

これまでの設定で、IDLEという名称のIDEが利用可能ですので、それを使うことを前提に説明していきます。

Windowsの場合：　Anaconda PowerShell Promptを開いて、コマンドラインからidleという命令で立ち上がります。Spyderという新しいタイプのIDEも使えます。スタートメニューのAnacondaの項目の下にあるSpyderで開くことができます。

Macの場合：　Finderのメニューバーの「移動」からアプリケーションフォルダを開くと、Python3.xというフォルダがあります。この中にあるIDLEのアイコンをダブルクリックして開きます。

Raspberry Piの場合：　メインメニューにある「プログラミング言語」の項目にあるPython3(IDLE)から開きます。同じメニューにあるThonny Python IDEを使うこともできます

VPythonのインストール

Windowsの場合：　Anaconda PowerShell Promptを開いて、コマンドラインから次のコマンドでインストールします。

code: prompt

conda install -c vpython vpython

うまくいかなかった場合は、次を試してください。

code: prompt

pip install vpython`

Macの場合：　ターミナルを開いて、コマンドラインから次のコマンドでインストールします。

code: bash

$ python3 -m pip install jupyterlab

$ python3 -m pip install vpython`

Raspberry Piの場合：Raspberry Pi 4以上のモデルでは、Pythonのインストールの過程で実行済みです。

対話モードでの実行例

code: python

>> from vpython imort *

>> B=box()

>> B.color=color.red

Jupyter Notebookの利用

Windowsの場合：　Windows で Anaconda をインストールした場合は、スタートメニューの Anaconda3 の項目の下 にある「Jupyter Notebook」をクリックすると立ち上がります。

macOSおよびRaspberry Piの場合：　ターミナルから次のコマンドを実行して立ち上げます。

jupyter notebook

Windows, macOSおよびraspberry Pi 4以上のモデルに対しては、これまでのインストール過程でJupyter Labが利用可能です。ただし、Jupyter Labから開いたNotebookではVPythonはうまく機能しません。

code: bash

$ sudo cp -a {bin,include,lib,share} /usr/local

code: bash

$ sudo jupyter labextension install vpython

Raspberry Piの環境

インストールしておくと役立つアプリを挙げてておきます。WindowsやmacOSの場合は、専用のインストーラが用意されていることもあります。

LaTeX

code: bash

$ sudo apt install texlive-lang-cjk

$ sudo apt install texworks

$ sudo apt install letexmk`

これで LATEX のシステムが使えるようになります。TeXworks は専用のエディタを持つ統合環境 です。日本語を使わない場合はそのまま使えますが、日本語に対応した LATEX を使えるようにする には、TeXworks の設定を変えなければなりません。具体的には、図 9 のように latexmk を利用し、 タイプセットの方法を新しく定義する必要があります。

Latexmk（とpLaTeX）によるタイプセット

名前：pLaTeX (latexmk)

プログラム：latexmk

引数：

-latex=platex -kanji=utf8 $synctexoption %O %S

-e

$dvipdf='dvipdfmx %O -o %D %S';$bibtex='pbibtex %O %B';$makeindex='mendex %O -o %D %S';

-pdfdvi

$fullname

「実行後，PDF を表示する」にチェックを入れる．

数式だけをトリミングしてPDFを出力する方法

code:latex

\documentclass{standalone}

\usepackage{amssymb, amsmath}

\begin{document}

$\begin{bmatrix}1&2&3\\4&5&6\\7&8&9\\\end{bmatrix}$

\end{document}

PyX

LaTeXの数式を含む図を作成

code: bash

$ sudo apt install python3-pyx

GrappVz

有限グラフの作成

aspberry Piのインストールの方法１および方法２の場合

code: bash

$ sudo apt install python3-graphviz

Raspberry Piのインストールの方法３以降の場合は

code: bash

$ sudo apt install graphviz

$ sudo python3 -m pip install graphviz

画像ファイルの解析、加工、作成

code: bash

$ sudo apt install gimp`

サウンドファイルの解析、加工、作成

code: bash

$ sudo apt install audacity