آموزش هوش مصنوعی با پایتون - شروع به کار

در این فصل، یاد خواهیم گرفت که چگونه کار با پایتون را شروع کنیم. همچنین درک خواهیم کرد که پایتون چگونه به هوش مصنوعی کمک می‌کند.

چرا پایتون برای هوش مصنوعی؟

هوش مصنوعی به عنوان فناوری محبوب و ترند آینده شناخته می‌شود. از هم‌اکنون برنامه‌های کاربردی متعددی بر پایه آن ساخته شده است. به همین دلیل، شرکت‌ها و پژوهشگران زیادی به آن علاقه‌مند شده‌اند. اما سوال اصلی که در اینجا مطرح می‌شود این است که این برنامه‌های هوش مصنوعی در کدام زبان برنامه‌نویسی می‌توانند توسعه یابند؟ زبان‌های برنامه‌نویسی مختلفی مانند Lisp ،Prolog ،C++ ،Java و پایتون وجود دارند که می‌توانند برای توسعه برنامه‌های هوش مصنوعی استفاده شوند. در این میان، زبان برنامه‌نویسی پایتون محبوبیت فوق‌العاده‌ای به دست آورده است و دلایل آن به شرح زیر است −

سنتکس ساده و کدنویسی کمتر

پایتون در مقایسه با سایر زبان‌های برنامه‌نویسی که می‌توانند برای توسعه برنامه‌های هوش مصنوعی استفاده شوند، شامل کدنویسی بسیار کمتر و سنتکس ساده‌ای است. به دلیل این ویژگی، تست کردن می‌تواند آسان‌تر باشد و ما می‌توانیم بیشتر روی برنامه‌نویسی تمرکز کنیم.

کتابخانه‌های داخلی برای پروژه‌های هوش مصنوعی

یک مزیت عمده برای استفاده از پایتون در هوش مصنوعی این است که همراه با کتابخانه‌های داخلی ارائه می‌شود. پایتون تقریبا برای انواع پروژه‌های هوش مصنوعی کتابخانه دارد. به عنوان مثال، NumPy ،SciPy ،matplotlib ،nltk ،SimpleAI برخی از کتابخانه‌های داخلی مهم پایتون هستند.

• متن‌باز (Open source) − پایتون یک زبان برنامه‌نویسی متن‌باز است. این ویژگی باعث محبوبیت گسترده آن در جامعه توسعه‌دهندگان شده است.

• قابل استفاده برای طیف وسیعی از برنامه‌نویسی‌ها − پایتون می‌تواند برای طیف وسیعی از وظایف برنامه‌نویسی، از اسکریپت‌های کوچک شل گرفته تا برنامه‌های کاربردی وب سازمانی استفاده شود. این دلیل دیگری است که پایتون را برای پروژه‌های هوش مصنوعی مناسب می‌سازد.

ویژگی‌های پایتون

پایتون یک زبان اسکریپت‌نویسی سطح بالا، تفسیری، تعاملی و شیءگرا است. پایتون به‌گونه‌ای طراحی شده است که خوانایی بالایی داشته باشد. این زبان برخلاف سایر زبان‌ها که از علائم نگارشی استفاده می‌کنند، به طور مکرر از کلمات کلیدی انگلیسی استفاده می‌کند و ساختارهای سنتکسی کمتری نسبت به سایر زبان‌ها دارد. ویژگی‌های پایتون شامل موارد زیر است −

• یادگیری آسان − پایتون دارای کلمات کلیدی کم، ساختار ساده و سنتکسی کاملاً شفاف است. این امر به فراگیر اجازه می‌دهد زبان را به سرعت یاد بگیرد.

• خوانایی آسان − کد پایتون روشن‌تر و برای چشم قابل فهم‌تر است.

• نگهداری آسان − سورس‌کد پایتون به نسبتاً آسان نگهداری می‌شود.

• کتابخانه استاندارد گسترده − بخش عمده‌ای از کتابخانه‌های پایتون بسیار قابل حمل بوده و با سیستم‌عامل‌های مختلف در UNIX ،Windows و Macintosh سازگار هستند.

• حالت تعاملی (Interactive Mode) − پایتون از حالت تعاملی پشتیبانی می‌کند که امکان تست و خطایابی تعاملی قطعات کد را فراهم می‌سازد.

• قابل حمل (Portable) − پایتون می‌تواند روی طیف وسیعی از سخت‌افزارها اجرا شود و در تمام پلتفرم‌ها رابط یکسانی دارد.

• قابل توسعه (Extendable) − ما می‌توانیم ماژول‌های سطح پایین را به مفسر پایتون اضافه کنیم. این ماژول‌ها برنامه‌نویسان را قادر می‌سازند تا ابزارهای خود را برای کارایی بیشتر اضافه کرده یا سفارشی‌سازی کنند.

• پایگاه‌های داده − پایتون رابط‌هایی را برای تمامی پایگاه‌های داده تجاری عمده فراهم می‌کند.

• برنامه‌نویسی GUI − پایتون از برنامه‌های کاربردی GUI پشتیبانی می‌کند که می‌توانند ساخته شده و به بسیاری از فراخوان‌های سیستمی، کتابخانه‌ها و سیستم‌های پنجره‌ای مانند Windows MFC ،Macintosh و سیستم X Window در Unix منتقل شوند.

• مقیاس‌پذیر − پایتون ساختار و پشتیبانی بهتری را برای برنامه‌های بزرگ نسبت به اسکریپت‌نویسی شل ارائه می‌دهد.

ویژگی‌های مهم پایتون

اکنون ویژگی‌های مهم زیر در پایتون را در نظر بگیرید −

• از روش‌های برنامه‌نویسی تابعی و ساختاریافته و همچنین برنامه‌نویسی شیءگرا (OOP) پشتیبانی می‌کند.

• می‌تواند به عنوان یک زبان اسکریپت‌نویسی استفاده شود یا برای ساخت برنامه‌های بزرگ به بایت‌کد (byte-code) کامپایل شود.

• انواع داده‌های پویا و بسیار سطح بالا را ارائه می‌دهد و از بررسی نوع پویا پشتیبانی می‌کند.

• از مدیریت خودکار حافظه (automatic garbage collection) پشتیبانی می‌کند.

• می‌تواند به راحتی با C ،C++ ،COM ،ActiveX ،CORBA و Java ادغام شود.

نصب پایتون

توزیع پایتون برای تعداد زیادی از پلتفرم‌ها در دسترس است. شما فقط باید کد باینری مربوط به پلتفرم خود را دانلود کرده و پایتون را نصب کنید.

اگر کد باینری برای پلتفرم شما موجود نیست، برای کامپایل دستی سورس‌کد به یک کامپایلر C نیاز دارید. کامپایل کردن سورس‌کد انعطاف‌پذیری بیشتری از نظر انتخاب ویژگی‌های مورد نیاز در نصب به شما می‌دهد.

در اینجا یک مرور سریع بر نصب پایتون در پلتفرم‌های مختلف آورده شده است −

نصب در Unix و Linux

برای نصب پایتون در دستگاه Unix/Linux این مراحل را دنبال کنید.

• یک مرورگر وب را باز کرده و به آدرس https://www.python.org/downloads بروید.

• لینک دانلود سورس‌کد فشرده‌شده موجود برای Unix/Linux را دنبال کنید.

• فایل‌ها را دانلود کرده و از حالت فشرده خارج کنید.

• اگر می‌خواهید برخی گزینه‌ها را سفارشی‌سازی کنید، فایل Modules/Setup را ویرایش کنید.

• اسکریپت configure/. را اجرا کنید.

• دستور make را اجرا کنید.

• دستور make install را اجرا کنید.

این کار پایتون را در مسیر استاندارد usr/local/bin/ و کتابخانه‌های آن را در مسیر usr/local/lib/pythonXX/ نصب می‌کند که در آن XX نسخه پایتون است.

نصب در Windows

برای نصب پایتون در دستگاه Windows این مراحل را دنبال کنید.

• یک مرورگر وب را باز کرده و به آدرس https://www.python.org/downloads بروید.

• لینک مربوط به فایل نصب‌کننده ویندوز python-XYZ.msi را دنبال کنید که در آن XYZ نسخه‌ای است که باید نصب کنید.

• برای استفاده از این فایل نصب‌کننده python-XYZ.msi، سیستم ویندوز باید از Microsoft Installer 2.0 پشتیبانی کند. فایل نصب‌کننده را در دستگاه محلی خود ذخیره کرده و سپس آن را اجرا کنید تا متوجه شوید که آیا دستگاه شما از MSI پشتیبانی می‌کند یا خیر.

• فایل دانلود شده را اجرا کنید. این کار ویزارد نصب پایتون را باز می‌کند که استفاده از آن بسیار آسان است. فقط تنظیمات پیش‌فرض را بپذیرید و منتظر بمانید تا نصب تمام شود.

نصب در Macintosh

اگر از Mac OS X استفاده می‌کنید، توصیه می‌شود برای نصب Python 3 از Homebrew استفاده کنید. این یک نصب‌کننده پکیج عالی برای Mac OS X است و استفاده از آن بسیار آسان است. اگر Homebrew را ندارید، می‌توانید آن را با استفاده از دستور زیر نصب کنید −

$ ruby -e "$(curl -fsSL
https://raw.githubusercontent.com/Homebrew/install/master/install)"

می‌توانیم مدیریت پکیج را با دستور زیر به روز رسانی کنیم −

$ brew update

اکنون دستور زیر را برای نصب Python3 روی سیستم خود اجرا کنید −

$ brew install python3

تنظیم PATH

برنامه‌ها و سایر فایل‌های اجرایی می‌توانند در دایرکتوری‌های متعددی باشند، بنابراین سیستم‌عامل‌ها یک مسیر جستجو (search path) ارائه می‌دهند که دایرکتوری‌هایی را که سیستم‌عامل برای فایل‌های اجرایی جستجو می‌کند فهرست می‌کند.

این مسیر در یک متغیر محیطی (environment variable) ذخیره می‌شود که یک رشته نام‌گذاری شده است و توسط سیستم‌عامل نگهداری می‌شود. این متغیر حاوی اطلاعاتی است که در دسترس شل دستورات (command shell) و سایر برنامه‌ها قرار دارد.

متغیر مسیر در Unix به صورت PATH و در Windows به صورت Path نام‌گذاری می‌شود (Unix به حروف کوچک و بزرگ حساس است؛ Windows حساس نیست).

در Mac OS، نصب‌کننده جزئیات مسیر را مدیریت می‌کند. برای فراخوانی مفسر پایتون از هر دایرکتوری خاص، باید دایرکتوری پایتون را به مسیر خود اضافه کنید.

تنظیم مسیر در Unix/Linux

برای اضافه کردن دایرکتوری پایتون به مسیر برای یک نشست (session) خاص در Unix −

• در شل csh

  عبارت setenv PATH "$PATH:/usr/local/bin/python" را تایپ کرده و کلید Enter را فشار دهید.

• در شل bash (در Linux)

  عبارت export ATH = "$PATH:/usr/local/bin/python" را تایپ کرده و کلید Enter را فشار دهید.

• در شل sh یا ksh

  عبارت PATH = "$PATH:/usr/local/bin/python" را تایپ کرده و کلید Enter را فشار دهید.

توجه − مسیر usr/local/bin/python/ همان مسیر دایرکتوری پایتون است.

تنظیم مسیر در Windows

برای اضافه کردن دایرکتوری پایتون به مسیر برای یک نشست خاص در Windows −

• در خط فرمان (command prompt) − عبارت path %path%;C:\Python را تایپ کرده و کلید Enter را فشار دهید.

توجه − مسیر C:\Python همان مسیر دایرکتوری پایتون است.

اجرای پایتون

اکنون راه‌های مختلف اجرای پایتون را بررسی می‌کنیم. این روش‌ها در ادامه شرح داده شده‌اند −

مفسر تعاملی (Interactive Interpreter)

ما می‌توانیم پایتون را از Unix ،DOS یا هر سیستم دیگری که یک مفسر خط فرمان یا پنجره شل را در اختیار شما قرار می‌دهد، شروع کنیم.

• عبارت python را در خط فرمان وارد کنید.

• بلافاصله کدنویسی را در مفسر تعاملی شروع کنید.

$python # Unix/Linux

یا

python% # Unix/Linux

یا

C:> python # Windows/DOS

در اینجا لیستی از تمام گزینه‌های موجود در خط فرمان آمده است −

اسکریپت از طریق خط فرمان

یک اسکریپت پایتون را می‌توان با فراخوانی مفسر روی برنامه خود در خط فرمان اجرا کرد، مانند موارد زیر −

$python script.py # Unix/Linux

یا،

python% script.py # Unix/Linux

یا،

C:> python script.py # Windows/DOS

توجه − مطمئن شوید که حالت مجوز فایل اجازه اجرا را می‌دهد.

محیط توسعه یکپارچه (IDE)

اگر در سیستم خود یک برنامه کاربردی GUI دارید که از پایتون پشتیبانی می‌کند، می‌توانید پایتون را از یک محیط رابط کاربری گرافیکی (GUI) نیز اجرا کنید.

• Unix − محیط IDLE اولین IDE در یونیکس برای پایتون است.

• Windows − محیط PythonWin اولین رابط ویندوز برای پایتون است و یک IDE با رابط کاربری گرافیکی به شمار می‌رود.

• Macintosh − نسخه مکینتاش پایتون به همراه IDLE IDE از وب‌سایت اصلی در دسترس است و به صورت فایل‌های MacBinary یا BinHex'd قابل دانلود است.

اگر نتوانستید محیط را به درستی راه‌اندازی کنید، می‌توانید از مدیر سیستم (sys admin) خود کمک بگیرید. مطمئن شوید که محیط پایتون به درستی راه‌اندازی شده و کاملاً درست کار می‌کند.

همچنین می‌توانیم از پلتفرم دیگری برای پایتون به نام Anaconda استفاده کنیم. این پلتفرم شامل صدها پکیج محبوب علوم داده و مدیریت پکیج و محیط مجازی conda برای Windows ،Linux و MacOS است. می‌توانید آن را با توجه به سیستم‌عامل خود از لینک https://www.anaconda.com/download/ دانلود کنید.

برای این آموزش، ما از نسخه پایتون 3.12.1 در MS Windows استفاده می‌کنیم.