Google Colab 教學 (1)｜Python 雲端開發環境安裝與快速導覽
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無論您是對探索機器學習感興趣，或是渴望獲得額外計算能力的機器學習專家，Google Colab 都是您最完美的解決方案。
Colab (全名為「Colaboratory」)，是 Google Research 所推出的一項產品。它是一個基於 Jupyter Notebook 的雲端開發環境，可以讓你透過瀏覽器編寫及執行 Python 程式碼，也可以進行資料分析及機器學習的工具，無須任何設定即可使用，並免費存取 GPU 等運算資源。同時連接到強大的 Google Cloud Platform 運行時，可以輕鬆地與他人共享您的工作並一起協同合作。
Colab 具有以下優點：
- 不必進行任何設定即可輕鬆上手使用雲端開發環境
- 不用安裝即可使用 Python 編寫和執行代碼
- 免費使用高規格的 GPU 及 TPU
- 輕鬆建立/上傳/共享筆記本(notebooks)
- 輕鬆導入外部數據集，例如 Kaggle
- 整合 TensorFlow、Keras、PyTorch、OpenCV
Colab 可搭配大多數常用的瀏覽器使用，並且在最新版的 Chrome、Firefox 和 Safari 上均經過完整測試。無論你是學生、資料科學家或是 AI 研究人員，Colab 都能讓你的工作事半功倍！
1.如何開始使用？
兩種常見方式都可以輕鬆開始使用 Colab。
方法 1. Google “colab” 或 “colaboratory”
點擊 Colab 網址後，可選擇在 Google 雲端硬碟 新增筆記本(notebook)或是從 GitHub 導入筆記本，亦可從本機端上傳。
進入後的編輯畫面如下，使用細節會另外介紹。如果你已經有 Jupyter Notebook 經驗的使用者，應該對此介面不陌生。
建立新的記事本後，會在 Google雲端硬碟當中建立 「Colab Notebooks」的資料夾，方便管理所有筆記本。
方法 2. 在 Google 雲端硬碟中安裝 Colaboratory 應用程式 (建議)
另外一個方法可以在 Google 雲端硬碟中，點擊左上角新增或是滑鼠右鍵來新增連結應用程式。
在 Google Workspace Marketplace 當中搜尋 “colab” 或 “colaboratory”。
點擊 “Colaboratory” 並進行「安裝」。
安裝時「Colaboratory」會需要您的授權安裝，點選繼續後即可。成功安裝後同時會連結到您的 Google 雲端硬碟。
解除安裝同樣很簡單。到 Google Workspace Marketplace 當中搜尋 “colab”，然後選擇「解除安裝」即可。
這時候在雲端硬碟中按滑鼠右鍵後就會出現「Google Colaboratory」選項，以後使用就變得很方便了。
2.開始使用 Google Colab
Colab 筆記本是由 Colab 代管的 Jupyter 筆記本。其互動式環境，可讓使用者撰寫和執行程式碼。
建立及使用細節可參考下面這篇文章，這裡先做快速導覽。
舉例來說，以下是簡短的 Python 程式碼儲存格，可進行運算，同時將值儲存至變數中並列印運算結果。
你可以利用變數{x}功能，查看程式碼中變數值的資訊。
在一個儲存格中定義的變數之後亦可用於其他儲存格。
Colab 筆記本也可以讓你在單一文件中結合可執行的程式碼和附帶圖片、HTML、LaTeX 等其他格式的內容。而你所建立的 Colab 筆記本會儲存到你的 Google 雲端硬碟帳戶中。
Colab 筆記本具備共用功能，就像 Google 試算表或 Google 文件一樣，只要按一下 Colab 筆記本右上方的 [共用] 按鈕，就可以輕鬆地將 Colab 筆記本與其他人共用，並讓他們在筆記本上加上註解或進行編輯。與他人共用筆記本時，筆記本的全部內容 (文字、程式碼、輸出內容和註解) 都會一起共用。
3.資料科學 (Data science)
Colab 可讓你充分利用 Python 熱門函式庫(Library)的強大功能，對資料進行分析並以視覺化方式呈現。下方的範例程式碼使用 numpy 來產生一些隨機性資料，並透過 matplotlib 將這些資料視覺化。
你也可以利用 Colab 內建的函式庫來建立互動式資料視覺化。
4.機器學習 (Machine Learning)
您可以充分運用 Google 硬體的強大效能 (包括 GPU 和 TPU)來進行機器學習，而不必在意自己的電腦效能如何，因為你只要使用瀏覽器就可以完成機器學習的探索。
5.使用 GPU/TPU
若想要使用 GPU 或 TPU，可以在選單點擊【執行階段】→【變更執行階段類型】後會出現如下方畫面，讀者可以試試看選擇GPU來執行程式。通常在執行大量數據的資料科學或機器學習專案時，比較會有明顯的效能差異，不過讀者還是可以試玩看看。
6.資源限制
Colab 目前主要支援 Python 及其第三方工具生態系統。同時不再支援 Python 2 這個版本，因為是免付費的提供運算資源，所以在GPU類型或執行生命周期等資源上會有一些限制，對一般人其實已經足夠，但對有較高資源需求的用戶，可以考慮 Colab Pro 和 Pro+方案。
7.為筆記本增添動畫樂趣
對於貓狗愛好者可以在 Colab 設定功能中，【設定】→【其他】增加動畫效果。
除了柯基犬(Corgi)模式及貓咪(Kitty)模式外，最新版本還增加了螃蟹(Crab)模式。設定完後貓狗及螃蟹就可以陪你一起寫程式囉！
Google Colab 功能還有很多，下一篇將教大家如何建立自己的第一個 Colab雲端筆記本並開始撰寫 Python 程式碼。
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By Steven Lo (IG：@kwangchih)
