【初心者向け】 WindowsでPythonの開発環境を構築

2023年11月5日2023年11月7日

この記事では，初心者に向けてPythonの開発環境を構築する手順を記載しています．

対象読者

初学者にとっては，独学で自分ルールを作ることはあまり推奨できません．経験豊富なプログラマが利用している開発環境に習うべきです．（社内で開発環境やツールの共通化する目的もあり，この記事を作成しました．）

すなわち，この記事は次のような特性の方に向けた記事です．

プログラミング経験が浅い
開発環境？なにそれ？
WindowsでPythonの開発環境を作成したい

この記事では，Pythonの構文などには触れず，Pythonがスムーズに開発できる環境の構築をゴールとしています．

初心者向けの開発環境とは？

有償ツールは初心者にとって大きなハードルです．また，コマンドラインはなじみがないかもしれません．複数のPythonやパッケージが存在すると，競合リスクは高まります．

よって，初心者に向けて重要視した項目は下記の通りです．

無償のIDEである点　→　VSCode
デバッグツールが使いやすい点　→　VSCode
バージョンやパッケージ競合のリスクを低減できること　→　venv
コーディング規約の制定　→　VSCode

また，他ツールとの連携（Git）や将来性も考慮すると，現状ではVSCodeが最も有用なツールと思います．

Pythonの開発環境の構築

Pythonのインストール

下記URLにアクセスします．

https://www.python.org/downloads/windows/

下記のような画面が表示されるので，適当なバージョンのPythonのインストーラーをダウンロードします．ここでは，Python 3.12.0を対象とします．

インストーラーを実行し，インストールを開始します．[Install Now]をクリックし，インストールを開始します．

[Use admin privileges when installing py.exe]と[Add python.exe to PATH]にチェックは入れないようにします．

インストール中は下記のような画面が表示されるので，しばらく待ちます．

しばらく待つと，インストールが完了し，次の画面が表示されます．

ここで，[Disable path length limit]という表示が現れるため，これをクリックしこのオプションを有効化します．

[Disable path length limit]オプションは，WindowsのファイルシステムであるNTFSにおける最大パス長制限（通常は260文字）を無効にすることを許可します．これにより，より長いファイルパス名を使用できるようになり，特に深いディレクトリ構造を持つプロジェクトや，長いパス名が必要なツールで問題が発生するのを防ぐことができます．このオプションを有効にすると，Pythonや他のアプリケーションで扱うファイルのパスが260文字を超える場合にも，エラーが発生しにくくなります。

[Disable path length limit]をクリックすると，許可を求められるため「はい」をクリックします．

下記の画面が表示されると，Pythonのインストールが完了です．

Pythonが正常にインストールされている場合，WindowsスタートメニューにPythonが追加されます．

このままでも，Pythonは使用可能ですが，より使いやすくするためにVSCodeをインストールします．

VSCodeのインストール

VSCodeの公式サイト（下記URL）にアクセスし，インストーラーをダウンロードします．

https://code.visualstudio.com/download

基本的にデフォルト設定で「次へ」を押下してインストールを続けます．

コンテキストメニューに「Codeで開く」を表示するとは？

下記のように右クリックメニュー（コンテキストメニュー）で「Codeで開く」というコマンドが表示されるようになります．

これによって，直接フォルダやファイルからVSCodeを開くことができるので便利になります．

「インストール」ボタンをクリックするとインストールが始まるので，しばらく待ちます．

次のような画面が表示されたらインストール完了です．

VSCodeの拡張機能のインストール

Python向け拡張機能の導入

Python用の拡張機能を導入します．

VSCodeにPython拡張機能を追加すると，コードの自動補完，エラーチェック，整形，デバッグ支援などが利用でき，コーディングが簡単で効率的になります．

拡張機能のボタン（下記１）をクリックし，”Python”を検索します．Mircosoft製のPythonという拡張機能を”Install”ボタンをクリックし，インストールします．

Linterの拡張機能

Linterとして，Flake8を導入します．

Linterはソフトウェア開発で使用されるツールで，プログラミング時の誤りやコードの一貫性などをチェックし，より読みやすく，保守しやすいコードの作成を支援します．Flake8はその中でも高機能なツールで，Pythonのコーディング規約に準拠しているかを評価するだけでなく，コードの複雑さを測定し，潜在的なエラーを事前に警告する機能を持っています．Flake8は，シンプルながらも強力なチェック機能で，コードの品質を効率的に向上させることができます．

拡張機能のボタン（下記１）をクリックし，”flake”を検索して”Flake8″をインストールします．

コード整形の拡張機能

コード整形の拡張機能として，Black Formatterを導入します．

コードの整形は読みやすさ、保守性，そして協力性を高めるために不可欠です．整形されたコードは，エラーの発見を容易にし，新しい開発者がプロジェクトに参加する際の理解を助けます．コードの一貫性を保つことは，長期的なプロジェクトの成功に直結します．簡潔であることは，これらの目標を達成するために必要です．

コード整形を大切にすることは，きれいに整理された書棚やクローゼットに似ています．整頓された書棚では，必要な本をすぐに見つけることができ，クローゼットでは服を選びやすくなります．同様に，整形されたコードは，必要な情報や機能を迅速に特定し，理解しやすくすることができます．

初心者の方は，このような整然とした環境で学習することで，プログラミングの基本を効果的に掴むことができるでしょう．

拡張機能のボタン（下記１）をクリックし，”black”を検索して”Black Formatter”をインストールします．

エラーを見やすくする拡張機能

Linterでプログラムにエラーが見つかった場合，赤色や黄色の波線で警告が表示されます．赤色はエラーなどの致命的なもので，黄色は変更を推奨する警告です．

波線が表示されるだけではエラーの内容は表示されません（波線にマウスオーバーすると内容が表示されます）．

下図のように一目でエラー内容が見えるようにするために拡張機能を導入します．

エラー内容を見やすくする拡張機能であるError Lensを導入します．

プログラム（プロジェクト）の作成

ここからは実際にプログラムを書いてみます．

問題

ここでは，次のような問題を考えます．

問題

次の連立方程式の解を求めよ．

\[ \begin{align*} 2x + 3y – z &= 7 \\ 4x – y + 5z &= 10 \\ -2x + 4y + 2z &= 2 \end{align*} \]

解：

\[ \begin{align*} x &= 2.0178571428571 \\ y &= 1.1964285714286 \\ z &= 0.625 \end{align*} \]

プロジェクトの作成および仮想環境の構築

フォルダの作成

プロジェクトとして特定のフォルダを作成し，そのフォルダをVSCodeで開きます．

まず，[Open Folder]でフォルダを選択します．ここでは，[python_test]というフォルダを作成し，選択しています．

次のような確認画面が出る場合がありますが，[Yes, I trust the authors]をクリックします．

フォルダの中身は空なので，まずはPython用のファイル（main.py）を作成します．

仮想環境の構築

プログラムを書く前に仮想環境の構築を行います．

なぜ仮想環境が必要か？

Pythonのプロジェクトでは，様々な外部ライブラリやフレームワーク（パッケージ）を使用しますが，これらのパッケージはそれぞれ異なるバージョンを持っています．

例えば，プロジェクトAがパッケージのバージョン1を必要とし，プロジェクトBが同じパッケージのバージョン2を必要とする場合，これらを同じ環境で実行しようとするとバージョンの衝突が起こります．

仮想環境（venv）を使うことで，プロジェクトごとに異なるバージョンのパッケージを別々にインストールし，依存関係の衝突を防ぐことができます．

1. Pythonのバージョンを確認＆設定

右下の「Python x.x.x」をクリックすると，Python環境を選択できます．ここで，Python 3.12.0のみインストールしているため，ひとつのバージョンのみ表示されていますが，複数の環境がインストールされている場合，複数表示されます．

2. Terminalを開く

[Ctrl] + [J]（もしくはメニューバーから[Terminal] > [New Terminal]）でターミナルを開きます．

3. 仮想環境の構築

仮想環境構築のため，下記コマンドをTerminalで入力します．

このコマンドでは，.myvenvという仮想環境を作成しています．また，py -3.12 ...は設定済みPythonのバージョンとしてください．


py -3.12 -m venv .myvenv

仮想環境が作成されると，その仮想環境の設定等が.myvenvというフォルダが作成されます．

作成されたらexitを入力して，Terminalを閉じます．

4. 仮想環境の利用

次は，エディタ側の設定です．先ほどPythonの環境を選択したように，仮想環境（.myenv）をVSCode上で設定するために，右下から選択します．これを行わないと仮想環境の設定がエディタに反映されません．

プログラムの作成と実行

コードを作成

まずは，問題を解くためのプログラムを作成します．

main.py


import numpy as np


def main():
    # 係数行列
    A = np.array([[2, 3, -1], [4, -1, 5], [-2, 4, 2]])
    # 定数ベクトル
    b = np.array([7, 10, 2])
    # 連立方程式の解
    solution = np.linalg.solve(A, b)
    print("解は x = {:.2f}, y = {:.2f}, z = {:.2f}".format(*solution))


if __name__ == "__main__":
    main()