ChatGPTで自動でPythonプログラムを生成し検証する方法

2023年12月28日2024年10月12日

この記事は 2 分で読めます。

概要

本記事では、ChatGPTを利用してPythonプログラムを自動的に生成する方法を紹介し、さらにそのコードを「Jupyter Notebook」で検証する手順を詳しく解説します。特に「ChatGPT」「Python」「コード生成」というキーワードに焦点を当て、最新の技術や手法も取り入れつつ、効率的にプログラムを作成する方法を解説します。

管理人

本記事の読者層は以下の方を想定しています。

本記事の読者層

ChatGPTを活用してPythonのコードを学びたい方
作業効率を向上させたいプログラマー
プログラム教育の一環としてPythonの自動コード生成に興味を持つ方

ChatGPTとPythonの背景

Pythonは、初学者からエキスパートまで幅広く使われるプログラミング言語であり、特にデータ分析や人工知能、ウェブ開発などに強みを持っています。近年では、AIがプログラムを書くサポートをする「コード生成ツール」が普及しており、その中でも「ChatGPT」が注目を集めています。

ChatGPTは自然言語での指示に基づき、Pythonコードを生成できますが、それだけでなく、生成されたコードの意図や手順についても解説してくれるため、初心者でも理解しやすいです。特に、複雑な手続きやアルゴリズムを自動で書き上げることができるため、作業効率が飛躍的に向上します。

本記事では、OpenAIを利用してプログラムを作成し、Jupyternotebookを利用してpythonプログラムを実行します。

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ChatGPTでのPythonコード生成

それでは実際に、ChatGPTを使用してPythonのコードを生成し、その検証手順について紹介します。

実例1:基本的な加算プログラムの生成

１から20までの整数を足すプログラムを考えてほしいとChatGPTへ命令を出してみました。すると以下のような答えが返ってきます。

このコードは非常にシンプルで、forループを使って1から20までの整数を順に加算していくものです。生成されたコードは即座に「Jupyter Notebook」に貼り付けて実行できます。

実行結果：

total = 0

for i in range(1, 21):
    total += i

print("1から20までの整数を足した結果は:", total)

このように、ChatGPTで生成したコードは、正確かつ即座に目的を達成するものであり、作業効率を大幅に高めることができます。

これをJupyterに張り付けて計算させると以下のように「答えは210」と出てくる。

結果はなかなか優秀ですね。

実例2:円周率の近似値を求めるプログラムの生成

次に、より複雑なプログラムとして、ChatGPTに「円周率を求めるプログラムを書いてください」と依頼します。以下のコードが返ってきました。

def calculate_pi(iterations):
    pi_estimate = 0
    for i in range(iterations):
        numerator = (-1) ** i
        denominator = 2 * i + 1
        pi_estimate += numerator / denominator

    pi_estimate *= 4
    return pi_estimate

# 例として10000回のイテレーションを使用して円周率を計算
iterations = 10000
result = calculate_pi(iterations)

print(f"円周率の推定値（{iterations}回のイテレーション）: {result}")

このコードは、ライプニッツの公式を使用して円周率を近似するものです。イテレーション回数を増やすことで、より正確な円周率を得ることができます。

実行結果：

定量的な結果の分析

この例では、イテレーション回数を増やすごとに、円周率の近似値がより精密になっていく様子が確認できます。以下は、異なるイテレーション回数ごとの結果です。

円周率の推定値100回のシュミレーション3.1315929035585537

円周率の推定値1000回のシュミレーション:3.140592653839794

円周率の推定値10000回のシュミレーション:3.1414926535900345

円周率の推定値100000回のシュミレーション:3.1415826535897198

円周率の推定値1000000回のシュミレーション:3.1415916535897743

円周率の推定値10000000回のシュミレーション: 3.1415925535897915

注意点
今回はライプニッツの公式（2項定理）を利用して、10^8回までの結果を試した。10^n回で小数点nまで計算できそうです。

このように、計算回数を増やすことで、結果が円周率の「3.14159」に非常に近づいていることがわかります。計算の精度は、イテレーション数に比例して向上しますが、計算時間も長くなるため、適切なバランスを考慮することが重要です。

ChatGPTとPythonを活用するメリット

ChatGPTを使用することで、次のような利点があります。

スピード: 簡単なコードであれば、瞬時に生成され、すぐに実行できます。
正確性: 人間が手動でコードを書いた場合に比べて、ケアレスミスが少なく、コードの品質も安定しています。
学習支援: プログラムの構造やアルゴリズムをChatGPTが自然言語で解説してくれるため、初心者でも理解しやすい。
柔軟性: ユーザーの指示に従い、さまざまなプログラムの構造やアルゴリズムを生成可能

注意点

ChatGPTを利用してプログラムを生成する際、以下の点に注意する必要があります。

コードの最適化: 生成されたコードは一度実行してみて、その後最適化が必要な部分があれば修正を加えることが重要です。
テストとデバッグ: ChatGPTで生成されたコードも、人間によるテストとデバッグが必要です。すべてのコードが完全にエラーなく動作するとは限りません。
依存関係の確認: 特定のライブラリやモジュールを使用する場合、ChatGPTがそのインポート文を自動的に挿入しないことがあるため、手動で確認が必要です。