【図解】PyTorchを簡単にインストールするには？バージョン指定も解説

PyTorchとは

PyTorchとは、Python用の深層学習用のフレームワークソフトウェアです。Numpyに近い操作性とシンプルな構文、そして機械学習に不可欠なGPUサポートを備えており、各種クラウドサービスにも対応しているなど高い利便性を備えています。

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Pythonによる機械学習では、TensorFlowも人気の高いフレームワークです。TensorFlowとPyTorchではどのような点が違うのでしょうか。

TensorFlowは機械学習モデルの可視化に優れている他、対応する言語が幅広く、他の言語での読み込みを可能にするシリアル化に対応しています。また、歴史が長いフレームワークであるためコミュニティが充実しており、情報を探しやすいのもメリットです。

PyTorchはPythonのネイティブサポートがあるため、Pythonエンジニアにとっては学習コストがTensorFlowと比べて低くなります。また、動的なグラフ作成、スムーズで手間のかからないデバッグ機能などが備わっています。

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GPUはGraphics Processing Unitの略称で、主にコンピューターグラフィックスの演算に使われる画像処理装置ですが、画像処理を行うはずのGPUがなぜ機械学習で活用されるのか、疑問に思う方も多いのではないでしょうか。

通常、グラフィック以外の計算はCPUが処理しています。CPUは1つのタスクを1つずつ順番に処理するため、複雑な計算を高速かつ直列的に処理することを得意としています。これに対して、GPUは並列処理の能力に長けていて、単純な計算を並列して複数処理することができます。機械学習では、単純な行列計算を並列的に処理する必要があるため、GPUの並列処理能力が重要な役割を担っているのです。

そのため、機械学習を行う場合はGPU性能の高いPCを選択しましょう。AWSやAzureなどのクラウドプラットフォームを利用して、GPUに特化した仮想マシンを調達するのも1つの方法です。

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PyTorchのインストール方法

この 記事 で は 、 例 と し て Windows 11 に インストール する 方法 に つい て 解説 し ます 。 Linux や MAC など 、 他 の OS に インストール する 場合 は 適宜 読む 替える て 実施 し て ください 。

Windows11でPyTorchを使用するには、前提としてPython3がインストールされている必要があります。インストールされていない場合は、まずPython3をインストールしましょう。なお、Python2はサポートされていません。

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Windows11でPyTorchを使用するには、CUDAやWindows MLの導入が必要ですが、これらの導入には前提としてVisual Studioをインストールする必要があります。

Visual Studioは、Windowsだけでなく様々なプラットフォームのアプリケーションを開発することのできる統合開発環境です。Visual Studioをインストールするには、まず公式ページにアクセスします。

【参考】Microsoft 公式-Windows 開発用のダウンロードとツール

Visual studio に は 、 無償 版 と 有償 版 が あり ます が 、 今回 は 無償 版 の 「 Community 」 の 「 無料 ダウンロード 」 リンク を クリック し ます ( ① ) 。 Visual studio Community の ページ に 遷移 する の で 、 セットアップ ファイル を 任意 の 場所 に ダウンロード し て 、 ( ② ） ダウンロード し た セットアップ ファイル を 実行 する と 、 インストール が 自動 的 に 実行 さ れ ます ( ③ 、 ④ ) 。

【図】Visual Studio のダウンロード

【 図 】 Visual studio の インストール

GPU を 有効 活用 する ため に は 、 GPU 環境 で 動作 する 開発 環境 is 必要 が 必要 です 。 GPU メーカー で ある NVIDIA 社 が 提供 し て いる CUDA is 提供 は 、 GPU の 演算 能力 を 画像 処理 以外 の 用途 で 利用 する GPGPU と 呼ぶ れる 汎用 化 GPU を 利用 し た 統合 開発 環境 を 提供 し て い ます 。

PyTorchもCUDAに対応しているのでインストールしましょう。まずは、インストールするPyTorchのバージョンを確認し、対応するCUDAのバージョンを確認します。指定されているバージョン以外をインストールすると、動作不良を起こす場合がありますので必ず確認しましょう。

続いて、NVIDIA公式ページからインストーラーをダウンロードします。OS・ビルド・バージョン・インストーラータイプを選択したら、画面下部の「Download」ボタンをクリックするとダウンロードが開始されます（①）。

【参考】NVIDIA公式-CUDA Toolkit ダウンロード

ダウンロードしたインストーラーを起動し、展開先ディレクトリを指定して「OK」をクリックするとファイルが展開され、インストールウィザードが開始されます（②③）。ライセンス条項に同意し、インストールオプションで「高速」を選択肢して「次へ」を押すとインストールが開始されます（④⑤⑥）。

【図】CUDAのダウンロード

【図】CUDAのインストール

Windows MLはWindows Machine Leaningの略称で、Windows上で機械学習を行うためのAPIを提供するプラットフォームです。

Windows MLを利用するには、Windows SDKが必要です。Windows SDKは下記のページにアクセスして「インストーラーをダウンロードする」をクリックし、ダウンロードされたexeファイルを実行します（①）。

【参考】Windows SDK

【図】Windows SDKのダウンロード

ダウンロード し た インストーラー を 起動 する と 、 インストール ウィザード is 開始 が 開始 さ れ ます 。 特別 な 要件 が なけれ ば デフォルト 設定 で インストール し ます ( ③ 〜 ⑨ ) 。

【図】Windows SDKのインストール-1

【図】Windows SDKのインストール-2

pytorch を インストール する ため の パッケージ マネージャー と し て 、 Anaconda を 利用 し ます 。 Anaconda is 環境 は 、 python に よる 開発 を 行う ため の 統合 開発 環境 です 。 anaconda を ダウンロード 、 インストール する に は 以下 の URL に アクセス し ます 。

【参考】Anaconda公式

トップ ページ から 「 download 」 ボタン を クリック し 、 ダウンロード さ れ た ファイル を 実行 する と 、 インストール ウィザード is 起動 が 起動 し ます ( ① ) 。 特別 な 要件 が なけれ ば デフォルト の 設定 で インストール し ます ( ② ~ ⑧ ) 。

【図】Anacondaのダウンロード

【図】Anacondaのインストール-1

【図】Anacondaのインストール-2

最後 に 、 pytorch を インストール し ます 。

【参考】Microsoft公式-コンピューターに PyTorch をインストールして構成する

まず、PyTorchの公式サイトにアクセスします。

【参考】PyTorch公式

トップページで「INSTALL PYTORCH」までスクロールします（①）。「PyTorch Build」では、インストールするバージョンを指定します。特にこだわりがなければ安定版である「Stable」を選択しましょう（②）。「Your OS」では、インストールする端末のOSを選択しますが、今回はWindowsを選択します（③）。

「 package 」 で は 、 pytorch の インストール に 利用 する パッケージ マネージャー を 選択 し ます 。 Windows で あれ ば 「 conda 」 が 推奨 さ れ て い ます の で 、 今回 は 「 conda 」 を 選択 し て い ます ( ④ ) 。 「 Language 」 で は 、 pytorch で 使用 する プログラミング 言語 を 選択 し ます 。 今回 は 、 python を 選択 し ます ( ⑤ ) 。 「 cuda 」 で は 、 CUDA の バージョン を 指定 し ます 。 インストール し た CUDA の バージョン を 選択 し ましょう （ ⑥ ) 。

【図】PyTorchのインストール

項目 を すべて 選択 し たら 、 「 RUN This command 」 に 適切 な インストール コマンド is 表示 が 表示 さ れ ます ( ⑦ ) 。

このコマンドを開発環境で実行すれば、インストールが開始されます。

pytorch の チュートリアル で 学習 の 第 一 歩 を 踏む 出す ましょう

pytorch は インストール だけ で も 複数 の ソフトウェア や 機能 の 利用 が 前提 と なっ て おり 、 複雑 です 。 今回 は インストール に のみ 絞る て 解説 し まし た が 、 pytorch で は 、 公式 で 充実 し た チュートリアル is 用意 が 用意 さ れ て い ます 。

【参考】PyTorch公式-WELCOME TO PYTORCH TUTORIALS

まず は チュートリアル の 中 から 興味 を 持つ た 項目 を 試す て み ましょう 。

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