(ch01-learn-python-with-ai)=
# 第1章 AIと一緒にPythonを学ぶ

この章では、本書の進め方を決めます。
使う道具、AI に任せる範囲、読者自身が確かめる範囲、そして最後に何ができあがるのかを先に共有します。
手を動かすのは次の章からです。
ここではまず全体像を見ます。

## 1.1 この本で学ぶこと

本書で学ぶのは、次の4つを組み合わせてプログラムを作る手順です。

- **Ubuntu の端末**: コマンドを打ってコンピュータに指示を出す場所です。
- **AI 開発エージェント**: 端末の中で動き、ファイルを作ったり書き換えたりする AI です。
- **uv**: Python 本体とパッケージをまとめて管理する道具です。
- **Python**: 本書で書くプログラミング言語です。

**Ubuntu** は、Windows や macOS と同じ基本ソフト（OS）の仲間です。
Linux と呼ばれる種類のひとつで、無料で使えます。
新しいパソコンを買う必要はありません。用意のしかたは 1.6 と第2章で扱います。

図1-1が、4つの関係です。

```{d2}
:alt: フロントマシン（Windows / macOS）の端末アプリから Ubuntu につなぎ、その中で AI 開発エージェントがコードを書き、uv が用意した Python がそれを動かすという関係の図。
:width: 60%
:align: center

direction: down

front: "フロントマシン\nWindows / macOS" {
  style.fill: "#f1f3f4"
  term: "端末アプリ" {
    style.fill: "#ffffff"
  }
}

ubuntu: "Ubuntu（基本ソフト）" {
  style.fill: "#e8f0fe"
  agent: "AI 開発エージェント\nコードを書く" {
    style.fill: "#fef7e0"
  }
  uv: "uv\nPython と道具を用意する" {
    style.fill: "#fef7e0"
  }
  py: "Python\nプログラムを動かす" {
    style.fill: "#e6f4ea"
  }
}

front.term -> ubuntu: "つないで操作する"
ubuntu.uv -> ubuntu.py: "用意する"
ubuntu.agent -> ubuntu.py: "コードを書く"
```

{.caption-center}
図1-1: 本書で使う4つの道具の関係

この4つは、それぞれ第2章から第5章で順に用意します。
いまは名前だけ見えていれば十分です。

学ぶ内容の中心にあるのは、Python の文法そのものではありません。
文法は必要な分だけ第2部で扱います。
本書が繰り返し練習するのは、**AI が書いたコードを自分で確かめて、自分で変える手順**です。

読み終えたときの到達点は、次の状態です。

- 端末で Python のプログラムを作って実行できる
- AI に依頼して生成されたコードを、行ごとに何をしているか説明できる
- エラーが出たときに、原因の場所を自分で見つけられる
- 自分で決めた仕様を、小さく分けて AI に依頼できる
- 端末で動くテキストのゲームをひとつ完成させ、自分で機能を足せる

最後には、端末の中で動くゲームがひとつ完成します。
どんなゲームかは 1.5 で見ます。

## 1.2 AI時代にPythonの基礎を学ぶ意味

AI がコードを書けるのに、なぜ基礎を学ぶのでしょうか。
理由は、コードが正しいかどうかを決めるのは実行結果であり、その実行結果を読む役目が読者の側に残るからです。

短い例を見てみます。
「1 と入力したら探索、それ以外なら休む」という、ごく簡単なプログラムです。

```{literalinclude} ../../../src/ch01/wrong_choice.py
:language: python
```

{.caption-center}
リスト1-1: wrong_choice.py

このプログラムは、エラーを出しません。
実行すると、最後まで動きます。

```text
1か2を入力してください > 1
休みます
```

1 と入力したのに「休みます」と表示されました。
`input()` が受け取る値は文字列の `"1"` で、比較している `1` は数値です。
別のものを比べているので、条件は成立しません。
`input()` は、何を入力されても常に文字列を返します。
そのため、この比較はどんな入力に対しても成立しません。
文字列の `"1"` と数値の `1` の違いは、第7章と第9章で扱います。

この事故のしくみを図1-2に示します。

```{d2}
:alt: 1 と入力しても input() が返すのは文字列の「1」なので、「1」と数値の 1 の比較が不成立になって else が実行され、エラーが出ないまま意図と違う結果になる流れの図。
:width: 55%
:align: center

direction: down

inp: "1 と入力する" {
  style.fill: "#f1f3f4"
}
val: "input() が返すのは\n文字列の \"1\"" {
  shape: rectangle
  style.fill: "#e8f0fe"
}
cmp: "\"1\" == 1 か" {
  shape: diamond
  style.fill: "#fef7e0"
}
out: "休みます\n（else が実行される）" {
  style.fill: "#fce8e6"
}
err: "エラーは出ない" {
  style.fill: "#f1f3f4"
  style.stroke-dash: 3
}

inp -> val
val -> cmp
cmp -> out: "不成立（文字列と数値は別もの）"
out -> err: "だから気付けるのは\n結果を読んだ人だけ"
```

{.caption-center}
図1-2: エラーにならないまま意図と違う動きをする

ここで見てほしいのは、文法の話そのものではありません。
**エラーが出ないまま、意図と違う動きをするコードが存在する**という事実です。
AI が生成したコードにも、これは起こります。
そして、エラーが出ない以上、それを見つけられるのは実行結果を読んだ人だけです。

コードが読めると、次の3つができるようになります。

- 実行結果を見て、意図と違う箇所に気付ける
- AI に「どこがおかしいのか」を具体的に質問できる
- 直った理由を確認してから、次に進める

逆に読めないままだと、動かないときに打つ手がなくなります。
AI に「直して」と繰り返し頼み、変わっていくコードを眺めるしかありません。
基礎を学ぶ目的は、AI を使わないためではなく、AI に何をどう頼めばよいかを自分で決められるようにするためです。

## 1.3 AIに任せることと自分で確認すること

本書では、AI にコードを書かせます。
ただし、任せる作業と自分で行う作業を分けます。
その区分を表1-1にまとめました。

```{list-table} 表1-1: 役割の分担
:header-rows: 1
:widths: 45 55

* - AI に任せてよいこと
  - 読者が自分で行うこと
* - コードを書く、書き換える
  - 何を作るかを決める
* - 文法や関数の意味を説明する
  - コードを読んで意味を確かめる
* - エラーメッセージの原因を説明する
  - 実行して結果を見る
* - テストケースの案を出す
  - テストを実行して結果を読む
* - 名前や構成の案を複数出す
  - どの案を採用するかを決める
```

境目を図1-3に示します。

```{d2}
:alt: 左に AI へ任せてよいこと（コードを書く、文法やエラーの説明、テストや名前の案）、右に読者が自分で行うこと（何を作るかを決める、コードを読む、実行して結果を読む、案を選ぶ）を並べ、あいだに「手元でしか確かめられない」という境目を置いた図。
:width: 80%
:align: center

direction: right

ai: "AI に任せてよいこと" {
  style.fill: "#e8f0fe"
  a1: "コードを書く・書き換える"
  a2: "文法やエラーの意味を説明する"
  a3: "テストや名前の案を出す"
}

me: "読者が自分で行うこと" {
  style.fill: "#e6f4ea"
  b1: "何を作るかを決める"
  b2: "コードを読んで意味を確かめる"
  b3: "実行して結果を読む"
  b4: "どの案を採るかを決める"
}

border: "手元でしか確かめられない" {
  style.fill: "#fef7e0"
  style.stroke-dash: 3
}

ai -> border -> me
```

{.caption-center}
図1-3: 任せる側と、自分で行う側の境目

分け方の根拠は単純です。
右側の列はどれも、**読者の手元でしか確認できないこと**を扱っています。
どんなゲームにしたいのか、いま画面に何が出たのか、それが望んだ結果かどうか。
これらは読者にしか判断できません。

左側の列は、書き方の知識があれば済む作業です。
ここは AI が得意で、しかも速い分野です。

この分担は、本書のハンズオン問題でも守ります。
問題文には「AI に依頼する場合」の依頼文を載せますが、そのあとに必ず「確認」の手順を置きます。
生成されたコードを自分で実行するところまでが一問です。

## 1.4 生成・読解・実行・検証のサイクル

本書の作業は、ひとつの流れの繰り返しです。
図1-4がその流れです。

```{d2}
:alt: 目的を決める、AIに依頼する、生成されたコードを読む、uv で実行する、結果を確認する、自分で変更する、の6段階が輪になって次の目的へ戻るサイクルの図。
:width: 45%
:align: center

direction: down
a: "1. 目的を決める"
b: "2. AIに依頼する"
c: "3. 生成されたコードを読む"
d: "4. uv で実行する"
e: "5. 結果を確認する"
f: "6. 自分で変更する"

a -> b -> c -> d -> e -> f
f -> a: "次の目的を決める"
```

{.caption-center}
図1-4: 本書で繰り返す学習のサイクル

各段階でやることは、次のとおりです。

1. **目的を決める**: 「メニューに終了を追加する」のように、1文で言える大きさにします。
2. **AI に依頼する**: 目的と制約を書いて渡します。依頼文の書き方は第3章で扱います。
3. **コードを読む**: 行ごとに、何をしている行かを声に出せる状態を目指します。
4. **実行する**: `uv run python ファイル名` で動かします。
5. **結果を確認する**: 出た結果が、決めた目的を満たしているかを見ます。
6. **変更する**: 自分の手で1か所だけ変えて、また実行します。

3番目と4番目のあいだに、もうひとつ習慣づけたいことがあります。
実行する前に、画面に何が出るかを予想してください。
予想と結果が一致すれば、理解が深まっている目安になります。
一致しなければ、そこに学ぶべきものがあります。

一周を小さく保つことが、この流れをうまく回すこつです。
一度の依頼で機能を5つ頼むと、動かなかったときにどこが原因か絞れません。
ひとつ頼み、動かし、確かめてから次へ進みます。

## 1.5 本書で作るターミナル探検RPG

本書で完成させるのは、端末の中で動く**ターミナル探検RPG**です。
画面はすべて文字で、操作は数字の入力だけです。

実際に遊んだところを見てみます。
`>` の右側が、キーボードから入力した文字です。

```text
================================
       ターミナル探検RPG
================================
冒険者の名前を入力してください > テト
テト の冒険がはじまる！

1: 探索する    2: ステータス  3: どうぐを使う
4: ショップ    5: セーブする  6: 冒険をやめる
> 1
あたりを探索した……
6G を拾った！

1: 探索する    2: ステータス  3: どうぐを使う
4: ショップ    5: セーブする  6: 冒険をやめる
> 1
あたりを探索した……
ゴブリン があらわれた！

テト: 30/30    ゴブリン: 18
1: たたかう  2: にげる
> 1
テト の攻撃！ ゴブリン に 4 のダメージ。
ゴブリン の攻撃！ テト は 5 のダメージを受けた。

テト: 25/30    ゴブリン: 14
1: たたかう  2: にげる
> 1
テト の攻撃！ ゴブリン に 5 のダメージ。
ゴブリン の攻撃！ テト は 5 のダメージを受けた。

テト: 20/30    ゴブリン: 9
1: たたかう  2: にげる
> 1
テト の攻撃！ ゴブリン に 5 のダメージ。
ゴブリン の攻撃！ テト は 5 のダメージを受けた。

テト: 15/30    ゴブリン: 4
1: たたかう  2: にげる
> 1
テト の攻撃！ ゴブリン に 4 のダメージ。
ゴブリン をたおした！
経験値 12 と 16G を手に入れた。
レベルが上がった！ Lv.2 になった。
```

完成版に入っている機能は、次のとおりです。

- 探索して、敵と出会ったり、どうぐや金貨を拾ったりする
- 敵と戦う。攻撃するか、逃げるかを選ぶ
- 経験値をためてレベルを上げる
- 拾ったどうぐを使う。ショップで買う
- 冒険の記録をファイルに保存し、次回に読み込む

これをいきなり作るわけではありません。
第2部で表示や条件分岐といった部品を作り、第3部でエラーとテストの扱いを身につけ、第4部で組み立てます。
第5部では、完成したゲームを書き直しながら、Python が持っている機能をひととおり使えるようにします。
第6部では、ほかの人の環境でも同じように動かせる形に整え、最後は自分で決めた機能を追加します。

画面に出ている日本語は、プログラムの中に日本語のまま書いてあります。
Python では、表示する文字に日本語をそのまま使えます。

ゲームを題材にする理由は、結果が画面に出るからです。
思ったとおりに動いたかどうかを、その場で目で確かめられます。

## 1.6 本書で使用する開発環境

作業は、大きく2つの役割に分かれます。

いま使っているパソコン（本書では **フロントマシン** と呼びます）では、文字を打つための端末アプリだけを動かします。
Windows でも macOS でもかまいません。

Python を動かすのは **Ubuntu** の側です。
本書では、次の3つのどれかで用意します。

- **WSL**: Windows の中で Ubuntu を動かす
- **OrbStack**: macOS の中で Ubuntu を動かす
- **ssh 接続**: 別の場所にある Ubuntu につなぐ。Windows も macOS も、標準の端末アプリから接続できます

WSL と OrbStack は、いま使っている環境とは切り離された場所に Ubuntu を用意します。
Windows や macOS の設定を書き換えるものではありませんし、使わなくなったら消せます。

3つのどれを選んでも、第3章から先の手順は変わりません。
用意のしかたは第2章で扱います。

Ubuntu の中で使う道具は3つです。

- **AI 開発エージェント**: 文字だけの画面で動く AI です。
  チャットの画面ではなく、端末の中でファイルを作ったり書き換えたりします。
  Claude Code や Gemini CLI といった製品があります。第3章で扱います。
- **uv**: Python 本体とパッケージをまとめて管理する道具です。
  `uv run python ファイル名` のように、コマンドの名前としても使います。第4章でインストールします。
- **Python**: 本書の執筆時点では 3.12 を使います。
  別のバージョンへの切り替えも uv でできます。uv が用意するので、先に入れておく必要はありません。

インターネット接続も必要です。
uv のインストールと、AI 開発エージェントの利用で使います。

**本書は Ubuntu のデスクトップ画面を使いません**。
操作はすべて文字で行います。
理由は 2.1 で説明します。

AI 開発エージェントには複数の製品があり、本書はそのどれかひとつに手順を固定しません。
本文では「AI 開発エージェントを起動し、次の依頼を入力します」という書き方をします。
製品ごとに違う部分は、第3章で補足としてまとめます。

AI 開発エージェントを用意できない場合でも、本書は読み進められます。
本書に載せたコードを書き写して進める形になります。
その場合の進め方は 3.10 で扱います。

## 1.7 本書の読み進め方

読み進めるときに守ってほしいことが3つあります。

**手を動かす**。
本文に出てくるコマンドとコードは、読むだけでなく実際に打ってください。
画面に出る文字を見た経験が、あとでエラーを読むときの手がかりになります。

**予測してから実行する**。
実行結果を載せている箇所では、まず自分で結果を予想してから実行してください。
予想が外れたときが、いちばん学べる瞬間です。
最初はまったく予想できなくてもかまいません。確かめていくうちに、少しずつ当たるようになります。

**自分の言葉で説明する**。
節がひとつ終わったら、そこで作ったコードが何をしているかを声に出してみてください。
説明できない行が残っていたら、その行を AI に質問します。

第2章から第40章の終わりには、ハンズオン問題があります。
本文を読み終えてから取り組んでください。
問題には実行コマンドと実行例が付いているので、自分の結果と見比べられます。
「AI に依頼する場合」の依頼文も載せていますが、そのまま貼って終わりにせず、生成されたコードを読んでから実行してください。

本文の表記の約束は、次のとおりです。

- 端末に入力するコマンドは、次の形で示します。

  ```bash
  uv run python hello.py
  ```

- プログラムの実行結果は、次の形で示します。
  行頭の `>` は入力を待っている印で、その右側が入力した文字です。

  ```text
  1: 探索
  2: 休む
  > 1
  探索を開始します
  ```

- 本書に載せるコードには、`リスト7-1` のような番号を付けています。
  同じ番号のファイルを、読者のプロジェクトにも作ります。

うまく動かないときは、まず第13章「エラーを読む」を参照してください。
環境そのものが動かないときは、第4章の 4.7 と第5章に戻ります。
次の章では、その環境の入り口である端末を開きます。