Python e le sue Applicazioni nell’AI

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Python e le sue Applicazioni nell’AI#

E quale linguaggio migliore di Python, per cominciare? Python è diventato uno dei linguaggi di programmazione più utilizzati e amati per l’intelligenza artificiale, per la sua semplicità e per le librerie che gli sono cresciute attorno. Tre le incontreremo di continuo: NumPy, che fa i conti su lunghe file di numeri tutte insieme e in fretta; scikit-learn, che raccoglie i metodi classici del machine learning già pronti; e PyTorch, con cui si costruiscono e si addestrano le reti neurali, e che accompagnerà tutto il libro.

Prima di cominciare, però, una nota su questa pagina, perché non è come le altre: è un notebook, cioè un documento in cui il testo e il codice si alternano, e dove il codice non sta lì soltanto da leggere. Si esegue. Sulla versione online del libro, in alto a destra, c’è un’icona a forma di razzo con due voci:

Live Code accende il codice nella pagina, senza installare niente sul proprio computer. La prima volta ci vogliono alcune decine di secondi per avviare il motore; dopo, accanto al blocco di codice compare un pulsante «run» e il risultato appare lì sotto.
Colab apre lo stesso notebook su Google Colab, un servizio gratuito di Google (serve un account) dove il codice gira su una macchina loro e si può modificare a piacere.

In tutti e due i casi si può cambiare quello che si vuole senza timore: quella che si ha davanti è una copia, e il libro non se ne accorge. E se non hai voglia di provare né l’una né l’altra, va benissimo lo stesso: il risultato del codice è già stampato qui sotto, subito dopo il blocco, e il testo lo commenta riga per riga.

Calcolare il Massimo Comune Divisore#

Nella pagina precedente abbiamo incontrato il trucco di Euclide: dividere, tenere il resto e ripetere, finché il resto non diventa zero. Qui lo traduciamo in Python e, per metterlo alla prova, lo applichiamo a una coppia di numeri nuova, \(60\) e \(48\).

# La ricetta: riceve due numeri interi positivi e ne restituisce il MCD

def mcd(a, b):
    while b:
        a, b = b, a % b
    return a

# Proviamola

print(mcd(60, 48))

Prima di leggerlo, una cosa che nessuno dice mai e che conviene sapere subito: in un programma il segno = non vuol dire «è uguale a», come in matematica. Vuol dire «metti dentro». a = 5 non è un’affermazione da verificare, è un ordine: da adesso in poi, dove c’è scritto a c’è il numero cinque. Si chiama assegnazione, e le assegnazioni sono la cosa che un programma fa più spesso di ogni altra.

Ora leggiamolo riga per riga, come una ricetta:

def mcd(a, b): dà un nome alla ricetta e ai suoi due ingredienti, i numeri a e b. In programmazione una ricetta con un nome si chiama funzione; è un parente lontano della funzione dei grafici (anche lei riceve dei numeri e ne restituisce uno), ma qui è soprattutto un modo per scrivere una volta un procedimento e poi riusarlo quando serve;
while b: significa «ripeti finché b non è diventato zero». Lo zero non è scritto perché Python, quando gli si dà un numero al posto di una condizione, considera vero qualunque numero diverso da zero: while b si legge quindi «finché b c’è ancora»;
a % b è il simbolo Python per il resto della divisione tra a e b: proprio il resto del trucco di Euclide;
a, b = b, a % b fa scorrere i numeri di un posto: il divisore prende il posto del numero grande, e il resto prende il posto del divisore. Qui c’è un dettaglio che conta davvero: Python calcola prima tutti e due i valori a destra dell’uguale, usando i numeri vecchi, e solo dopo li scrive a sinistra. Le due assegnazioni avvengono insieme, non una dopo l’altra;
return a consegna il risultato a chi ha chiesto il calcolo: quando il resto è zero, l’ultimo numero per cui si è diviso è il MCD;
print(mcd(60, 48)) è la riga che mette in moto la ricetta con i due numeri e ne stampa a schermo il risultato. È l’unica che produce qualcosa da vedere.

Seguiamolo con \(60\) e \(48\): \(60\) diviso \(48\) dà resto \(12\); poi \(48\) diviso \(12\) dà resto \(0\). Resto zero: l’ultimo numero per cui abbiamo diviso è \(12\), ed è proprio quello che print ha stampato sopra. Con il \(12\) e l”\(8\) della pagina precedente i passaggi sarebbero gli stessi: resto \(4\), poi resto \(0\), risultato \(4\).

Vale la pena vedere che cosa succederebbe se quelle due assegnazioni fossero davvero una dopo l’altra, perché è l’errore in cui si cade seguendo il codice con carta e penna. Scritte così:

a = b          # a diventa 48
b = a % b      # ma qui «a» vale già 48, non più 60!

la seconda riga calcolerebbe \(48\) diviso \(48\), cioè resto \(0\), il ciclo si fermerebbe subito e la funzione restituirebbe \(48\) invece di \(12\). Un numero che non è nemmeno un divisore comune di \(60\) e \(48\): sbagliato di netto, non di poco.

Il commento sopra la funzione dice «due numeri interi positivi», e non è una formalità: con i numeri negativi il risultato può uscire negativo (mcd(12, -8) restituisce \(-4\)), il che non è sbagliato di suo, ma un massimo comune divisore lo si vuole positivo. Le funzioni già pronte delle librerie se ne occupano; questa, che è la versione minima, no. È un buon esempio di una cosa che il libro ripeterà spesso: quattro righe che funzionano non sono ancora quattro righe robuste.

Questo, per essere chiari, non è ancora intelligenza artificiale: è un algoritmo, e per giunta uno dei più antichi che esistano. Il massimo comune divisore di \(60\) e \(48\) lo si trova anche a mente; il pregio dell’idea di Euclide è che continua a funzionare quando i numeri diventano lunghi cento cifre e a mente non ci si prova nemmeno, ed è per questo che dopo duemilatrecento anni sta ancora dentro le librerie di ogni linguaggio.

Serviva a far vedere che cos’è una ricetta scritta da qualcuno, riga per riga, perché è il termine di paragone di tutto il resto: i programmi di cui parla questo libro quella ricetta non ce l’hanno scritta dentro, e se la costruiscono guardando migliaia di esempi. Per arrivare a scriverne uno servono ancora due cose, e sono i due capitoli con cui il libro prosegue dopo questo: un po” più di Python, e un po” di matematica. Prima però restano due pagine, qui: una su che cosa succede quando l’intelligenza artificiale finisce dentro un corpo meccanico, e una di chiusura.