千葉工業大学 / 応用化学科 / 山本研究室
計算化学で生命・物質・環境・教育の問題解決
投稿:22-04-21 / 更新:22-05-28

macOS の Python 環境を構築する

計算化学では、量子化学・分子動力学・機械学習などのさまざまな手法に基づいて、分子を理論的に解析します。解析に用いるソフトウェアはいろいろあるのですが、最近では、Python というプログラミング言語を用いることが多くなっています。

macOS には、最初から Python がインストールされています。しかし、インストールされているバージョンが少し古いこともあり、Python を使うための環境を新しく構築したくなったりします。また、Python を使って何かをしようとするときには、多くの場合、関連するパッケージやライブラリを導入する必要があります。

このノートでは、macOS に対して、Python を使うための環境を新しく構築する手順について、簡単に説明します。

基本方針

Python の開発元である Python Software Foundation の公式サイトには、macOS 用のインストーラ が配布されています。このインストーラを用いて Python を導入することももちろんできますが、今回は Anaconda というものを用いて、Python 環境を構築します。

Anaconda は、Python ディストリビューション(distribution)のひとつです。ディストリビューションとは、いろいろなソフトウェア群を1つにまとめて、利用者がお手軽にインストールできるようにしたもの。Anacond, Inc. が提供していて、学生・研究者が個人で用いる Individual Edition は無料、商用利用は有料となっています。

Anaconda (Individual Edition) をインストールすると、Python はもちろん、Conda というパッケージ管理&仮想環境管理システム、オープンソースで公開されている代表的な科学計算用パッケージなど、Python をつかって解析するために必要な環境がだいたい揃います。ただし、インストールするためには 500 MB 以上の容量が必要なので、ディスク容量が限られている場合には、最小構成版の Miniconda をインストールすることを検討しましょう。

Anaconda をインストールする

Anaconda Inc. の公式サイトから、Individual Edition 用のインストーラ をダウンロードします。2022/3/13 に試したところ、ダウンロードした Anaconda3-2021.11-MacOSX-x86_64.pkg をクリックすると、Python 3.9.7 の他に、368 個のパッケージが ~/opt/anaconda3 以下にインストールされました。

Conda を用いてソフトウェアをインストールする

Conda は、Anaconda で用いられているパッケージ管理&仮想環境管理システムです。もともとは Python の実行環境を構築するために開発されたようですが、どのようなプログラミング言語のソフトウェアに対してもパッケージ管理システムとして用いることができます。

Python には、PyPI (Python Package Index) という、Python の開発元である Python Software Fundation が提供するパッケージ管理システムもあります。Conda を使わずに、PyPI を用いて Python のライブラリやパッケージをインストールすることも可能です。しかし PyPI は、あるパッケージをインストールしようとするときに必要なライブラリなどについて、すでにインストールされている他のパッケージとの競合関係を確認せずにインストールしようとするため、いろいろと不都合がおこってしまうことがあります。Conda では、このような不都合が起こらないようになっています。

新しくパッケージをインストールする

conda install パッケージ名

パッケージを検索する

conda search パッケージ名

Conda を用いて仮想環境を管理する

あるプログラムXを使おうとするときに、このプログラムXは別のプログラムYの機能を使って動いているため、プログラムYを予めインストールしておく必要があったりします。このような場合、プログラムXはプログラムYに「依存」していると言います。

仮想環境とは、1つのハードウェア内に構築した仮想的な環境です。ここでいう「環境」とは、あたかも複数の異なる実行環境があって、それぞれの環境で独立にソフトウェアをインストール&アンインストールすることができるものです。

仮想環境をつくる

conda create -n 環境名

仮想環境を起動する

conda activate 環境名

仮想環境を終了する

conda deactivate 環境名

仮想環境を表示する

conda info -e

仮想環境を複製する

環境Aをもとに、環境Bをつくる

conda create --clone 環境A -n 環境B

仮想環境を削除する

conda remove -n 環境名 --all

Conda を用いて、計算化学で用いるソフトウェアをインストールする

Conda を用いると、計算化学で用いるソフトウェアもお手軽にインストールすることができます。

AmberTools

conda create --name amb
conda activate amb
conda install -c conda-forge ambertools=21 compilers

Open Babel

conda install -c openbabel openbabel

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