Pythonの概要とGoogle Colabの使い方 / Python 01

プログラミング基礎同演習01

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1. 1 Pythonの概要とGoogle Colabの使い方 プログラミング基礎同演習 慶應義塾大学理工学部物理情報工学科 渡辺 2019/09/24
2. 2 Pythonの文法やライブラリの使い方を覚える プログラムが組めるようになる 「プログラマ的な感覚」を身につける
3. 3 タスクを見て実現コストを見積もれること タスク実現のための方法を知っていること 「このくらいのコードを書いたらこのくらいの ことができるはず」という感覚
4. 4 タスク：卒論の実験で撮影したpng画像100枚を縦 横ともに半分にリサイズしたい もしWindowsの「ペイント」を使うと、一枚一枚開 いては「イメージのプロパティ」からサイズを指定 して保存しなおす必要がある。
5. 5 タスク：卒論の実験で撮影したpng画像100枚を縦 横ともに半分にリサイズしたい Pythonによる解決例 import glob from PIL import Image for file in glob.glob("*.png"): img = Image.open(file) (w, h) = img.size img.resize((w // 2, h // 2), Image.LANCZOS).save("resized/" + file) ImageMagickによる解決例 mogrify -path resized -resize 50% *.png
6. 6 タスク：パラメータを変えながら作成したダイ オード特性のパラメータ依存性が知りたい 電圧 電流 順方向電圧Vf a = 0.1 a = 0.2 a = 0.3 a = 0.4 a Vf O O
7. 7 タスク：パラメータを変えながら作成したダイ オード特性のパラメータ依存性が知りたい ひとつひとつエクセルで開いて、マクロでフィッティングして、 それを別のシートにコピーして、最後にグラフを作成・・・ ・ 後からフィッティング関数を変えたくなったら？ ・ データが増えたら？ globでファイル一覧を取得、SciPyのcurve_fitでフィッティング matplotlibでグラフ作成
8. 8 タスクを見て実現コストを見積もれること タスク実現のための方法を知っていること PythonのSciPyライブラリや、curve_fitを知っている必要はない 「これはPythonなら数行でできるはず」と思えば 「Python フィッティング」でググるとすぐに出てくる 「プログラマ的な感覚」がなければ、そもそも検索しない
9. 9 554889e5 897dfc89 75f88b55 fc8b45f8 01d05dc3 コンピュータがわかる形で指示を与えること コンピュータは機械語しか理解できない 人間にわかりやすい言語から機械語に翻訳する 機械語は数字の羅列 これをプログラミング言語と呼ぶ
10. 10 int add(int a, int b){ return a+b; } 554889e5 897dfc89 75f88b55 fc8b45f8 01d05dc3 プログラミング言語 (人間がわかる) 機械語 (コンピュータがわかる) def add(a, b): return a + b インタプリタ (同時通訳) コンパイラ (翻訳) スクリプト言語 7c 7c 17 53 コンパイラ言語
11. 11 実行方法 (翻訳の仕方) パラダイム (設計思想) ブロックの表現方法 (見た目) スクリプト言語：Python, Ruby, Perl, JavaScript, ... コンパイル言語：C, C++, Fortran, Java, Rust, ... 手続き型、関数型、オブジェクト指向、... ※ 現代のプログラミング言語はほとんどがマルチパラダイム ※ 最近はこの二種類の区別は曖昧 中括弧型：C, C++, Perl, Java, JavaScript, Rust, ... キーワード型：BASIC, Ruby, シェルスクリプト, ... インデント型： Python, Haskell, F#, ...
12. 12 プログラムは原則として上から順番に実行される from PIL import Image, ImageDraw white = (255,255,255) red = (255,0,0) im = Image.new("RGB", (300, 200),white) draw = ImageDraw.Draw(im) draw.ellipse((90, 40, 210, 160), fill=red) im.show() 「日の丸」を描画するプログラム
13. 13 プログラムは原則として上から順番に実行される from PIL import Image, ImageDraw white = (255,255,255) red = (255,0,0) im = Image.new("RGB", (300, 200),white) draw = ImageDraw.Draw(im) draw.ellipse((90, 40, 210, 160), fill=red) im.show() ライブラリの読み込み 色の定義 イメージの作成 円の描画 イメージの表示 実行順序
14. 14 aは正？ 「Yes」と表示 「No」と表示 aが正かチェック 「Yes」と表示 「No」と表示 yes no プログラムでの表現 yes no プログラムを「かたまり」にわけて その「かたまり」に処理を飛ばす ブロック＝プログラムのかたまり 実装したいロジック しかし、順番に実行したくない場合もある
15. 15 if (a>0){ puts("Yes"); }else{ puts("No"); } if a > 0 then puts("Yes") else puts("No") end if a > 0: print("Yes") else: print("No") C言語 カッコで表現 Ruby キーワードで表現 Python インデントで表現 ブロックの表現方法はプログラミング言語により異なる aは正？ 「Yes」と表示 「No」と表示 yes no
16. 16 ライブラリやフレームワークが豊富だから ライブラリ よく使う便利な機能をまとめたもの 数学関数/ファイル操作/図のプロット等 フレームワーク 目的を達成するための枠組み 機械学習フレームワークTensorFlow/Chainer等 ウェブ開発フレームワーク Django等 Pythonには「あったらいいな」がある
17. 17 エディタでプログラムを保存して実行 print("Hello Python!") test.py $ python test.py Hello Python! IPythonという対話的シェルを使う $ ipython In [1]: print("Hello Python!") Hello Python! Jupyter Notebookでブラウザから実行する
18. 18 Jupyter Notebookをクラウドで利用できる仕組み Googleのサーバ 1. ブラウザでプログラムを送信 2. サーバでプログラムを実行 3. 結果をブラウザに表示
19. 19 「Google Colab」と検索して出てきたサイトにアクセスする https://colab.research.google.com/ URLに直接アクセスする
20. 21 ログイン後、「ファイル」から「Python 3 の新しいノートブック」を選ぶ 「新機能をお試しください」というダイアログが出たら「今すぐ試す」をクリック
21. 22 セル 再生ボタン ファイル名 セルにプログラムを入力し、再生ボタンもしくは「シフト+エンター」で実行できる
22. 23 一番目のセルに「print("Hello World!")」と入力して実行せよ 再生ボタンを押した場合： そのセルが実行され、結果が表示される セル内でシフト＋エンターを押した場合： そのセルが実行され、結果が表示される上に、カーソルが次のセルに移動する (次にセルがなければ作成される)
23. 24 二番目のセルに「plint("Hello World!")」と入力して実行せよ 「`plint`という名前は知らない」というエラー 入力ミスなどでエラーが出た場合、エラーメッセージを見ながら修正すること
24. 25 右上のメニューから、セルの移動や削除ができる マウスで範囲指定して、deleteキーで一度に消すこともできる
25. 26 ここをクリックして修正することでファイル名を変更できる ファイルはGoogleドライブに保存される
26. 27 課題2-1を実行し、画像を表示せよ。 Wordを起動し、レポートの体裁を整えてから「課題2」の 場所に表示された画像をドラッグ＆ドロップで挿入せよ。 以下同様。
27. 28 課題2-2を実行し、五芒星を表示せよ。 セルの内容は後から修正することができる 修正した内容は「実行」しないと更新されない
28. 29 課題2-3を実行し、N芒星を表示せよ。 Nが偶数の時にうまくいかない理由はなぜか考察せよ 発展課題： 六芒星を描画せよ
29. 30 第i世代 子供を作って死ぬ 第i+1世代 十分栄養を蓄えたら たくさん子供を作る 栄養がないと 子供も少ない 栄養がほとんどないと 子供を作ることができない この振る舞いを数式で表現する
30. 31 第i世代の個体数 第i+1世代の個体数 +1 = 1 − max 一匹が生む次世代の個体数 人口密度低 人口密度高 子供をたくさん生む 子供をほとんど産まない そのうち個体数が落ち着く？
31. 32 = max 環境が許す最大値に対する個体数の割合 +1 = 1 − +1 = = 定常状態なら = 1 − 1 だから 定常解 様々な の値に対して、 の振る舞いを調べよ