情報理学入門（プログラミングを教える科目）のＴＡをしているのですが・・・
- 進行が遅い！
- 私がプログラミングの経験者という事を差し引いても遅い
- for文に２時間もかけるな！
- 学生みんなダレてる
- 授業内容がまずい
- ニュートン法など教えてもしょうがない
- それより先にファイル出入力の方法を教えるべき
- それよりさらに先に「インデントする」って事を教えるべき
- C++を教えてはいけない
- C++は難しすぎる
- "Hello World"を書くだけで「おまじない」が幾つ必要なのか
- ポインタで大部分が脱落する事必至
というわけで、ＴＡで教官が話している隙に、
こういう授業をするべきじゃないか、という事を書いてみます。
- 学生は理系だがコンピュータを研究対象としない学科を前提とする
- ツールとしてのプログラミングを教える
- 視覚的な要素を取り入れる（目に見える物を操作する方が、感覚が掴みやすい）
- C++に比べ易しい、Pythonを使う
- 第１回をHello World！で終わらせない
- 「完璧な説明」はしない。細かい点は本を見ればよい
gnuplotの紹介
gnuplot（ニュープロット）はグラフを描くためのソフトです。
Windowsの場合はwgnuplot.exeをダブルクリックして起動します。
キーボードからコマンドを入力してグラフを描きます。
plot sin(x)と入力してEnterキーを押してみてください。
ファイルからグラフを読み込む
理工系の学科の人は、実験データをグラフに表示する機会があると思います。
gnuplotにはそのための機能があります。
下のように, 数値を列挙したテキストファイルを作ります。
これをsample.txtという名前で保存します。
0 3 1 4 2 5 3 10 4 15 5 8 6 9 7 22 8 27 9 28
gnuplotでcd "（sample.txtのフォルダのパス）"と入力してEnter、
ここで、パスを「"」（半角ダブルコーテーション）で囲む事、
また、Windowsの場合は（sample.txtのフォルダのパス）の区切りの
"\"（円マーク・バックスラッシュ）を二重にして入力する事に注意してください。
2次関数のグラフです。
Pythonでグラフを出力する
このようにテキストファイルさえ作れれば、好きな関数のグラフを、
gnuplotに内蔵されていない関数でも、描けると言う事です。
最初のPythonプログラムを書きましょう。テキストエディタで次の内容をgraph.pyというファイルに保存しましょう。
print(0, 0**2 + 2*0 + 1) print(1, 1**2 + 2*1 + 1) print(2, 2**2 + 2*2 + 1) print(3, 3**2 + 2*3 + 1) print(4, 4**2 + 2*4 + 1) print(5, 5**2 + 2*5 + 1) print(6, 6**2 + 2*6 + 1) print(7, 7**2 + 2*7 + 1) print(8, 8**2 + 2*8 + 1) print(9, 9**2 + 2*9 + 1)
コンソールで, pythonコマンドにgraph.pyを渡すと, さっきsample.txtに書いたのと同じ内容が出力されます。
$> python graph.py 0 3 1 4 2 5 3 10 4 15 5 8 6 9 7 22 8 27 9 28
リダイレクトを使って, テキストファイルに出力すれば, sample.txtと同じようにgnuplotで表示できます。
$> python graph.py > graph.txt
解説
- 足し算には「+」と書きます。算数と同じです。
- 掛け算には「*」と書きます。キーボードには×の記号は無いので代わりに"*"を使います。
- べき乗には「**」と書きます。
- したがって, 「5**2 + 2*5 + 1」は算数の書き方をすれば,
です。
- printは何かを出力しろという命令です。
- 「print(5, 5**2 + 2*5 + 1)」は, 「5と
を出力しろ」という意味です。
for文で楽をする
しかし, print(x, x**2 + 2*x + 1)を10回も書くのは面倒なので、楽をしましょう。
graph.pyを以下のように書き換えると, さっきと同じ内容が出力されます。
for n in range(10): print(n, n**2 + 2*n + 1)
インデント
ここで注意ですが, 「print(n, n**2 + 2*n + 1)」の前には半角スペースを4個入れてください。
スペースが無かったり、全角スペースだと、エラーになります。
グラフの範囲を変える
for文を使った書き方をすると, グラフの範囲を変えるのも容易です。
「range(10)」の「10」を「100」に書き換えれば、0から99までのグラフになります。
for n in range(100): print(n, n**2 + 2*n + 1)
数式を変える
数式を変えたい場合も, 一箇所を変更すれば良いので非常に楽です。
のグラフを出力してみましょう。
- "-"で引き算、"/"は割り算です。
- カッコで囲むと、その部分が先に計算されます。
for n in range(100): print(n, (n - 1)**3 / 4)
グラフを細かくする
しかし、今のままでは整数目盛りのグラフしか出力できません。
それでは困るのでこうします。
の, -1 から 1の間の, 0.1刻みのグラフを出力しましょう。
for n in range(21): print(-1 + n / 10, (-1 + n / 10)**2 + (-1 + n / 10)*2 + 1)
変数を使う
しかし, 「-1 + n / 10」が3箇所も出てきて、書くのが面倒ですし、
一見、どんなグラフか分かりません。
そこで, 変数xを導入します。
for n in range(21): x = -1 + n / 10 print(x, x**2 + x*2 + 1)
x = -1 + n / 10と書くと, -1 + n / 10という値にxという名前を付ける事が出来ます。
これを, 「x に -1 + n / 10を代入する」と言います。
のグラフである事を考えると, さらに変数yも導入しておきましょう。
for n in range(21): x = -1 + n / 10 y = x**2 + x*2 + 1 print(x, y)
場合分けのある関数のグラフ
世の中, 多項式のような簡単に書ける関数だけではありません。
のような、場合分けが必要な関数を出力するには、if文を使います。
for n in range(21): x = -1 + n / 10 if x < 0: y = x else: y = x**2 print(x, y)
if文
「if x < 0:」と書くと, x < 0が成り立つとき「y = x**3」が実行され,
成り立たないとき「y = x**2」が実行されます。
インデント
ここで「y = x**3」「y = x**2」は, if文の中にある要素なので,
半角スペースを4×2 = 8個入れます。
条件式
- 算数と同じく, 「より小さい」「より大きい」には「<」は「>」を使います。
- 「等しい」には「==」と2重に書きます。
- 「以下」「以上」には「<=」「>=」と, 等号をくっ付けて書きます。
elif
3つ以上の場合分けが必要なら、「elif」を使います。elif は else if の略です。
for n in range(21): x = -1 + n / 10 if x < -0.5: y = x**2 elif 0.5 <= x < 0: y = x elif 0 <= x <= 0.5: y = -x else: y = x**3 print(x, y)
演習
関数
のの範囲のグラフを出力する, Pythonのプログラムを書きなさい.
