cs-11. 式の抽象化と関数

cs-11. 式の抽象化と関数 （コンピューターサイエンス） URL: https://www.kkaneko.jp/cc/cs/index.html 金子邦彦 1

• https://www.kkaneko.jp/cc/cs/index.html

式の抽象化と関数 プログラム 実行結果 実行結果 ３つの式を１つにまとめる 式「a * 1.1」を含む 関数 foo を定義 110.00000000000001 440.00000000000006 は計算誤差を含む （誤作動やミスではない）2

アウトライン 11-1 11-2 11-3 項目 復習 式，変数 式の抽象化と関数 関数定義，def 3

ソースコード (source code) • プログラムを，何らかのプログラミング言語 で書いたもの • 「ソフトウエアの設計図」ということも． 人間も読み書き，編集できる • 複数のプログラミング言語を使うことも import picamera camera = picamera.PiCamera() camera.capture("1.jpg") exit() Raspberry Pi で，カメラを使って 撮影し，画像を保存するプログラムの ソースコード 4

オブジェクト，変数，メソッド，代入，変数 • オブジェクト：コンピュータでの操作や処理の対象と なるもののこと • 変数：名前の付いたオブジェクトには，変数，関数な どがある（「変数」は，数学の変数とは違う意味） • メソッド: オブジェクトに属する操作や処理．メソッド 呼び出しでは，引数を指定することがある．引数（ひ きすう）は，メソッドに渡す値のこと Hero.attack("fence", 36, 26) • 代入：「=」を使用．オブジェクトの値が変化する b = a + 100 5

メソッドアクセス，代入 Python プログラムの例 x = 100 a = x + 200 enermy1 = hero.findNearestEnemy() hero.attack(enemy1) • 代入：オブジェクト名 ＋ 「=」 ＋ 式または値またはメソッド呼び出し • メソッドアクセス：オブジェクト名 ＋ 「.」 ＋ メソッド名 ＋「()」 （引数を付けることも） Python プログラムでは，その他にも，属性アクセス，関数 呼び出し，制御，「*」, 「+」などの演算子，コマンド， 定義など 6

Python Tutor の起動 ① ウェブブラウザを起動する ② Python Tutor を使いたいので，次の URL を開く http://www.pythontutor.com/ ③ 「Python」をクリック ⇒ 編集画面が開く 7

• http://www.pythontutor.com/

Python Tutor でのプログラム実行手順 (1)「Visualize Execution」をク リックして実行画面に切り替える (2)「Last」をクリック． (4)「Edit this code」をク (3) 実行結果を確認する． 8 リックして編集画面に戻る

Python Tutor 使用上の注意点① • 実行画面で，次のような赤の表示が出ることがある → 無視してよい 過去の文法ミスに関する確認表示 邪魔なときは「Close」 9

Python Tutor 使用上の注意点② 「please wait ... executing」のとき，１０秒ほど待つ． → 混雑しているときは， 「Server Busy・・・」 というメッセージが出ることがある． 混雑している．少し（数秒から数十秒）待つと自 動で表示が変わる（変わらない場合には，操作を もう一度行ってみる） 10

11-1. 式，変数 11

いまから 行うこと • Python で，式や変数や計算に 上達する 12

式の実行結果 式の実行結果として，値が得られる print(100 * 200) プログラム 実行結果 13

変数 • 名前の付いたオブジェクトのことを変数という 場合がある（数学の変数とは違う意味） • 式の中に変数を含めることができる x = 100 y = 200 print(x + y) プログラム 実行結果 14

代入 • 代入：プログラムで，「x = 100」のように書く と，x の値が 100 に変化する x = 100 プログラム 実行結果 15

演習 資料：17 ～ 20 【トピックス】 • 式と変数 16

① Python Tutor のエディタで次のプログラムを入れ， 実行し，結果を確認する x = 100 y = 200 print(x + y) 結果の 「300」を確認 「Visual Execution」をクリック．そして「Last」をクリック．結果を確認． 「Edit this code」をクリックすると，エディタの画面に戻る 17

② Python Tutor のエディタで次のプログラムを入れ， 実行し，結果を確認する x = 100 y = 200 print(x * y) 結果の 「20000」を確認 「Visual Execution」をクリック．そして「Last」をクリック．結果を確認． 「Edit this code」をクリックすると，エディタの画面に戻る 18

③ Python Tutor のエディタで次のプログラムを入れ， 実行し，結果を確認する x = 100 y = 200 print((x + 10) * y) 結果の 「22000」を確認 「Visual Execution」をクリック．そして「Last」をクリック．結果を確認． 「Edit this code」をクリックすると，エディタの画面に戻る 19

④ Python Tutor のエディタで次のプログラムを入れ， 実行し，結果を確認する 底辺が２．５で，高さが５のとき， 三角形の面積は，面積： ６．２５ teihen = 2.5 takasa = 5 print(teihen * takasa / 2) 結果の 「6.25」を確認 「Visual Execution」をクリック．そして「Last」をクリック．結果を確認． 「Edit this code」をクリックすると，エディタの画面に戻る 20

まとめ • 代入：プログラムで，「x = 100」のように書く と，x の値が 100 に変化する • 式の実行結果として，値が得られる • 式の中に，変数名を書くことができる x = 100 y = 200 print(x + y) 21

11-2. 式の抽象化と関数 22

問いかけ • プログラミングでの根本問題は 何でしょうか？ • プログラミングの一番の基礎は 何でしょうか？ 23

式の抽象化 100 * 1.1 150 * 1.1 400 * 1.1 類似した複数の式 a * 1.1 変数 a を使って，複数 の式を１つにまとめる （抽象化） 24

式の抽象化と関数 100 * 1.1 a * 1.1 150 * 1.1 400 * 1.1 類似した複数の式 変数 a を使って，複数 の式を１つにまとめる （抽象化） 式「a * 1.1」を含む 関数 foo を定義 関数 foo を使用． 100, 150, 400 は引数 25

抽象化がなぜ大切なのか • プログラミングでの根本問題は何でしょうか？ 誤り（バグ）の無いプログラムの作成 • プログラミングの一番の基礎は何でしょうか？ • 抽象化を行うこと． • 抽象化により，繰り返し同じことを書くことが減り， バグを防げる． • プログラムの変更（消費税率 10%変更）も簡単に． 26

11-3. 関数定義，def 27

関数定義 • この関数の本体は 「return a * 1.1」 • この関数は，式「a * 1.1」に，名前 foo を付 けたものと考えることもできる 28

式の抽象化と関数 抽象化前 類似した複数の式 実行結果 抽象化後 関数の定義と使用 同じ 実行結果になる 29

演習 資料：31 【トピックス】 • 式の抽象化と関数 • 関数定義 • def 30

Python Tutor のエディタで次のプログラムを入れ， 実行し，結果を確認する def foo(a): return a * 1.1 print(foo(100)) print(foo(150)) print(foo(400)) 結果を確認 （計算誤差がある． 「return a * 1.1」の行は字下げが必要 動作は正常） 「Visual Execution」をクリック．そして「Last」をクリック．結果を確認． 「Edit this code」をクリックすると，エディタの画面に戻る 31

11-4. 関数呼び出し 32

関数呼び出し 呼び出し 呼び出され foo 33

ステップ実行 ステップ実行により、プログラム 実行の流れをビジュアルに観察 34

演習 資料：36 ～ 42 【トピックス】 • 関数呼び出しにおけるジャン プ • 関数内で使用される変数が消 えるタイミング 35

① Python Tutor のエディタで次のプログラムを入 れ，実行し，結果を確認する（あとで使うので消 さないこと） def foo(a): return a * 1.1 print(foo(100)) print(foo(150)) print(foo(400)) 結果を確認 （計算誤差がある． 「return a * 1.1」の行は字下げが必要 動作は正常） 「Visual Execution」をクリック．そして「Last」をクリック．結果を確認． 「Edit this code」をクリックすると，エディタの画面に戻る 36

②「First」をクリックして，最初に戻る 37

③ 「Step 1 of 13」と表示されているので， 全部で，ステップ数は 13 あることが分かる （ステップ数と，プログラムの行数は違うもの） 38

④ 最初に戻したので ・すべてのオブジェクトは消えている ・赤い矢印は先頭のところに戻っている 39

⑤ ステップ実行したいので，「Next」をクリック しながら，矢印の動きを確認． ※「Next」ボタンを何度か押し，それ以上進めなく なったら終了 見どころ foo との間で ジャンプするところ 40

⑥ 終わったら，もう一度，「First」をクリックし て，最初に戻る 41

⑦ もう一度，ステップ実行． 今度は、緑の矢印を見ながら、変数 a が生成、消 去されるタイミングを確認 緑の矢印：いま実行が終わった行 関数 foo の実行中は， 変数 a が現れる 42

全体まとめ プログラム 実行結果 実行結果 ３つの式を１つにまとめる 式「a * 1.1」を含む 関数 foo を定義 110.00000000000001 440.00000000000006 は計算誤差を含む （誤作動やミスではない） 43