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情報処理演習
第11回
2010年12月16日
#include <stdio.h> #include <math.h> #define nn 90000 #define pi 3.1415 main() { int i,j,N; float sound[nn],ei[nn],er[nn]; float f[nn],Sr[nn],Si[nn]; fp=fopen("./b0tb****.txt","r"); fscanf(fp,"%d",&N); for(i=0;i<N;++i) fscanf(fp,"%f",&sound[i]); fclose(fp); 続く
課題R1-20101125 の解答例
続き for(j=0;j<N/10;++j){ f[j]=22050.*j/N; Sr[j]=0.0; Si[j]=0.0; for(i=0;i<N;++i){ er[i]=cos(2.*pi*f[j]*i/22050.); ei[i]=-sin(2.*pi*f[j]*i/22050.); Sr[j]=Sr[j]+sound[i]*er[i]; Si[j]=Si[j]+sound[i]*ei[i]; } Sr[j]=Sr[j]/(float)N; Si[j]=Si[j]/(float)N; } }3
前ページのプログラムを用いれば，周波数f[j] (j = 0, 1,
2, …, N/10: つまり22050/10=2205 Hzまで)について
周波数スペクトルS(f[j])の実部Sr[j]および虚部Si[j]
が求まります．
計算された各周波数f[j]における実部Sr[j]と虚部Si[j]
からそれらの振幅a[j]を計算し，横軸をf[j]，縦軸を
a[j] (jは0からN/10まで)としてgnuplotで確認できるよう
ファイルに出力するプログラムを作成して下さい．
※ a[j]=sqrt(Sr[j]*Sr[j]+Si[j]*Si[j])を計算する
だけです．
※ xの平方根: sqrt(x)
課題Q10-20101209a
#include <stdio.h> #include <math.h> #define nn 90000 #define pi 3.1415 main() { int i,j,N; float sound[nn],ei[nn],er[nn]; float f[nn],Sr[nn],Si[nn],a; FILE *fp; fp=fopen("./b0tb****.txt","r"); fscanf(fp,"%d",&N); for(i=0;i<N;++i) fscanf(fp,"%f",&sound[i]); fclose(fp); 続く
課題Q10-20101209a の解答例
続き for(j=0;j<N/10;++j){ f[j]=22050.*j/N; Sr[j]=0.0; Si[j]=0.0; for(i=0;i<N;++i){ er[i]=cos(2.*pi*f[j]*i/22050.); ei[i]=-sin(2.*pi*f[j]*i/22050.); Sr[j]=Sr[j]+sound[i]*er[i]; Si[j]=Si[j]+sound[i]*ei[i]; } Sr[j]=Sr[j]/(float)N; Si[j]=Si[j]/(float)N; } fp=fopen(”amp.txt”,”w”); for(j=0;j<N/10;++j){ a=sqrt(Sr[j]*Sr[j]+Si[j]*Si[j]); fprintf(fp,”%f %f¥n”,f[j],a); } fclose(fp); }5
課題Q10-20101209aの計算結果例
周波数 [Hz]
main関数以外に所望の処理を行う関数(サブルーチン)
を定義して，その関数をmain関数の中で呼び出して
仕事をさせること．
これも重要な概念です．頑張って理解して下さい．
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#include <stdio.h>
int sumdata(int a,int b)
{
int n;
n=a+b;
return(n);
}
main()
{
int a,b,c;
printf(”Input two integers.¥n”);
scanf(”%d %d”,&a,&b);
c=sumdata(a,b);
printf(”result=%d¥n”,c);
}
プログラムh10.c
関数呼び出しを使用した例
#include <stdio.h>
int sumdata(int a,int b)
{
int n;
n=a+b;
return(n);
}
main()
{
int a,b,c;
printf(”Input two integers.¥n”);
scanf(”
%d %d”,&a,&b);
c=sumdata(a,b);
printf(”result=
%d¥n”,c);
}
プログラムh10.c
main関数以外にsumdataという関数を定義
計算結果nを返す．関数sumdataはint型の関数と定義
したため，返す値nもint型である必要がある．
関数sumdataに変数a, bの値を渡して
所望の処理を行い，sumdataが返した
値をint型変数cに代入．
関数呼び出しを使用した例
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int sumdata(int a,int b){
int n;
n=a+b;
return(n);
}
C言語のプログラムでは，main関数は必須であるが，main以外に所望の処理を行う ための関数を定義することができる．定義方法はmain関数と同様だが，int sumdata(int a,int b){ }
のように，関数の型は，返される処理結果の型（前ページの場合は２つの int 型変数 の和をint型として返す）と一致している必要がある． 関数sumdataが呼び出されたときに渡されるデータの型を 定義．この例の場合，２つのint型のデータが受け渡される． 関数sumdataの定義部分の説明 関数sumdataの呼び出し部分の説明
sumdataはint型関数として定義したため，int型のデータを
返す（return）必要がある．int型変数nを返すようにする
ことで，関数sumdataに所望の処理（加算）を行わせること
ができる．変数aもint型なので，return(a);とすることも
可能だが，その場合はaの内容をそのまま返すだけ．
c=sumdata(a,b);
関数sumdataを呼び出し，int型変数aとbの内容を引き渡す． sumdataの実行結果（返されたint型の値）をint型変数cに代入．関数
組み込み関数 c=sumdata(a,b); の書き方で思い出すのは， z=pow(x,y); や y=sin(x); などの使い方だと思います．powやsinはいずれもfloat型の関数で，呼び出された ときに引き渡される変数がfloat型変数x，yです． これらの関数は，コンパイル時に –lm というオプションを付けることで使えるよう になります．つまり，-lm オプションは，自分で作成したmain関数にpow，sin関数 をくっつけるということを意味しています．powやsinなどのようにもともと組み込 まれている関数を，組み込み関数と言います．自分で作成する関数には，これら組み 込み関数とは異なる名前を付ける必要があります（この例の場合はsumdata）． 配列と関数の書式 配列を使う場合は a[i] のように中括弧[ ]を使います．a( )と書いてしまうと，aという関数を呼び出す ことになってしまいます．書き方が似ているので注意して下さい．
関数呼び出しを知ったことによって分かること
11 #include <stdio.h> long factorial(int x) { int i; long f; i=0; f=1; while(i<x){ ++i; f=f*i; } return(f); } main() { int n,r; long ncr; scanf(”%d %d”,&n,&r); ncr=factorial(n)/(factorial(r)*factorial(n-r)); printf(”n=%d, r=%d, nCr=%ld¥n”,n,r,ncr); }
プログラムh10-2.c
教科書にあるifとexit(1)のセットは，nとrに 関する誤入力を避けるためのもの．オペレータが 誤入力に注意すれば無くとも動作はする． factorial(n)はn!を返すので， この行はn!/(r!×(n-r)!)を示す． mainで呼び出されて返した値はlong型変数ncrに代入されるため， 関数factorialはlong型で定義．引き渡される数（引数 int x） は，main関数にあるとおりn，r，n-rであるためint型である． 計算内容については次ページ参照関数呼び出しによる組合せの計算(教科書P. 56の必要最小)
i=0; f=1; while(i<x){ ++i; f=f*i; } factorialがmain中で呼び出されたときの引数の値がxに 引き渡される．例えば，main中でfactorial(n)と呼び 出した場合は，xの値はnとなる． 1. iとfの値をそれぞれ0と1に設定 2. i<xである限り， ++i; f=f*i; を繰り返す． x=3の場合 iの値 fの値 0 1 whileループ開始 1 1 2 2 3 6 i=x となり i<x を満たさ ないためwhileループ終了 return(f)で 返されるfの値は6
関数factorialの計算内容(
n!)
13 if(scanf(”%d %d”,&n,&r)!=2){ printf(”Input 2 integers¥n”); exit(1); } scanfも組み込み関数なので，返り値が ある．scanfは読み込んだ値の「個数」 を返すことになっている．入力した値の 数が2でないときは，2以外の値を返す ので，きちんと2つの値が入力されたか どうか判断できる． プログラムを終了させる．exit(0);は正常終了， exit(1);は異常終了を示す．この場合は，2つの 整数が入力されない場合（!=2）なので異常終了 させる．
誤入力を避けるための処理部分の説明(教科書の例)
14 #include <stdio.h> int a,b; int func(int x) { int m; m=2; a=4; printf(”m, a = %d, %d¥n”,m,a); return(m*x); } main() { int m; m=5; a=2; printf(”m, a = %d, %d¥n”,m,a); b=func(a); printf(”m, a = %d, %d¥n”,m,a); printf(”b = %d¥n”,b);
プログラムh10-3.c
このプログラムで言いたいこと 局所変数と大域変数 局所変数 従来のように関数の{}内で定義された 変数（左の例では関数mainとfuncの 中の変数m） → その関数の中でのみ有効 大域変数 関数の{}の外で定義された変数 （左の例では変数aとb） → ソースプログラムに含まれる関数 全てで共通に使用される．変数の有効範囲の説明のプログラム(教科書P. 60の類似)
15 #include <stdio.h> int a,b; int func(int x) { int m; m=2; a=4; printf(”m, a = %d, %d¥n”,m,a); return(m*x); } main() { int m; m=5; a=2; printf(”m, a = %d, %d¥n”,m,a); b=func(a); printf(”m, a = %d, %d¥n”,m,a); printf(”b = %d¥n”,b); }
プログラムh10-3.c
大域変数はこのように関数の外で定義 同じ文字mを使用して２回変数定義が なされているが，それぞれmainと funcの中でのみしか有効でないため， 重複して定義したことにはならない （局所変数）．変数の有効範囲の説明のプログラム(教科書P. 60の類似)
16 #include <stdio.h> int a,b; int func(int x) { int m; m=2; a=4; printf(”m, a = %d, %d¥n”,m,a); return(m*x); } main() { int m; m=5; a=2; printf(”m, a = %d, %d¥n”,m,a); b=func(a); printf(”m, a = %d, %d¥n”,m,a); printf(”b = %d¥n”,b);
プログラムh10-3.c
変数mの値を5に設定 ここで関数funcが呼び出されるので， func中の変数mは2にセットされるが， main中のmの値は変わらず5である． 関数main中で変数mの内容を 表示してみると，相変わらず 値は5であるはず．それに対 し，bはa=2と関数func中の m=2の積であるから4になる．変数の有効範囲の説明のプログラム(教科書P. 60の類似)
17 return(m*x); これまで， int m,f; f=m*x; return(f); としていたものと同じ意味．
これまでと異なる用法
#include <stdio.h> long factorial(int x) { printf(”called: x=%2d¥n”,x); if(x==0) return(1); else return(x*factorial(x-1)); } main() { int n,r; long ncr; scanf(”%d %d”,&n,&r); ncr=factorial(n)/(factorial(r)*factorial(n-r)); printf(”n=%d, r=%d, nCr=%ld¥n”,n,r,ncr); }
プログラムh10-4.c
動作の説明は次ページ再帰的関数呼び出しによる組合せの計算(教科書p. 62の必要最小)
19 例えば，n=3のときにfactorial(n)が呼び出されると次のような動作をする． 3*factorial(2) 3*2*factorial(1) 3*2*1*factorial(0) 3*2*1*1 factorial(2)=2*factorial(1) なので factorial(1)=1*factorial(0) なので factorial(0)=1 なので long factorial(int x) { printf(”called: x=%2d¥n”,x); if(x==0) return(1); else return(x*factorial(x-1)); } 漸化式の処理などに有用ですが，使うには十分習熟することが必要でしょう． まず本資料7ページの使い方ができれば良いと思います．
前ページの再帰的呼び出しの説明
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課題Q10-20101209aで周波数f[j]におけるスペクト
ルS(f[j])の振幅a[j]を計算しました．
ここでは，周波数スペクトルS(j)の実部Sr[j]と虚部
Si[j]の値を受け取って振幅a[j]の値を計算する部分をサ
ブルーチン化して下さい．サブルーチン(main以外の関数)
名はcalcampなど何でも良いです．
※ h10.c，h10-2.cあたりが参考になると思います．
※ 配列データを関数に渡すのはまだ説明していないため，
main中で関数calcampを呼び出すところは，
for(j=0;j<N/10;++j){
re=Sr[j]; im=Si[j];
a=calcamp(re,im);
}
などとして下さい(re，im はfloat型の変数)．
課題Q10-20101209b
21 #include <stdio.h> #include <math.h> #define nn 90000 #define pi 3.1415 main() { int i,j,N; float sound[nn],ei[nn],er[nn]; float f[nn],Sr[nn],Si[nn],a; FILE *fp; fp=fopen("./b0tb****.txt","r"); fscanf(fp,"%d",&N); for(i=0;i<N;++i) fscanf(fp,"%f",&sound[i]); fclose(fp); 続く
