グラミングの基礎（式，変数，条件

cs-4. さまざまなプログラミング言語，

コンピュータでの計算の誤差，プロ グラミングの基礎（式，変数，条件

分岐，繰り返し）

（コンピューターサイエンス）

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

1

金子邦彦

今日の内容

プログラミングの初心者を想定して，プログラミングの基 礎を教える

• さまざまなプログラミング言語

• プログラミングとは

• コンピュータでの計算の誤差

• プログラム開発環境

• 式，変数，条件分岐や繰り返しによる処理

2

4-2 さまざまな

プログラミング言語

（コンピューターサイエンス）

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

3

金子邦彦

プログラミング 言語は複数ある

•

複数のプログラミング言語を学 ぶことは大事．

賛成できますか？

•

「１つを知っていれば，どの言 語も大体似ているので，応用が 利く」という考え方もある．

•

「やりたいこと，学びたいこと に向いた言語を，そのときどき で選ぶのが，一番良い」とも．

•

人によって「好きな言語が違 う」ということも

4

さまざまなプログラミング言語

• Python

• C

• Java

• JavaScript

• R

• Octave

• Scheme

など

5

ここで行う作業

１．20 より大きければ「big」、

さもなければ「small」と表示 ２．0 + 1 + 2 + 3 + 4 + 5 を求める

なぜプログラミング言語は たくさんあるのでしょうか？

6

それぞれ 特徴があ

る

Java

どのコン ピュータ でも同じ プログラ ムが動く．

普及度は トップレ

ベル．

Python

初心者向 け．その おかげで，

多数の拡 張機能も．

C / C++

コン ピュータ の性能を 最大限引 き出す．

R

「データ 処理」に 特化した コマンド

言語

SQL

「データ ベース」

に特化し たコマン

ド言語

MATLAB / Octave

「数値計 算」，

「信号処 理」など に特化し たコマン

ド言語

Python プログラム見本

x = 100 if (x > 20):

print("big") else:

print("small") s = 0

for i in [1, 2, 3, 4, 5]:

s = s + i print(s)

7

• すぐに実行できる

• さまざまな「パッケージ」で 機能を拡張できる

• Windows でも Linux でも，ほ ほ同じプログラムで動く

Java プログラム見本

public class Main {

public static void main(String[] args) throws Exception { int x = 100;

if (x > 20) {

System.out.printf("big¥n");

} else {

System.out.printf("small¥n");

}

int s = 0;

for(int i = 1; i <= 5; i++) { s = s + i;

}

System.out.printf("%d¥n", s);

}

} 8

• Windows でも Linux でも

Android アプリでも，同じプロ グラムで動く

C プログラム見本

#include <stdio.h>

int main(void){

int x, s, i;

x = 100;

if (x > 20) {

printf("big¥n");

} else {

printf("small¥n");

}

s = 0;

for(i = 1; i <= 5; i++) { s = s + i;

}

printf("%d¥n", s);

return;

} 9

・コンピュータの決め細かなコ ントロール

・高速実行できるチューニング

JavaScript プログラム見本

process.stdin.resume();

process.stdin.setEncoding('utf8');

var util = require('util');

var x = 100;

if (x > 20) {

process.stdout.write('big¥n');

} else {

process.stdout.write('small¥n') }

var s = 0;

for(var i = 1; i <= 5; i++) { s = s + i;

}

process.stdout.write(util.format('%d¥n', s));

10

Webアプリに向く

R プログラム見本

x <- 100 if (x > 20) {

print("big") } else {

print("small") }

s <- 0

for (i in c(1,2,3,4,5)) { s <- s + i

}

print(s)

11

データ専門家向け

Octave プログラム見本

x = 100 if (x > 20)

printf("big¥n") else

printf("small¥n") endif

s = 0

for i = [1 2 3 4 5]

s = s + i endfor

printf("%d", s)

12

行列計算，信号処理など に向く

Scheme プログラム見本

(define (decide x) (cond

((> x 20) "big") (else "small"))) (define (sum n)

(cond

((= n 0) 0)

(else (+ (sum (- n 1)) n)))) (begin

(print (decide 100)) (print (sum 5)))

13

関数型言語

4-3 プログラミングとは

（コンピューターサイエンス）

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

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金子邦彦

アウトライン

プログラミング，プログラム

•

ソースコード

•

プログラムの実行

15

プログラミング

•

コンピュータは、プログラムで動く

•

プログラミングは、プログラムを設計、製作 すること

•

何らかの作業を、コンピュータで実行させる ために行う

16

プログラムの ソースコード

プログラムの 実行結果

ソースコード

•

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

17

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

Python

プログラムの実行手順例

•

プログラムの起動は，シェル

のコマン ドプロンプトなど）から，コマンドで行える

18

Python プログラムのソース コードを，foo.py のような ファイル名で保存しておく

•

ソースコード

プログラミングで気を付けること

•

コンピュータは「万能のマシン」と言われる こともある

•

プログラムで行わせたい「作業」について，

深い理解が必要

•

プログラム中の誤り（バグ）を，コンピュー タが自動で発見してくれるわけではない．

•

「プログラムが期待通りに動いているか」を 検証する、テストが必要

19

まとめ

•

プログラミングは，プログラムを設計，製作する こと

20

4-4 コンピュータでの 計算の誤差

（コンピューターサイエンス）

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21

金子邦彦

コンピュータで「１÷３」 を求めるとどうな ると思いますか

1. 0.333333333333333333333333333333

と無 限に表示される

2.

計算できない

3.

正確な値が表示されない（誤差を含む）

22

•

コンピュータを使うからといって，計算が完璧 に正確というわけではない

23

Paiza.IO

24

さまざまなプログラミング言語の体験，

演習ができるオンラインサービス

① ウェブブラウザで次の URL を開く https://paiza.io/ja

② 「コード作成を試してみる」をク リック

③ 言語を選ぶ．この授業では Python 3

1/3 は？

① 次のソースコードを実行．結果を確認

25

0.00000000000000003333333333 3333333333333333333333333...

が誤差！

1/6, 1/9 は？

② 「

」

「

」を計算

26

③ 半径が

の円の面積は

×

×

円周率

コンピュータで求めてみた結果例

27

④ 次のソースコードを実行．結果を確認

print(3 * 3 * math.pi)

28

これも正確な値ではあり ません

３倍

⑤ 次のソースコードを実行．結果を確認

※

「

」は

個．（すべて半角文字）

⑥ 次のソースコードを実行．結果を確認

※

「

」は

個．（すべて半角文字）

29

３倍

⑦ 次のソースコードを実行．結果を確認

※

「

」は

個．（すべて半角文字）

⑧ 次のソースコードを実行．結果を確認

※

「

」は

個．（すべて半角文字）

誤差がある 誤差がある 30

コンピュータの計算では，誤差が出てくる ことがある

「

」以外でも，桁数や「

」を 変えていろいろ試してみなさい

31

★ 全員が納得し，実感するのを待ちます

4-5 プログラム開発環境

（コンピューターサイエンス）

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金子邦彦

プログラム開発環境

プログラム開発環境は、プログラミングにおけ るさまざまなことを支援する機能をもったプロ グラム

• プログラムの作成、編集（エディタ）

• プログラム中の誤り（バグ）の発見やテストの支援

（デバッガ）

• プログラムの実行

• マニュアルの表示

• プログラムが扱うファイルのブラウズ

• プログラムの配布（パッケージ機能など），共有，

共同編集

• 公開，共有，共同編集

• バックアップ，バージョン管理

※ これらが簡単に行えるようになる

33

オンラインのプログラム開発環境

•

プログラム開発環境の操作は，ウエブブラウザで できる

•

自分のパソコンに，特別なソフトをインストール する必要がない

•

機能制限がある場合が多い

•

利用登録の有無と内容，利用条件，料金について は，利用者で確認のこと

34

プログラム作成ができるウエブサービス

（オンラインの開発環境）の例

35

http://pythontutor.com/

Python Tutor

https://www.onlinegdb.com/

GDB online

プログラム作成ができるウエブサービス

（オンラインの開発環境）の例

36

https://repl.it/

repl.it

https://paiza.io/

Paiza.IO

プログラム作成ができるウエブサービス

（オンラインの開発環境）の例

37

https://colab.research.google.com/

Google Colaboratory

https://www.tutorialspoint.com/

codingground.htm

Coding Ground

• Python Tutor http://www.pythontutor.com/

• Python, C, Java, JavaScript

• ステップ実行，オブジェクトの表示がビジュアルに

38

• paiza.IO https://paiza.io/?locale=ja-jp

• Python, C, Java, JavaScript, R の他にも SQL など多数 の言語

• 操作が簡単．表示は日本語．

• 一定の条件下でファイル操作も可能

39

• Coding Ground

https://www.tutorialspoint.com/codingground.htm

• Python, C, Java, JavaScript, R, Octave/MATLAB の他にも ，

SQL, bash, アセンブリ言語など多数の言語

• ファイル作成，ファイル読み書きの実習も簡単にできる

• 複数プログラムファイルの組み合わせも簡単にできる

• Google Colaboratory

https://colab.research.google.com/

• Python の開発環境

• 多数のパッケージがインストール済み

• ノートブックにより，記録が簡単に残せる．ビジュアルな 表示も簡単に可能

• プログラムの共有も簡単

40

まとめ

•

プログラム開発環境は，プログラミングにおける さまざまなことを支援する機能をもったプログラ ム

41

4-6 式と変数

（コンピューターサイエンス）

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金子邦彦

Python

•

プログラミング言語の１つ

•

無料で使うことができる言語である

• Python

には，バージョン

バージョン

などが ある．

※

この授業では，バージョン

を使用

43

Paiza.IO

44

さまざまなプログラミング言語の体験，

演習ができるオンラインサービス

① ウェブブラウザで次の URL を開く https://paiza.io/ja

② 「コード作成を試してみる」をク リック

③ 言語を選ぶ．この授業では Python 3

式

① 次のソースコードを実行．結果を確認

45

すべて半角文字

「*」は掛け算の記号

② 次のソースコードを実行．結果を確認

46

すべて半角文字

「*」は掛け算の記号

変数

•

変数は，値を覚えておくためのメモリ

③ 次のソースコードを実行．

x = 100

④ 次のソースコードを実行．結果を確認

print(x)

47

実行ボタンを押しても，

何も表示されない のは OK

x の値が表示される

⑤ 次のソースコードを実行．結果を確認

a = 10 b = 20

print(a + b) print(a * b)

print((a + 10) * b)

48

⑥ 底辺が２．５で，高さが５のとき，

三角形の面積は，面積： ６．２５ 次のソースコードを実行．結果を確認

teihen = 2.5 takasa = 5

print(teihen * takasa / 2)

49

⑦ 面積が９の正方形について，辺の長さを求める．

次のソースコードを実行．結果を確認

import math

print(math.sqrt(9))

50

4-7 条件分岐，繰り返し

（コンピューターサイエンス）

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

51

金子邦彦

条件分岐

•

条件分岐では，変数の値によって，結果が変 わるなどの判断を行う

age

の値が

以下

以上

52

条件分岐のプログラム例

53 age = 18

if age <= 12:

print(500) else:

print(1800)

if (age <= 12)

の直後に「

」

の直後に「

」

（どちらも，コロン）

字下げも正確に！

print の前に，「タブ (Tab)」を 1つだけ

ノートページ

字下げ

54

正しくない字下げ 正しい字下げ

Paiza.IO

55

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① ウェブブラウザで次の URL を開く https://paiza.io/ja

② 「コード作成を試してみる」をク リック

③ 言語を選ぶ．この授業では Python 3

結果を確認

56

実習

• 18

を

に書き換えて，実行し，結果を確認

57

条件分岐

•

次のプログラムを作成

58

① weight と料金の関係は次の通りです

weight の値が 100未満 → 0 yen

100以上 → 1000 yen

② weight = 80 のとき、料金はいくらになりますか

正解の例は次のページにありますが，

なるべく見ずに，自分で考える

59

配列

•

データの並びで，０から始まる番号（添字）が付 いている

60

180 20 250 40 0 1 2 3

ノートページ

配列データ

•

４つの価格について，１．０８倍を求める

61

180 20 250 40 0 1 2 3

•

次のソースコードを実行．結果を確認

p = [180, 20, 250, 40]

for i in p:

print(i * 1.08)

62

月の日数

•

次のソースコードを実行．結果を確認

days = [0, 31, 28, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31]

print( days[6] ) print( days[7] )

63

6 月は 30日まである．7 月は 31日まである．

ポイント：月の日数についてのデータを作る

※ うるう年のことは考えないことにする

実習３．物体の落下

•

次のソースコードを実行．結果を確認

x = [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]

for t in x:

print( (9.8 / 2) * t * t )

64

for を使って計算を繰り返している

for による繰り返し

x = [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]

for t in x:

print( (9.8 / 2) * t * t )

65

ノートページ

繰り返す処理

t

の値は

と変化し，全部済んだら終わる