コンピュータサイエンティストのように考えよう(3)

さて、前問を拡張して以下のように問題を考える。

整数値が三つあり、先の二つの整数の和と第三の整数との加法、減法、乗法、除法を表現することを考える

表現1


a<-3     整数値を入れる箱を用意しaというラベルを貼る。そして3を入れる
b<-2    整数値を入れる箱を用意しbというラベルを貼る。そして2を入れる
c<-5
(a+b)+c?    
(a+b)-c?
(a+b)Xc?
cが0ならば
    cが0です!
そうでなければ
    (a+b)÷c?

括弧は演算の優先順序が高いことを示す。
表現2


a<-3     整数値を入れる箱を用意しaというラベルを貼る。そして3を入れる
b<-2    整数値を入れる箱を用意しbというラベルを貼る。そして2を入れる
c<-5
t<-a+b   整数を入れる箱を用意しtというラベルを貼る。a+bの結果をしまう。
t+c?    
t-c?
tXc?
cが0ならば
    cが0です!
そうでなければ
    t÷c?

このようにすると無駄な計算をしないで表現できる。
 

コンピュータサイエンティストのように考えよう(2)

前の問題をより汎用性を高めるために、例外があるかどうか考える。

整数3と整数2の加法、減法、乗法、除法を表現することを考える:

表現1


a<-3     整数値を入れる箱を用意しaというラベルを貼る。そして3を入れる
b<-2    整数値を入れる箱を用意しbというラベルを貼る。そして2を入れる
a+b?    ラベルaの箱にある整数とラベルbの箱にある整数の和は?
a-b?
aXb?
a÷b?

bの値が0であるときである。このときa÷bは問題となる。それを指摘し計算はしないとしよう。
表現2


a<-3     整数値を入れる箱を用意しaというラベルを貼る。そして3を入れる
b<-2    整数値を入れる箱を用意しbというラベルを貼る。そして2を入れる
a+b?    ラベルaの箱にある整数とラベルbの箱にある整数の和は?
a-b?
aXb?
bが0ならば
    bが0です!
そうでなければ
    a÷b?

表現2では例外の扱いもしてありより汎用性が高いものとなっている。

コンピュータサイエンティストのように考えよう(1)

プログラミング教育で最初に考えなければならないことは何か?

「それは順序立てて物事を表現する」ことであると思われるが、この表現に汎用性があることが大事である。この汎用性のある表現をアルゴリズムという。

例えば整数3と整数2の加法、減法、乗法、除法を表現することを考える:

表現1


3+2?
3-2?
3X2?
3÷2?

そして3が5に、2が4になったときには


5+4?
5-4?
5X4?
5÷4?

と表現できる。

この表現では最初の数値を変えたときは全てを書き直す必要がある。

表現2


a<-3     整数値を入れる箱を用意しaというラベルを貼る。そして3を入れる
b<-2    整数値を入れる箱を用意しbというラベルを貼る。そして2を入れる
a+b?    ラベルaの箱にある整数とラベルbの箱にある整数の和は?
a-b?
aXb?
a÷b?

この表現では最初の数値を変えたときは、その部分の変更だけで済む。

汎用性が増したことになる。

 

 

MicroBitを使ってみる(3)

今回は音を出してみた。スピーカーが必要だが今回は梅沢無線で購入した圧電スピーカー(二個で170円)を使った。MicroBitはアナログ・デジタル変換によってデジタル信号をアナログに変換して出力するポートを3つ持っている。今回はp0ポートを使った。

MicroBitにつないだ圧電スピーカー

使ったプログラム:


import music

while True:
    music.play(music.PYTHON)
    #music.play(music.BADDY)

music.PYTHONはMicroBitに登録されている音サンプルで、モンティ・パイソン(Monty Python)のテーマ曲でそれを繰り返す。圧電スピーカーは低音はブザーのようにしか聞こえないが高音はそれなりに聞ける。

 

MicroBitを使ってみる(2)

今回はボードに搭載されている磁気センサーを使って方位の検出をしてみた。ボードのmicroUSBの端子がある方向を北に向けるとセンサーからの値は0になり、反対側を向けると180になる。つまり反時計回りに0から360までの値をセンサーは取る。

プログラムはボードの向く方向に拘わらず表示板(5X5のled)に北の方向を示す矢印を表示するといったプログラムである。


from microbit import *

#compass.calibrate()

dd = [Image.ARROW_N, Image.ARROW_NW, Image.ARROW_W,
        Image.ARROW_SW, Image.ARROW_S, Image.ARROW_SE, 
        Image.ARROW_E, Image.ARROW_NE]
a0 = 45 // 2
a1 = 360 - a0
while True:
    n_index = 0
    head = compass.heading()
    print((head,))
    if (head > a0) and (head < a1):
        n_index = ((head - a0)) // 45 + 1
    display.show(dd[n_index])
    sleep(100)
    

実行例を画像で示す。ボードは南東を向いて配置されているが、矢印は北を向いている。

「北」の方向を指す矢印

このpyhtonプログラミングでは初期に実行時のエラーがあったがこれを見つけるのに苦労した。実行時のエラーがあるとMicroBitは停止するがそれ以外の情報はない。随所にprint文を入れて変数の値を調べることが唯一の対処法である。

MicroBitを使ってみる

写真のようにMicroBitをmicroUSBを使ってPC(windows7)に接続してPCからPythonプログラムを転送しそれをMicroBitで実行するという手順である。PC側ではMuと呼ばれるエディター(むしろ統合環境)を使った。Muという統合環境ではPythonプログラムの編集、シンタックスチェック、プログラムのMicroBitへの転送ができる。

プログラム実行中のMicroBit。ボードが右に傾いているので”R”を表示。

さらにインタープリタモードでPythonのコマンドを実行することもできる。このモード(REPLと名前がついている)に入ると転送したプログラムは一時停止した状態になる。このモード画面をprint文の出力画面にも利用できる。そのばあいにはMicroBitの裏面にあるリセットボタンを押し、一時停止していたプログラムを実行させる(リセットの操作が面倒)。

例として使ったプログラム:


from microbit import *

while True:
    reading = accelerometer.get_x()
    sleep(20)
    print((reading,))
    if reading > 120:
        display.show("R")
    elif reading < -120:
        display.show("L")
    else:
        display.show("-")

加速度センサーでボードの傾きを検出し、左右(”L”、”R”)を表示する簡単なプログラムである。プログラム中のプリント文print((reading,))はインタープリタモード画面やMuが持つプロッタ機能のためである。プロッタ機能は繰り返しの出力(出力形式はタプルである。一つのみの値をタプルにするには(x,)とすればよい)をグラフ化する。このプロッタ機能は便利である。

実行中の画面

Muのプロッタ機能(縦軸はセンサーからの値、横軸は回数)

Micro BitとPython

Micro Bitは英国BBCを主体として開発された教育用のmicro-computerボードである。この製品の主な仕様は以下のようである:

  • MCU:32 bit ARM Cortex M0ベース Nordic nRF51822
    • 動作周波数:16 MHz
    • RAM:16 KB
    • BLE搭載
  • LED × 25個(明るさセンサとしても使える)
  • ボタンスイッチ × 2個
  • 加速度センサ × 1個
  • 磁力センサ × 1個
  • バッテリーコネクタ × 1個(JST製PHコネクタ2ピン)
  • サイズ:43 × 52 × 11 mm(コネクタ部含む)
  • 重さ:9 g

つまり独自にmicro-computerを搭載し、周辺装置として25個(5X5)のLED、加速度センサー、磁力センサーを持っている。プログラムによっては25個のLEDで文字を表現することもできるし、加速度センターの値を読むことでこのボードの水平からの傾き、磁気センサーで方向を知ることもできる。

プログラムは別のPCで開発しUSBを通じてこのボードに転送する。電源が別途あればUSBを外しても転送されたプログラムは実行される。

このボードにはPythonインタープリタを移植することができる。つまりPythonでプログラミングをすることができるようになっている。

面白いボードであるが、中学生高学年あたりがコンピュータやプログラミングについて学習するのに適しているかなという印象をもった。

 

藤沢周平の世界:データベースの話

藤沢周平は好きな作家の一人である。以前のこのブログで話題にしたことがある。

文庫本のかたちで全作品を持っている。どの作品がどのタイトルの文庫本に収録されているかを検索できるデータベースを作ってみた。

一例を示す:

検索結果の表示

wxPythonにはデータベースの結果表示に便利なgridクラスがあり表になったデータを適切に表示できる。

Pythonのマルチスレッドの覚書

マルチスレッドの一般論はここにある。プログラムで重たい処理の部分を干渉なしにバッチ処理的にやる部分を一つのスレッドと他の部分と独立に実行させる。こんなイメージがスレッドである。

Python上でスレッドを使った一例を示す:


import threading

a_final = 0


def count():
    global a_final
    for i in range(10000000):
        a = i+1
    a_final = a   
    print('end_count')
    return
def main():
    t = threading.Thread(target=count)
    t.daemon = True
    t.start()
    t.join()
    print(a_final)
    print('end_main')

if __name__ == '__main__':
    main()

関数mainの中で関数countをスレッドとして走らせる。メソッドJoin()はスレッドとそのスレッドを走らせた関数(今の場合はmain)が同時に終了するように同期をとるメソッドである。

これのGUI版は以下のようになる:


import tkinter as tk
from tkinter import ttk
import threading


a_final = 0

root = tk.Tk()
label = tk.Label(text='vinoth')
label.pack()

def fix():
    t = threading.Thread(target=count)
    t.daemon = True
    t.start()
    t.join()
    label['text'] = a_final
    return
    

def count():
    global a_final

    for i in range(100000000):
        a = i+1
    a_final = a


button = tk.Button(text='sub', command=fix)
button.pack()
dropdown = ttk.Combobox()
dropdown.pack()

root.mainloop()

こんな感じになる。