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ロボットソフトウェア特論 (2)

2018.4.18

電気通信大学

大学院情報理工学研究科

末廣尚士

電気通信大学大学院情報理工学研究科情報学専攻ロボットソフトウェア特論2018年度前学期

2. Python入門- Pythonの特徴

インタプリタインタプリタ v.s. コンパイラ

段付けが構文的に意味を持つ段付けによるブロック構造

柔軟なデータ型リスト、辞書

オブジェクト指向

拡張性 C言語インタフェース

内観機能プログラムの中から変数などの情報を得ることができる

参考：日本Pythonユーザ会 <http://www.python.jp/>

2


- 参考書

オンラインドキュメント http://docs.python.jp/2/

チュートリアル http://docs.python.jp/2/tutorial/index.html

「Python 入門」（オライリー・ジャパン）

「はじめてのPython」（オライリー・ジャパン）

Dive into Python 2

3


- Python関連のインストール推奨OS： Ubuntu 16.04

python-visual：3Dグラフィックス

numpy：数値演算

matplotlib：グラフ描画

ipython, jupyter ：強化版インタラクティブ環境

4

robot:~$ sudo pip install jupyter

robot:~$ sudo apt-get install python-visual

robot:~$ sudo apt-get install python-matplotlib


- pythonの使い方

スクリプトとして使うエディタでプログラムを書く

pythonコマンドでスクリプトファイルを指定して実行する

モジュールとして使うエディタでプログラムを書く

スクリプトやpython実行環境の中からインポートする

インタラクティブに使う python実行環境の中で一行ずつ入力，実行する

インタラクティブに使いながらプログラムを書く数行ずつインタラクティブに実行する

最後にまとめてプログラムにできる5

これがロボットを動かす時にとても便利

結果を見ながらデータ処理，グラフを描くのに便利


- PythonとC++の比較

6

Python

C++

#!/usr/bin/env python

print “hello world!”

include <iostream>

using namespace std;int main() {

cout << “hello world!”<< endl;return 0;

}


- Python入門Hello World

変数

データ型

演算子

制御構造

関数

モジュール

内観機能

オブジェクト(次回)

7


- とにかく使う(command-line)

インタラクティブにやるのは、とても簡単

または，

8

$ python...>>> 1+23>>>

$ ipython...In [1]: 1+2Out[1]: 3

In [2]:


- とにかく使う(idle)

idleはエディタと実行環境を行き来できる統合開発環境

idle のインストール

python idleを使う python idleのアイコンをクリックして起動

この状態はエディットモード

メニューで，[run] → [python shell]を選ぶ

pythonのプロンプトが出たら後はlinuxと同じ

9

$ sudo apt-get install idle


- Hello World(スクリプトを書く)

エディタを起動（たとえばemacs）中身を書いてhello.pyとして保存

エディタを抜けてpythonコマンドで実行する

idleを起動同様に中身を書いてhello.pyとして保存

同時にidleの中で実行して試すことができる

idleを抜けてpythonコマンドで実行することもできる

10


- jupyterを使う

jupyterを起動

起動したディレクトリーをルートとしてwebサーバとwebブラウザが立ち上がる

webブラウザ上でプログラムを書くことができる

数行単位（cell）で部分ごとに実行して試せる

mark down記法によるコメントが付けられる

実行結果を説明用にhtmlにすることができる

最終結果をpythonプログラムにすることができる11

$ jupyter notebook


- jupyterの実行画面

12


- Hello World(スクリプト)

スクリプトファイル hello.py の中身

13

#!/usr/bin/env python# -*- coding: utf-8 -*-

print "Hello World !“

unixの場合のおまじない“#” は一般にはコメント、でもファイルの先頭の“#!”はシェルコマンドを指定する

コメントなどに日本語を使うときのおまじない．出来れば日本語は使わない方が可搬性が良い．windowsだと,cp932

プログラムの本文

windowsの場合はファイル名で判断するので不要だが，unixでもコマンドとして実行したいならおまじないをつけておくと良い．


- スクリプトの実行（linux）

linuxコマンドシェルでの実行 hello.pyを実行可能にする

Hello World の実行

または，python を呼び出して実行この場合は実行属性も「おまじない」は不要

14

$ ./hello.pyHello World !

$ chmod a+x hello.py

$ python hello.pyHello World !


- スクリプトの実行(windows)

コマンドウインドウを開いて実行 xxx.pyは自動的にpythonにバインドされるので実行属性や

おまじないはいらない．

またはwindowsのエクスプローラレベルで， hello.pyをダブルクリック

ただし，今回のスクリプトの場合Hello Worldのメッセ時を出力した後，一瞬で消える．

15

C: ....> hello.pyHello World !


- スクリプトの実行（idle)

hello.pyをidleで開くメニュー,[Run]→[Run Module]で実行

16

Python 2.7.1 (r271:86832, Nov 27 2010, 18:30:46) [MSC v.1500 32 bit (Intel)] on win32Type "copyright", "credits" or "license()" for more information.>>> ====================== RESTART ========================>>> hello world!>>>


- 変数

変数は宣言なしで使える

変数にはいろいろな型のデータを代入することができる

17

>>> a=1>>> b=2>>> b=2.0>>> c="abc">>> d="def">>> a+b3.0>>> c+d'abcdef'


- データ型

数値（整数、実数など）

文字列

リスト

タプル

辞書

真偽

・

・

・18


- 数値

19

>>> 11>>> 1+23>>> 2/100>>> 2/10.00.2>>> 2222222222222222222222222222222222222222222222222222222 222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222L>>>


- 文字列

“abc” と ‘abc’ の２つの表現が可能

20

>>> 'abc''abc'>>> "abc"'abc'>>>'abc"d"ef''abc"d"ef'>>> 'ab'+"def"'abdef'>>> 'asdf'[3]'f'>>> 'asdfadafsdfasf'[3:7]'fada'>>> 'ab'*4'abababab'>>>


- リスト (list)

とてもフレキシブルなデータ構造

まずは単純なリスト

要素の引用

21

>>> a=[1,2,3,4,5,6]

>>> a[2]3>>> a[-1]6>>> a[2:4][3,4]>>> a[4:][5,6]


- リスト (list)

要素の変更

要素の追加

22

>>> a[2]=5>>> a[1,2,5,4,5,6]>>> a[2:4]=[8,9]>>> a[1,2,8,9,5,6]

>>> a.append(7)>>> a[1,2,8,9,5,6,7]


- リスト (list)

複雑な構造要素は異なるデータ型でも良い

配列的な使い方

23

>>> a=[1,2,"abc",3.5,["a",4],4,5]>>> a[1, 2, 'abc', 3.5, ['a', 4], 4, 5]

>>> a=[[1,2,3],[4,5,6],[7,8,9]]>>> a[[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]>>> a[1][4, 5, 6]>>> a[1][2]6


- 代入とコピー3種類のコピー(1)変数への代入

コピーとはいえないが，よく勘違いする．

問題：aの値は？24

>>> a=[1,2,3]>>> a[1, 2, 3]>>> b=a>>> b[1, 2, 3]>>> b[2]=0>>> b[1, 2, 0]>>> a


- 代入とコピー3種類のコピー(1)変数への代入

コピーとはいえないが，よく勘違いする．

25

>>> a=[1,2,3]>>> a[1, 2, 3]>>> b=a>>> b[1, 2, 3]>>> b[2]=0>>> b[1, 2, 0]>>> a[1, 2, 0]>>>


- 代入とコピー

浅いコピー(shallow copy)(1)

問題：aの値は？

26

>>> a=[1,2,3]>>> b=a[:]>>> b[1, 2, 3]>>> b[2]=0>>> b[1, 2, 0]>>> a




27

>>> a=[1,2,3]>>> b=a[:]>>> b[1, 2, 3]>>> b[2]=0>>> b[1, 2, 0]>>> a[1, 2, 3]




問題：aの値は？

28

>>> a=[[1,2,3],[4,5,6],[7,8,9]]>>> b=a[:]>>> b[[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]>>> b[1]=[]>>> b[[1, 2, 3], [], [7, 8, 9]]>>> a[[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]>>> b[2][2]=0>>> b[[1, 2, 3], [], [7, 8, 0]]>>> a




29

>>> a=[[1,2,3],[4,5,6],[7,8,9]]>>> b=a[:]>>> b[[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]>>> b[1]=[]>>> b[[1, 2, 3], [], [7, 8, 9]]>>> a[[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]>>> b[2][2]=0>>> b[[1, 2, 3], [], [7, 8, 0]]>>> a[[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 0]]



深いコピー(deep copy) copyモジュールをインポートする

copy()とdeepcopy()が使える

copy()の方はshallow copy

¥

30

>>> import copy>>> a=[[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]>>> b=copy.deepcopy(a)>>> b[[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]>>> b[2][2]=0>>> b[[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 0]]>>> a[[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]


- ３種類のコピーのイメージ図

変数への代入

浅いコピー(1)

31

[1,2,3]

b:

a: >>> a=[1,2,3]

>>> b=a[1,2,3]a:

>>> b=a[:]

b:

[1,2,3]a:

[1,2,3]



浅いコピー(2)

32

[7,8,9]

a:

>>> a=[[1,2,3],[4,5,6],[7,8,9]]

>>> b=a[:]

b:

[4,5,6][1,2,3]

[ , ]

[7,8,9]

a:

[4,5,6][1,2,3]

[ , ]

[ , ]



深いコピー

33

[7,8,9]

a:

>>> a=[[1,2,3],[4,5,6],[7,8,9]]

>>> b=deepcopy(a)

[4,5,6][1,2,3]

[ , ]

[7,8,9]

b:

[4,5,6][1,2,3]

[ , ]

[7,8,9]

a:

[4,5,6][1,2,3]

[ , ]


- タプル (tuple)

変更のできないリスト

34

>>> a=(1,2,3)>>> a[1]=3

Traceback (most recent call last):File "<pyshell#95>", line 1, in <module>

a[1]=3TypeError: 'tuple' object does not support item assignment>>>


- 辞書

キーワードでデータにアクセスできる

35

>>> a={'key1':123, 1:'item1', 3.5:'item2', 'key2':[1,2,3]}>>> a{3.5: 'item2', 1: 'item1', 'key1': 123, 'key2': [1, 2, 3]}>>> a[3.5]'item2'>>> a['key2'][1, 2, 3]>>> a[1]='item1'>>> a[1]={'a1':3, 'a2':5}>>> a{3.5: 'item2', 1: {'a1': 3, 'a2': 5}, 'key1': 123, 'key2': [1, 2, 3]}>>>


- 真偽

基本は True と False

条件分岐では0, None,[], {}は偽、その他は真

True は 1 と同じ 2は真だがTrueではない

False は 0 と同じ []は偽だがFalseではない

36

>>> 1 == TrueTrue>>> 2 == TrueFalse>>>

>>> 0 == FalseTrue>>> [] == FalseFalse


- 演算子

Cなどと似ている

四則：+, - , *, /, ….

論理：==, !=, >, <>,

文字列やリストも演算の対象？

37

>>> [1] + [2][1, 2]>>> >>> [1,1] < [1]+[2]True>>>


- 条件分岐

if と else

38

>>> a=True>>> if a :... print 1... else :... print 2...

1>>> a=False>>> if a :... print 1... else :... print 2

2

ブロックの段付けに注意！

コロン

elseはifと同じレベル！


- 条件分岐（スクリプト）

if と else

39

a=Trueif a :

print 1else :

print 2

a=Falseif a :

print 1else :

print 2

pythonではブロックごとに段付けがそろっていることが重要．

段付けの文字数は同一ブロック内で同じ必要があるが，その数自身は重要ではない．

4文字程度がお勧め．


- 条件分岐 (and と or)

A and B

A式を実行、真ならばB式も実行、偽ならばB式は実行しない。

この分岐を and then と呼ぶ

A or B

A式を実行、偽ならばB式も実行、真ならばB式は実行しない。

この分岐を or else と呼ぶ．

40

>>> a = True>>> a and 11>>> a = False>>> a and 1False

>>> a = True>>> a or 1True>>> a = False>>> a or 11


- 制御構造（ループ）

forループ(for elmt in data-list :) listやtapleの要素を１つずつ取り出して尽きるまで繰り返す

41

>>> range(10)[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

sum = 0for i in range(10):

sum = sum + iprint sum

数字のリストを作る関数

ブロックの段付けに注意！

コロン


- 制御構造（ループ）

whileループ(while cond : ) 条件が真である限り続ける

42

i = 0sum = 0while i< 10 :

sum = sum + ii = i + 1

print sum


- 制御構造（ループからの脱出）

breakを使って１つ上のループを抜ける

43

i = 0sum = 0while True :

sum = sum + ii = i + 1if i >= 10 :

breakprint sum


- 関数定義def と return

return がないと値が返らない

44

>>> def test(x, y) :... return 2 * x + y...

>>> test(3 ,2)8

>>> def test(x, y) :... 2*x+y...

>>> test(3,2)>>>


- 引数のdefault値の指定

引数のdefault値の指定

呼び出し例

45

def test(x=0, y=0) :return 2 * x + y

>>> test(3,2)8>>> test()0>>> test(3)6>>> test(y=2)2>>>

default値が指定されていると省略できる

キーワード（変数名）で引数を指定できる．これはdefault値が指定されていなくても可能．


- 複数の値のreturn複数の値のreturn

複数の値の受け取り

46

def test(x,y) :return x, y, 2*x+y

カンマで区切って複数の値を返すことが出来る

>>> a=test(3,2)>>> a(3, 2, 8)>>> a,b,c=test(3,2)>>> a3>>> b2>>> c8

1つの変数でタプルとしてまとめて受け取ることが出来る

対応した個数の変数でばらばらに受け取ることもできる


- 関数についての補足

仮引数はローカル変数

呼び出しは値渡し

変数のアドレスを渡すことはできない一般には戻り値で結果を返して代入する

どうしても変数に値を入れて戻ってきたいときは，リストや構造体を渡す

47


- モジュール

システムが用意したライブラリや自分の作ったプログラムをmoduleとして読み込むことができる．

読み込むモジュールのディレクトリにパスが通っていなくてはならない．

システム，インストールしたライブラリ，カレントディレクトリはパスが通っている．

48


- モジュールの読み込み（import）

読み込み方は大きく２つ

49

>>> import math>>> sqrt(3)

Traceback (most recent call last):File "<pyshell#1>", line 1

sqrt(3)NameError: name 'sqrt' is not defined>>> math.sqrt(3)1.7320508075688772

>>> from math import *>>> sqrt(3)1.7320508075688772


- モジュールに別名をつける

モジュール名が長いと使いにくい場合は別名を使うと良い．

import module_name as alias_name

50

>>> import math as m>>> m.sqrt(3)1.7320508075688772


- 内観機能

それが何であるかを調べる

dir 関数

51

>>> import math>>> dir(math)['__doc__', '__name__', '__package__', 'acos', 'acosh', 'asin', 'asinh', 'atan', 'atan2', 'atanh', 'ceil', 'copysign', 'cos', 'cosh', 'degrees', 'e', 'erf', 'erfc', 'exp', 'expm1', 'fabs', 'factorial', 'floor', 'fmod', 'frexp', 'fsum', 'gamma', 'hypot', 'isinf', 'isnan', 'ldexp', 'lgamma', 'log', 'log10', 'log1p', 'modf', 'pi', 'pow', 'radians', 'sin', 'sinh', 'sqrt', 'tan', 'tanh', 'trunc']


- オブジェクト

オブジェクトは次回以降，少しずつ

52


例題2-1 pythonの練習

階乗を求める関数を作る

入力：n (n=0,1,2,....)

出力：n!=1*2*...*n

(1) 繰り返しで1からnまで掛ける。fact1(n)

(2) 再帰呼び出し。fact2(n)

n=0のとき、1

n>0のとき、n*fact2(n-1)

おまけ：nが定義域以外の場合の処理は？

53


課題1：例題2-1をやる

階乗を求める関数を作る

入力：n (n=0,1,2,....)

出力：n!=1*2*...*n

(1) 繰り返しで1からnまで掛ける。fact1(n)

(2) 再帰呼び出し。fact2(n)

n=0のとき、1

n>0のとき、n*fact2(n-1)

おまけ：nが定義域以外の場合の処理は？

54


- 課題1のやり方

エディタやidleで関数fact1, fact2を書く． file名は、report1_学籍番号.py

python を起動して，ファイルをモジュールとして読み込み，関数を試してみて正しく動くことを確認すること．

ファイルを添付して[email protected]

メールの表題は「ロボットソフトウェア特論:課題1」

〆切、4月23日(月)

55


付2. ロボットRTCのインストールOS： Ubuntu 16.04

講義のHPからRobots.tar.gzをダウンロード

openrtmの下で展開

動作確認

56

robot:~$ cd openrtmrobot:~/openrtm$ tar –zvf Robot.tar.gz

robot:~$ cd openrtm/Robots/arm6dofrobot:~/openrtm/Robots/arm6dof$ python Arm6dof.py


- 次回予告

ロボットアームコンポーネントを動かしてrtc_handle.pyを用いて，python環境から扱う．

rtc_handleの旧バージョンの説明はここhttp://www.taka.is.uec.ac.jp/~suehiro/rtm0.4.2/rtc_handle.html

57

http://www.taka.is.uec.ac.jp/~suehiro/rtm0.4.2/rtc_handle.html


- 5/2(水)は休講

5/2(水)は休講にします．

そのかわり7/25(水)まで

講義を行います．

58

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