プログラミング論Ｉ 担当 小橋（情報システムコース） 講義担当者 • 小橋昌司 – 情報システムコース所属 – [email protected] – http://www.eng.u-hyogo.ac.jp/eecs/kobashi/index-j.html • 他担当科目 Brain 1 – プログラミング演習（１年後期） – 電気系工学実験ＩＩ（３年生通年） • 研究内容 Cerebral Aneurysm これまでの研究成果 3 Brain Function Lung Lobe 膵管 Liver S R L I Artificial Hip Joint Foot Bone Artificial Knee Joint – 医用画像処理 Meniscus(半月板) L P A 兵庫県立大学 R プログラミング論Ⅰ 2 2 講義の達成目標 • プログラミングの考え方（アルゴリズム）を理解 • アルゴリズムを実現するＣ言語文法の基礎 プログラミング論Ⅰ 3 講義の進め方 • プログラミング演習と連携して行います． • 授業中にQuizを出します． Quiz中は周囲の人との相談，教員，TAへの相談を 積極的に行ってください． プログラミング論Ⅰ 4 オリエンテーション • 授業スライド – Ｗｅｂページに掲載するので，各自印刷して持参すること http://www.eng.u-hyogo.ac.jp/eecs/kobashi/study/ProgrammingI • テスト – 理解度テスト – 期末テスト • 成績評価 – テストの点数(理解度テストおよび期末テスト)のみ • 出席 – 授業開始10分までにパソコンにログインしておくこと – 自動的に出席を取ります プログラミング論Ⅰ 5 オフィスアワー • • • 時間： 毎週水曜日３時限（１３：００から１４：３０） 場所 ６号館３階６３１３室 内容 – Ｃ言語が苦手な人へ • 講義内容の補足説明 • 簡単な練習用Ｑ＆Ａ • 試験対策 – Ｃ言語が得意な人へ • より発展的な内容の説明 • 実プログラムの問題提示 • 実プログラミングのアドバイス プログラミング論Ⅰ 6 プログラミングって？ • Wikiより – 「コンピュータプログラムを作成すること」 – 「コンピュータプログラム」とは「コンピュータの分 野におけるプログラム（コンピュータプログラム、 英：computer programs、ソフトウェアプログラム 、英：software programs）とは、コンピュータに対 する命令（処理）を記述したものである [1] 。」 • JIS規格 – 問題を解決する方法およびその手順（アルゴリズ ム）を，コンピュータが理解できる言語で記述する 7 プログラミング論Ⅰ こと 何に使われる • ゲーム開発，ソフトウェア開発 • Webアプリ，携帯アプリ(android, iOS, etc) • 組込みプログラミング．マイコン電子機器に 内蔵されたMPU(microprocessor unit)用の プログラミング． • 電子回路（LSI）設計． プログラミング論Ⅰ 非常に多くの場所で使われおり， プログラミングが必要でない分野は 8 考えられない 組み込みプログラミング PSoC プログラミング論Ⅰ 9 電子回路設計 FPGAボード プログラミング論Ⅰ 10 プログラミングに必要なもの 1. プログラミング言語 2. アルゴリズム 3. アルゴリズムを作成する基礎学力 プログラミング論Ⅰ 11 プログラミングに必要なこと ① プログラミング言語 • • • • • C, C++ JAVA VBA Fortran HDL(ハードウェア記述言語)など プログラミング論Ⅰ 12 本学でのプログラミング関連授業 ～電子情報電気工学科情報システムコースの場合～ • １年生 – 前期： 情報科学 – 後期： プログラミング論I, プログラミング演習 • ２年生 – 前期： プログラミング論II, コンピュータ実習A – 後期： コンピュータ実習B • 大学院（修士・博士） – 修士研究 – 博士研究 • その他 – プロコンサークル • ３年生 – 前期： アルゴリズム， コンピュータ実習C， 電気系工学実験C – 後期： コンピュータ実習D， 電気系工学実験D 「問題を解く力」を養成する科目は， 数学，電気電子回路，電磁気，情 報理論，などすべての科目 • ４年生 – 卒業研究 プログラミング論Ⅰ 13 電気系工学実験CD(３年生) ～psocプログラミング～ • 指定されたコースをより短時間で走行する 自律走行ロボットカーを作成 • 規則 – psoc(組込みマイコン)を使う – 予算（３，０００円以下） – スタート後は接触，リモコン等の禁止，等 • 評価 – 走行時間 – 作成コンセプトの面白さ （プレゼンテーションで評価） プログラミング論Ⅰ 14 オリエンテーション・準備 プログラミング論Ⅰ 15 走行前の最終調整 プログラミング論Ⅰ 16 走行風景（動画） プログラミング論Ⅰ 17 最優秀者の表彰式 プログラミング論Ⅰ 18 計算機実習（３年生） • プログラミング言語（C，C++，JAVA等任意） を使って，自由にアプリケーションを企画，作 成． プログラミング論Ⅰ 学生の作成アプリの一例 （自炊のために，カメラで撮影した 画像から，本の部分のみを自動切り出しするソフト） 19 ACMプログラミングコンテスト • 国内予選(2013年7月12日) (結果) 通過 !! • アジア地区予選(2013年11月23-24日＠会津 大学) • 世界大会(2014年6月3-4日＠インド) プログラミング論Ⅰ 20 インターネット予選（学内）の風景 2013年国内予選問題の一部 • デモクラティア共和国の大統領は，以下のような複数段階の選挙により 選ばれる． – – – – 大統領選挙の候補者は2名である． 第1段階の選挙では，有権者は選挙区ごとに投票する．有権者の過半数の票を得た候補者がその選挙区の勝者と なる．有権者が投票するのはこの第1段階だけである． 第k段階 (k > 1) の選挙区は，複数の第k − 1段階の選挙区を含む．一方，第k − 1段階の各選挙区は，ちょうど一 つの第k段階の選挙区に含まれる．そして，第k段階の選挙区の勝者は，この選挙区に含まれる第k − 1段階の選 挙区のうち過半数で勝った候補者である． 最終段階の選挙区は全国区であり一つしかない．ここでの勝者が大統領に選ばれる． • この国の大統領選挙では，以下の仮定が成り立つ． – – – – すべての有権者が，それぞれ一票を投じる． 第1段階の各選挙区の有権者数は奇数である． 第k段階 (k >1) の各選挙区に含まれる第k − 1段階の選挙区の数も奇数である． したがって，すべての段階のすべての選挙区で，必ずどちらかの候補が勝つ (引き分けはない)． • あなたの仕事は，なるべく少ない得票数で大統領選挙に勝つ方法を求め るプログラムを作成することである． たとえば，最終段階の選挙区がちょ うど三つの第1段階の選挙区を含んでおり，これらの第1段階の選挙区 の有権者数がそれぞれ123名，4567名，89名だったとする． この場合， 最初の選挙区で62票，3番目の選挙区で45票の計107票を獲得するの 21 プログラミング論Ⅰ が，最も少ない得票数で勝つ方法になる． 研究 • 卒業研究 – ４年生の１年間で，指導教員の指導の下，学術 研究を実施し，その研究成果を年度末に口頭発 表し，卒業論文を提出する • 大学院研究 – 修士２年間で，・・・以下同文 – 積極的に国内外学会で発表 プログラミング論Ⅰ 学生の発表風景 22 WCCI@バルセロナ,2010 研究の例 ～卒業研究，修士論文の題目より抜粋～ • • • • • • • • • • • 断層画像データからの３次元モデル再構 築 オートマトンモデルによる非同期論理素 子回路の構築 ホップフィールドニューラルネットワークに よる想起 外来患者待ち時間予測システム 強化学習を用いた戦略決定 サポートベクタマシンを用いたにおい識 別 ファジィ理論による歩行レベル推定法 超音波装置を用いた筋肉厚さ測定 ファジィ医用画像処理 ぜんそく発作数の地域別要因分析と予測 計算機シミュレーションによるラマン分光 法 プログラミング論Ⅰ • • • • • • • • • • PSoCを用いた生体情報モニタリングシス テム 身体活動モニタリングシステムの低消費 電力化 無線LANを用いた屋内位置推定 自立移動ロボットの自己推定と障害物回 避 ３次元断層顕微鏡による局面画像再生 ホログラフィック顕微鏡を用いた生体試料 観察 Web検索での網羅度を用いた未閲覧情 報の表示 看護ケアテキスト評価支援 方程式誤差法による音源方向推定 パンの画像識別 情報システムコースの多くの研究テーマ はプログラミングが基本技術 23 第1回 プログラムとフローチャート Ａｇｅｎｄａ • アルゴリズムとは • フローチャート – 部品 – 記述方法 プログラミング論Ⅰ 25 アルゴリズムとは • JIS規格：「問題を解くためのものであって、 明確に定義され、順序付けられた有限個の 規則からなる集合」 プログラミング論Ⅰ 26 Quiz 1-1: アルゴリズム • ［問題］ 金額７３円を，この金額を５０円硬貨 ，１０円硬貨，５円硬貨，１円硬貨で出すとき， それぞれの枚数を求めよ．ただし，全体の硬 貨枚数を最小になるように，各硬貨の枚数を 求めなければならない． プログラミング論Ⅰ 27 Answer 1-1: アルゴリズム • • • • ５０円玉 １０円玉 ５円玉 １円玉 プログラミング論Ⅰ １枚 ２枚 ０枚 ３枚 28 Answer 1-1: アルゴリズム 1. ７３÷５０＝１ 余り ２３ 2. ２３÷１０＝２ 余り ３ 3. ３÷ ５＝０ 余り ３ 4. ３÷ １＝３ 余り ０ プログラミング論Ⅰ ５０円硬貨 １０円硬貨 ５円硬貨 １円硬貨 １枚 ２枚 ０枚 ３枚 29 Quiz 1-2: アルゴリズム • ［問題］ 金額Y円を，この金額を５０円硬貨， １０円硬貨，５円硬貨，１円硬貨で出すとき， それぞれの枚数を求めよ．ただし，全体の硬 貨枚数を最小になるように，各硬貨の枚数を 求めなければならない． プログラミング論Ⅰ 30 Answer 1-2: アルゴリズム 1. 2. 3. 4. Y÷５０＝Ｃ５０ 余り X Ｘ÷１０＝Ｃ１０ 余り Ｘ Ｘ÷ ５＝Ｃ５ 余り Ｘ X プログラミング論Ⅰ ５０円硬貨 １０円硬貨 ５円硬貨 １円硬貨 Ｃ５０枚 Ｃ１０枚 Ｃ５枚 Ｃ１枚 31 Answer 1-2: アルゴリズム 1. Y÷５０＝Ｃ５０ 余り X ５０円硬貨 Ｃ５０枚 1. 2. Y÷５０の商Ｃ５０を求める １の余りをＸに代入する 2. Ｘ÷１０＝Ｃ１０ 余り Ｘ １０円硬貨 Ｃ１０枚 3. 4. Ｘ÷１０の商Ｃ１０を求める ３の余りをＸに代入する 3. Ｘ÷ ５＝Ｃ５ 余り C1 ５円硬貨 Ｃ５枚 5. 6. Ｘ÷ ５の商Ｃ５を求める ５の余りをＣ１に代入する すべての計算手順を明らかにする 値はすべて変数に代入する プログラミング論Ⅰ 32 C言語プログラミング アルゴリズム C言語 1. 2. 3. 4. 5. 6. #include <stdio.h> int main() { Y÷５０の商Ｃ５０を求める １の余りをＸに代入する Ｘ÷１０の商Ｃ１０を求める ３の余りをＸに代入する Ｘ÷ ５の商Ｃ５を求める ５の余りをＣ１に代入する プログラミング論Ⅰ int X, Y, C1, C5, C10, C50; Y=73; C50 = Y / 50; X = Y % 50; C10 = X / 10; X = C10 % 10; C5 = X / 5; C1 = X % 5; printf(“%d, %d, %d, %d¥n”, C50, C10, C5, C1); return 0; } 33 アルゴリズムを記述する方法 • フローチャート • NSチャート • PAD プログラミング論Ⅰ 34 アルゴリズムの例 • 問題「3値(a,b,c)の最大値(max)を求める」 • 自然言語による記述（これが重要） 1.maxにaを代入 2.bの値がmaxより大きいとき、maxにbを代入 3.ｃの値がmaxより大きいとき、maxにｃを代入 プログラミング論Ⅰ 35 フローチャートの例 • 問題「3値(a,b,c)の最大値 (max)を求める」 開始 max=a • 自然言語による記述 1. maxにaを代入 2. bの値がmaxより大きい とき、maxにbを代入 3. ｃの値がmaxより大きい とき、maxにｃを代入 b>max yes max=b No c>max No yes max=c 終了 プログラミング論Ⅰ 36 主な部品１ • 端子（開始、終了など） • 入出力（データ） データ 端子 • 処理（数値計算など） • 手作業入力 処理 手作業入力 • 判断（２つ以上の条件分岐） 判断 JIS規格より抜粋 プログラミング論Ⅰ 37 主な部品２ • ループ端 • 結合子（他の場所へつ なげる） ループ端（開始） ループ端（終了） • 表示（画面への表示など） • 流れ線 プログラミング論Ⅰ 38 主な書き方１ • 上から下へ流れる 開始 処理１ 処理２ 終了 プログラミング論Ⅰ 39 Quiz 1-3: アルゴリズム • 以下を行うフローチャートを示せ． • 金額Y円を，この金額を５０円硬貨，１０円硬 貨，５円硬貨，１円硬貨で出すとき，それぞれ の枚数を求めよ．ただし，全体の硬貨枚数を 最小になるように，各硬貨の枚数を求めなけ ればならない． – ただし，X÷Yの商Zは， Z = X / Y X÷Yの余りZは， Z = X % Y で求められるとする プログラミング論Ⅰ 40 Answer 1-3: アルゴリズム 開始 1. 2. Y÷５０の商Ｃ５０を求める １の余りをＸに代入する 3. 4. Ｘ÷１０の商Ｃ１０を求める ３の余りをＸに代入する 5. 6. Ｘ÷ ５の商Ｃ５を求める ５の余りをＣ１に代入する C50 = Y / 50 1 X = Y % 50 2 C10 = X / 10 3 X = X % 10 4 C5= X / 5 5 C1 = X % 5 6 終了 プログラミング論Ⅰ 41 主な書き方２ • 分岐がある場合 開始 判断 no yes 処理１ 処理２ 終了 プログラミング論Ⅰ 42 主な書き方３ 開始 • 複数分岐 判断 1 処理１ 2 処理２ それ以外 処理３ 処理４ 終了 プログラミング論Ⅰ 43 主な書き方４ • 繰り返し 開始 ループ端 条件 処理１ ループ端（終了） プログラミング論Ⅰ 終了 44 Quiz 1-4: フローチャート記述 • 1から10までの整数の合計(sum)を計算する アルゴリズムを自然言語による記述で示せ． プログラミング論Ⅰ 45 Answer 1-4: フローチャート記述 • 自然言語による記述 1. 2. 3. 4. 5. 6. プログラミング論Ⅰ sumに0を代入 iに1を代入する iが10より大きいとき終了する sumにsumとiの和を代入する iにiと1の和を代入する 3に戻る 46 Quiz 1-5: フローチャート記述 • Quiz1-4（以下）のフローチャートをループを 用いずに示せ． • 1から10までの整数の合計(sum)を計算する アルゴリズムを自然言語による記述で示せ． プログラミング論Ⅰ 47 Answer 1-5: フローチャート記述 自然言語による記述 1. sumに0を代入 2. iに1を代入する 3. iが10より大きいと き終了する 4. sumにsumとiの 和を代入する 5. iにiと1の和を代入 する 6. 3に戻る 開始 sum=0 i=1 no i ≤10 yes sum=sum+i i=i+1 プログラミング論Ⅰ 終了 48 Quiz 1-6: フローチャート記述 • Quiz1-4（以下）のフローチャートをループを 用いて示せ． • 1から10までの整数の合計(sum)を計算する アルゴリズムを自然言語による記述で示せ． プログラミング論Ⅰ 49 Answer 1-6: フローチャート記述 開始 自然言語による記述 1. sumに0を代入 2. iに1を代入する 3. iが10より大きいと き終了する 4. sumにsumとiの 和を代入する 5. iにiと1の和を代入 する 6. 3に戻る sum=0 i=1 ループ1 i ≤10 sum=sum+i 自然言語による記述 1. sumに0を代入 2. iに1を代入する 3. iが10以下の時 ループ１を繰り返す 4. sumにsumとiの和 を代入する 5. iにiと1の和を代入 する i=i+1 ループ1 プログラミング論Ⅰ 終了 50 Ｃ言語プログラムの構造 #include <stdio.h> main() { printf("hello world¥n"); return 0; } プログラミング論Ⅰ 必ず覚える 注意 １．括弧（） ２．セミコロン（；） ← 実行文 この箇所に任意の プログラムを記述する 51 変数 • アルゴリズムでは，値を必ず変数に代入する • Ｃ言語における変数について – 変数は使用前に必ず定義が必要 – 値の違い（整数，小数など）により定義方法が異 なる プログラミング論Ⅰ 52 変数の定義 • 整数(integer)の場合 int a; char a; 文の最後 • 小数(float)の場合 float a; 文の最後 変数の種類 変数の種類 変数名 変数名 違い：格納可能な値の範囲が異なる int は －231 から ＋231－1 0 から 255 charは プログラミング論Ⅰ 53 変数への代入 • 変数の定義 int a, b; 複数の変数を一度に定義できる 変数を ， で区切る • 数値の代入 a = 5; 各命令の最後は必ず ； • 数値の計算 b = a / 5; プログラミング論Ⅰ 割り算は / と記述 54 Quiz 3-1: 初めてのプログラミング • ３つの変数x, y, zを定義し，xに5を代入，yに １０を代入し，ｚにｘとｙの和を代入するプログ ラムを作成せよ． プログラミング論Ⅰ 55 Answer 3-1: 初めてのプログラミング • ３つの変数x, y, zを定 義し，xに5を代入，yに １０を代入し，ｚにｘとｙ の和を代入するプログ ラムを作成せよ． プログラミング論Ⅰ #include <stdio.h> main() { int x, y, z; x = 5; y = 10; z = x + y; return 0; } 56 プログラミング演習受講者への アナウンス • クラス分けとWebサイトのURLについては掲 示 • Webサイトで公開している資料については熟 読してきていることを前提に実習を行う • 不明な点があれば実習の際に質問の時間を 設けるのでその際に質問を受け付ける プログラミング論Ⅰ 57
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