ロボットシステム学

第3回: Linux環境でのPythonプログラミングII

千葉工業大学 上田 隆一

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今日やること

• 前半: Python入門
  • Pythonで引数を操作
  • if文
• 後半: 標準入出力の操作と理解

前半: Python入門

Pythonでの引数の処理

• 要点
  • システムのことを扱うsysモジュールを読み込む
    • 他によく使うモジュールとしてはmathなど
  • 引数はリストになっている
• 例（args）

  #!/usr/bin/python3
  import sys             #sysモジュールを読み込み
  
  print(sys.argv)        #sysの「下の」argvに引数が入るのでprintしてみる
  

• 実行（「args」という名前でコードを保存して実行）

  $ ./args 引数1 引数2 引数3
  ['./args', '引数1', '引数2', '引数3']    #端末に打った通りにリストに入る
  

引数を使ったコマンドの作成1

• 引数の数を足し合わせるplusというコマンドを作ってみましょう
  • とりあえず2つの引数を足す計算のコードを作る
  • 例（plus_a）

    #!/usr/bin/python3
    import sys
    
    print( float(sys.argv[1]) + float(sys.argv[2]) )
    

    • float: 文字列を浮動小数点数に変換
  • 実行

    $ ./plus_a 1 2
    3.0
    

引数を使ったコマンドの作成2

• 今度は引数をすべて足すコマンドを作成
  • 例（plus_b）

    #!/usr/bin/python3
    import sys
    
    x = 0.0                    #xを定義して初期化                                            
    for n in sys.argv[1:]:     #スライスを使う
        x += float(n)          #+=で足し込む
    
    print(x)
    

    • 一気にコードを書かず、引数がちゃんと読み取れているかprintで確認しながら書くこと
  • 実行

    $ ./plus_b 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
    55.0
    

引数を使ったコマンドの作成3

• Pythonの「リスト内包表記」を利用
  • 発展的な内容なのでPython初心者の人はやらないでよいです
  • 例（plus_c）

    #!/usr/bin/python3
    import sys
    
    nums = [ float(e) for e in sys.argv[1:] ]   #引数を浮動小数点数に変換してリスト作成
    print(sum(nums))                            #リストの和を返すsum関数を利用
    

    • 実行例は省略

if文を使う

• 次のように書く

  if 条件1:   #条件1が成り立つと、下の処理が実行される。elif以下の処理はスキップ。                 
      処理    #処理はインデントのレベルをひとつ上げて記述
      ・・・
  elif 条件2: #条件1に合わない場合は条件2が調べられる。
      処理    #（elifのブロックは省略や複数の記述が可能）
      ・・・
  else:       #ifやelifの条件に合わない場合に下の処理が実行される。
      処理
      ・・・
  

• 補足
  • elif: else ifの略
  • 動かないときはインデントを確認しましょう
    • IndentationErrorというエラーが出る（ちゃんとログは読みましょう）

練習: if文を使い、次のコードを記述しましょう。

• コード（3種類書く）
  1. 引数の数について負の数をカウントしてprint
  2. 引数の数について負、非負の数をカウントしてprint
  3. 引数の数について負、ゼロ、正の数をカウントしてprint
• 条件の書き方は、この例題についてはC言語と同じ。
  • 数xに対して、x < 0.0、x == 0.0、x > 0.0、x >= 0.0などと記述

練習の解答

• 3番目のものだけ記述

   1 #!/usr/bin/python3
   2 import sys
   3 
   4 minus, zero, plus = 0, 0, 0 #こんなふうにまとめることが可能
   5
   6 for n in sys.argv[1:]:
   7     x = float(n)
   8     if x < 0.0:　
   9         minus += 1 　　　
  10     elif x > 0.0:          　
  11         plus += 1
  12     else:
  13         zero += 1
  14   　
  15 print("負:", minus)
  16 print("０:", zero)
  17 print("正:", plus)
  

後半: 標準入出力

コマンドの出力のファイルへの保存

• 端末への出力は「 > ファイル」でファイルに保存可能

  $ ./plus_c 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > ans    #ansというファイルに出力を保存
  $ cat ans                                #ansの中身の確認
  55.0
  

  • （出力の）リダイレクトと呼ばれる機能
    
• リダイレクト
  • シェルが機能を提供
  • コマンド（プログラム）は、とりあえず端末に字を出すようにしておけば、処理結果の保存先を気にしなくてよい
    • コマンドにおける端末に字を出す出口: 標準出力と呼ばれる
    • プログラムを書くときは、特に理由がなければ標準出力に結果を出す

ファイルからの入力

• ファイルの中身は「 < ファイル」でコマンドに渡せる
  • 入力のリダイレクト
• Pythonでの受け取り方
  • sys.stdinとfor文で標準入力から行毎に受け取る（read_stdin）

  1 #!/usr/bin/python3
  2    　
  3 import sys
  4 　
  5 for line in sys.stdin:　
  6     word = line.strip() #最後に改行文字が入っているのでstripメソッドで除去
  7     print(word + " を標準入力から読んだよ")
  

前ページのコードの実行結果

$ seq 5 > nums    #seq: 1から指定された数字まで出力
$ cat nums         #リダイレクトをつかってnumsというファイルを作成
1
2
	・・・
5
$ ./read_stdin < nums
1 を標準入力から読んだよ
2 を標準入力から読んだよ
3 を標準入力から読んだよ
4 を標準入力から読んだよ
5 を標準入力から読んだよ

標準入力からの数字の足し算

• コードの例（plus_stdin）

  #!/usr/bin/python3
  import sys  
  
  ans = 0.0
  for line in sys.stdin:　
      ans += float(line)
  
  print(ans)
  

  • できる人はリスト内包表記を使ってみましょう
• 実行

  $ ./plus_stdin < nums
  55.0
  

標準入力（パイプ）からの数字の足し算

• 需要: numsの中を見てからplus_stdinを使いたい
  • 何かデータを処理する前にデータをcatする人は多い
    • 例

      $ cat nums
      1
      2
      ・・・
      $ cat nums    #上矢印ボタンを押すと、直前に打った文字列cat numsを呼び出せる
      $ cat nums | ./plus_stdin # numsに続けて | ./plus_stdinと入力
      25.0
      $ seq 10 | ./plus_stdin  #numsを作らなくても結局これでよい
      25.0
      

      • |: パイプ
        • 左のコマンドの標準出力と、右のコマンドの標準入力を接続

パイプによるコマンドの連携

• 例: 横に並んだ数字を足す
  • 縦並びに変換してからplus_stdinに入力

    $ echo 1 2 3 4 5 > yoko_nums
    $ cat yoko_nums | tr ' ' '\n'  #trで空白を改行に
    1
    2
    3
    4
    5
    $ cat yoko_nums | tr ' ' '\n' | ./plus_stdin
    15.0
    

    • tr: 文字の置換コマンド
      
• 特別な理由がない限りデータは標準入力から受付
  • 引数や特定のファイルからだと、このような連携ができない

プログラマーにとってのパイプの利点

• コードがシンプルに
  • plus_stdinは横並びの数字や文字の混入に対応しなくてよい
    • 様々な入力に柔軟に対応しない
  • 各コマンドのコードがシンプルに
  • 既存のコマンドで可能なことはプログラムしなくてよい
    
• 実はROSも似たような考え方で作られている
  • 入出力を厳格に
  • プログラムごとに機能を分ける
  • 既存のプログラムを再利用しやすく

標準エラー出力

• コマンドにはパイプやリダイレクトで渡したくない出力も存在
  • エラーの際のメッセージなど
  • ファイルにリダイレクトされるとエラーが読めない
    
• ちゃんとしたコマンドはエラーを標準エラー出力に出す
  • 例: plus_stdinに文字を入力してみる

    $ echo あ | ./plus_stdin > ans
    Traceback (most recent call last):                   #エラーはansに入らず画面に出てくる
      File "./plus_stdin", line 6, in <module>
        ans += float(line)
    ValueError: could not convert string to float: 'あ\n' #余談: エラーはちゃんと読みましょう
    

    • 標準出力とは別の出口からエラーが出ていることが分かる
    • ファイルにリダイレクトする場合は「2>」で

まとめ

• 学んだこと
  • 引数と標準入力に関してPythonでプログラミング
    • 他の言語でも、ほぼ同じ
  • for文やリスト内包表記でリストを操作
  • if文の書き方
  • 標準入出力でコマンドを連携（ROSに通ずる考え方）
    
• 重要語句
  • モジュール、sysモジュール、float関数、リスト内包表記、if文、リダイレクト、標準出力、標準入力、sys.stdin、パイプ、標準エラー出力
• コマンドや記号
  • >、<、2>、seq、|、tr