ALPSチュートリアル(4) Python入門

ALPS チュートリアル: Python
CMSI ハンズオン
ALPS Collaboration
http://alps.comp-phys.org/
2014-10-16
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Outline
1 データ型
2 制御フロー
3 関数
4 モジュール
5 ファイルの読み書き
6 参考文献
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データ型
基本的なデータ型
このセクションではPython で使われる基本的なデータ型を紹介し
ます． array はnumpy モジュールで定義されている型で，Python
がもともと持っている型ではありませんが，科学計算では非常に便
利な性質を持つので紹介します．
数値int, (long),
oat, complex
文字列'hello,python'
list a = [1, 2, 3]
tuple b = (1, 2, 3)
dictionary c = f'apple': 100, 'orange': 200, 'pear': 300g
set set([1, 2, 3])
bool True, False
array numpy array([1,2,3])
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データ型
数値
整数, 倍精度浮動小数, 複素数の3 種類あります．整数はPython
のバージョンで扱いが変わります．単精度浮動小数はありません．
int, (long)
python3 ではint,long はint に統合されました．
python2x とpython3x では整数同士の演算で計算結果がちがい
ます!
python2: -1/2 = -1, python3: -1/2 = -0.5

oat は倍精度のみです．単精度はありません．
complex
'j' もしくは'J' で虚数部を表す2 + 3j
実部real(2+3j) = 2, 虚部imag(2+3j) = 3
型変換を行えます．
>>> a = 1.8
>>> int(a)
1
>>> a = 3
>>> float(a)
3.0
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データ型
文字列
>>> s = 'ab:cd:ef' # 文字列の定義
>>> s = s.split(':') # 指定した文字で文字列を分割
>>> print s
['ab', 'cd', 'ef']
>>> '-'.join(s) # 指定した文字で文字列同士を結合
'ab-cd-ef'
>>> 'a' + 'b' + 'c' # 文字列を結合
'abc'
シングルクォートもしくはダブルクォートで囲った文字列で定
義できます．
複数行の文字列は"'..."' もしくは"""...""" で囲む
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データ型
list, tuple
>>>a = [1,2,3,4,5] # list
>>>a[0] # インデックスは0 スタート
1 # 要素1 個だけなら返り値はスカラー
>>>a[2:4] # 2<=,<4 番目のの要素が返される．
[3,4] # 複数の要素なら返り値はリスト．
>>>b = (1,2,3,4,5) # tuple
>>>b[1:] # ':' の値を省くこともできる
(2, 3, 4, 5)
ここではリストの要素として数値のみを扱ったが，python オ
ブジェクトなら何でもリストの要素として扱える
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データ型
list のメソッド
>>>a.reverse() # 要素の並びを逆にする
>>>a # a そのものが変更されるので注意!
[5, 4, 3, 2, 1]
>>>a.pop() # リストの最後尾の要素を取り出す．
1 # 返り値は取り出された要素
>>>a
[5, 4, 3, 2]
>>>a.sort()
>>>a
[2, 3, 4, 5]
ここではリストの要素として数値のみを扱ったが，python オ
ブジェクトなら何でもリストの要素として扱える
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データ型
list とtuple の違う点(1)
>>>b = (1) # これはtuple にならない!
>>>type(b)
int # 整数扱いになる
>>>b = (1,) # 要素1 個のtuple を定義する
>>>type(b)
tuple # これはちゃんとtuple になっている
>>>a = [1] # これはlist
>>>type(a)
list
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データ型
list とtuple の違う点(2)
>>>b += (2, 3, 3) # 要素を付け加えることはできる
>>>b
(1, 2, 3, 3)
>>>b[3] = 5 # 要素を変更することはできない
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: 'tuple' object does not support item assignment
要素1 個の場合の扱いが違う
tuple の要素の値は変更できない．
tuple は辞書のキーに登録できる．list は不可．
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データ型
list のコピー
浅いコピーと深いコピーの2 種類ある
浅いコピーではオブジェ
クトのアドレスをコピー
する
深いコピーではオブジェ
クトの値をコピーする
a
アドレス値
0x7fff5fbffae8 101
b
アドレス値
0x6aff5fbff128 0x7fff5fbffae8
a
アドレス値
0x7fff5fbffae8 101
b
アドレス値
0x6aff5fbff128 101
>>>a = [101, 102, 103]
>>>b = a # アドレスをコピー
>>>a[1] = 333
>>>print a, b
[101, 333, 103] [101, 333, 103]
>>>b = a[:] # 値をコピー
>>>a[1] = 444
>>>print a, b
[101, 444, 103] [101, 333, 103]
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データ型
ネストされたlist のコピー
浅いコピーになってしまう例
>>>a = [1, [2, 3]]
>>>b = a[:]
>>>a[0] = 4
>>>a[1][0] = 5
>>>print a, b
[4, [5, 3]] [1, [5, 3]]
>>>
深いコピー
>>>import copy
>>>a = [1, [2, 3]]
>>>b = copy.deepcopy(a)
>>>a[0] = 101
>>>a[1][0] = 102
>>>print a, b
[101, [102, 3]] [1, [2, 3]]
ネストされているとスライス':' で返されるのがアドレスに
なってしまう
ネストされたlist で深いコピーをするにはcopy モジュールの
deepcopy を使う
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データ型
辞書型の使い方
>>>dic = {'key0': 0, 'key1': 1} # key:value の組を登録
>>>dic['key2'] = 2 # key2:2 を登録
>>>dic.keys() # 辞書に登録されている全てのkey
['key2', 'key1', 'key0']
>>>dic.values() # 全てのval
[2, 1, 0]
>>>dic.items() # 全てのkey:val の組を表示
[('key2', 2), ('key1', 1), ('key0', 0)]
>>>del dic['key0'] # 辞書からkey を削除
>>>dic.items()
[('key2', 2), ('key1', 1)]
辞書の要素はソートされていない．登録順なども関係ない．
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制御フロー
if-elif-else 文の使い方
if-elif-else で条件分岐を作れる．
>>>if a > 0:
>>> print '0'
>>>elif a == 0:
>>> print '1'
>>>else:
>>> print '2'
>>>
>>>
三項演算子
>>>val = val1 if cond1 else val2
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制御フロー
for 文の使い方
>>>for i in ('a', 'b', 'c', 'd'):
>>> print i, # コンマで改行を抑制している
a b c d
アンパック代入とenumerate()
>>>for i,j in enumerate(('a', 'b', 'c', 'd')):
>>> print i, j
0 a
1 b
...
アンパック代入はpython で使える一般的なテクニックです．
>>>i,j,k = ['a', 'b', 'c']
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制御フロー
while 文の使い方
a = 0
while a in range(10):
a += 1
if a < 3:
continue
elif a == 8:
break
print a
カレントディレクトリに上の内容でexWhile.py というファイ
ルを作ってimport してみましょう
"val in シークエンス:" というフレーズはwhile だけでなくif,
for など至る所で使えます
continue, break も同じくif, for などでも使えます
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関数
関数
>>> def f(x, y):
>>> ....z = x * y # 空白4 つのインデント!
>>> ....for i in [1, 2, 3]:
>>> .... z += i
>>> ....return z
>>>
>>> f(2,3)
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def 関数名(変数,...): で関数が定義できます
Python ではインデント(ここの例では空白4 つ) によりスコー
プを制御します
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モジュール
Python プログラムの階層構造
プログラムファイルのディレクトリ構成== 名前空間
モジュール
1 つの"hoge.py" ファイルが1 つのモジュール
パッケージ
ファイルの階層構造
pyalps/
alea.py
dataset.py
モジュールの階層構造
pyalps.alea.class.method
pyalps.dataset.class.method
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モジュール
モジュールの読み込み
>>> import fff as f # 別名をつけてインポート
>>> f.ggg(x, y)
...
>>> from fff import * # fff 以下のすべてをインポート
>>> ggg(x, y) # 名前空間fff が外れる
...
>>> from fff import ggg as g # ggg のみを指定してインポート
>>> g(x, y)
fff モジュール中のggg 関数を呼び出しています．
呼び出し方により名前空間の階層が変わっています．
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ファイルの読み書き
ファイルの読み書き
ファイルから１行ごとにデータを読み込む方法
for line in open('dat.txt', 'r'):
items = line.split('')
print items[0], float(items[1])
入力データ(dat.txt)
a 3.432
b 1.42
c 2.159
open でdat.txt ファイルをreadonly で読み込む
読み込んだファイルを1 行毎に処理する．読み込まれた行は1
つのストリングとして扱われるので区切り文字（今の場合空
白）で分割している．
読み込んだストリングを浮動小数点にキャストしている．
上の例ではfor 文の終了とともにファイルは自動で閉じられる．し
かし，一般的には
f = open('dat.txt', 'r') として読み込んだ場合，ファイルを読
み終えたらf.close() で閉じなければならない．
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参考文献
参考文献
科学技術計算のためにpython を始めよう
http://www.ike-dyn.ritsumei.ac.jp/~uchida/
scipy-lecture-notes/intro/index.html
初心者のはまりどころhttp://webtech-walker.com/
archive/2010/10/13191417.html
Doug Hellmann さんhttp://doughellmann.com
標準モジュールなどの使い方が例とともに書いてあり分かりや
すい
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