応用計量分析２（第3回）¶

担当教員: 梶野洸（かじのひろし）¶

本日の内容¶

Python に慣れようの回

Python とは？
環境構築
基本的な文法
数値計算

Python とは？¶

プログラミング言語の一つ
近年よく用いられる
- 文法がわりと簡単
- データ解析に関するライブラリが揃っている
- 特にディープラーニングはほぼ Python

Python のライブラリ (1/2)¶

numpy, scipy
- 科学計算ライブラリ
- 行列計算、統計処理など
- python ブームの火付け役？
pandas
- 時系列解析ライブラリ
- R みたいなやつ

Python のライブラリ (2/2)¶

keras, pytorch, chainer
- ディープラーニング用ライブラリ
- ネットワークを組み替えるのが容易
- ディープラーニングやるならこれらを使う
matplotlib, bokeh, plotly
- グラフを描くライブラリ

環境構築¶

どのようにコードを書いて実行するか

jupyter notebook の利用を想定
- コードの実行が簡単
- 結果が見やすい
- 起動の仕方は第一回の宿題参照

演習¶

Jupyter notebook を起動してください

基本的な文法¶

Hello, world!

In [2]:

print("Hello, world!")

Hello, world!

基本的な文法¶

困ったら print

In [3]:

print(1)

In [4]:

print(1 + 1)

In [5]:

x = 1
print(x)

In [6]:

x = 1
x # jupyter notebook では最後の変数の中身が勝手に表示される

Out[6]:

基本的な文法¶

四則演算

In [7]:

1 + 1 # 整数同士の足し算

Out[7]:

In [8]:

1.0 + 1.0 # 実数同士の足し算

Out[8]:

2.0

In [9]:

3 - 2 # 整数同士の引き算

Out[9]:

In [10]:

3 * 2 # 整数同士の掛け算

Out[10]:

In [11]:

5 / 3 # 割り算（Python3の場合、スラッシュで普通の割り算）

Out[11]:

1.6666666666666667

In [12]:

5.0 / 3.0 # 実数同士の割り算

Out[12]:

1.6666666666666667

In [13]:

5 // 3 # 整数同士の割り算で商を知りたい場合

Out[13]:

In [14]:

10 % 3 # 整数同士の割り算で余りを知りたい場合

Out[14]:

In [15]:

100 + 10 / 5 # 割り算は足し算より優先される

Out[15]:

102.0

In [16]:

(100 + 10) / 5 # カッコを使うと優先される演算を決められる

Out[16]:

22.0

In [17]:

2 ** 10 # 累乗は **

Out[17]:

In [18]:

'Hello, world!' # ダブルコーテーション、シングルコーテーションで括ると文字列になる

Out[18]:

'Hello, world!'

In [19]:

'112313' # 整数(int)ではなく文字列(str)になる

Out[19]:

'112313'

In [20]:

'112313' + 5 # str と int の足し算はできない

---------------------------------------------------------------------------
TypeError                                 Traceback (most recent call last)
<ipython-input-20-292b60963b18> in <module>()
----> 1 '112313' + 5 # str と int の足し算はできない

TypeError: must be str, not int

In [21]:

'112313' + '112313' # str 同士の足し算は、文字列の連結になる

Out[21]:

'112313112313'

演習¶

税抜価格1980円の商品の税込価格は？（消費税8%）
${2^{2}}^{2}$ を計算せよ
好きな $x\in\mathbb{R}_+$ で $(1 + x)^{1/x}$ を計算せよ
- ちなみに $e=\lim_{x \to 0} (1+x)^{1/x} = 2.718281828459045...$

演習（答え）¶

In [22]:

1980 * 1.08

Out[22]:

2138.4

In [23]:

2**(2**2)

Out[23]:

In [24]:

(1 + 0.000000001) ** (1 / 0.000000001)

Out[24]:

2.71828205201156

In [25]:

(1 + 0.0000000000001) ** (1 / 0.0000000000001)

Out[25]:

2.716110034086901

In [26]:

(1 + 0.000000000000001) ** (1 / 0.000000000000001)

Out[26]:

3.0350352065492614

In [27]:

(1 + 0.0000000000000001) ** (1 / 0.0000000000000001)

Out[27]:

1.0

演習（解説）¶

コンピュータでは実数を近似的にしか扱えない
- 大きい数 + 非常に小さい数 では、非常に小さい数が無視される（丸め誤差）
- 上の例では $1 + 0.0000000000000001 = 1$
計算方法の工夫が必要
- $x$ を小さくした極限で変な値になるのは困る

変数¶

数値、文字列、リストなどを記憶しておける

In [28]:

x = 1 # x に 1 を代入する
print(x)

In [29]:

x = 1
x = 2
print(x)

In [30]:

x = 1
y = 4
print(x * y)

In [31]:

x = 0
x = x + 1
print(x)

リスト¶

複数のオブジェクトをひとまとめにする

In [32]:

[1, 2, 6, 4, 8] # 大カッコでリストを宣言する

Out[32]:

[1, 2, 6, 4, 8]

In [33]:

x = ['yay!', 1, 3.0, [4, 0.1, 'yay!']] # リストの中身は、数値・文字列・リストなど

In [34]:

#x[3] # 0番目の要素を取り出す
x

Out[34]:

['yay!', 1, 3.0, [4, 0.1, 'yay!']]

In [35]:

#x[0 : 3] # 0番目から2番目までの要素を取り出す
x[0] = 0
x

Out[35]:

[0, 1, 3.0, [4, 0.1, 'yay!']]

タプル¶

中身が変更できないリストみたいなもの

In [36]:

x = (1,2,3) # ふつうの括弧でくくるとタプル

In [37]:

x[0] # リストみたいに中の要素にアクセスできる

Out[37]:

In [38]:

x[0] = 100 # 一度作ったら変更できない

---------------------------------------------------------------------------
TypeError                                 Traceback (most recent call last)
<ipython-input-38-802cdab161c2> in <module>()
----> 1 x[0] = 100 # 一度作ったら変更できない

TypeError: 'tuple' object does not support item assignment

辞書¶

数字以外のもので値を取り出せる

In [39]:

x = {'W': 1, 'b': -0.1} # 中括弧で囲む＆ key: value と書くと辞書ができる

In [40]:

type(x)

Out[40]:

dict

In [41]:

x['W'] # キーを使ってそれに対応する値を取り出す。キーは文字列でもよい。

Out[41]:

In [42]:

x[(1, 2)] = 3 # このように新しい要素を追加できる。タプルをキーにすることもできる
x

Out[42]:

{(1, 2): 3, 'W': 1, 'b': -0.1}

In [43]:

x[[1,2]] = 3 # リストはキーにできない

---------------------------------------------------------------------------
TypeError                                 Traceback (most recent call last)
<ipython-input-43-8777a0ab5a51> in <module>()
----> 1 x[[1,2]] = 3 # リストはキーにできない

TypeError: unhashable type: 'list'

ここまでのまとめ¶

数値、文字列、リスト、タプル、辞書など基本的なオブジェクトを触った
- 複数の値を持っておきたいとき、基本はリストか辞書
- 整数以外のキーで要素を取り出したい場合は辞書
数値計算をすこしやった
大体のものは変数に入れておける

ここから¶

制御構文に慣れ親しむ

if 文
for 文
while 文

条件・if文¶

ある条件が満たされたときだけ実行される

In [44]:

x = 1
print(x == 1) # x が 1 と等しいとき True
print(x != 1) # x が 1 ではないとき True
print(x != 0) # x が 0 ではないとき True

True
False
True

In [45]:

x = [1,1]
if x[0] == 0: # if (条件): が if 文
    print('yay!') # Python では必ず <tab> を打ってインデントを下げる！
    if x[1] == 1: # if 文の中に if 文を入れられる
        print('yayyay')
print('hello') # インデントが下がっていないので、ここからは if 文の外

hello

In [46]:

x = 1
if x == 0: # if (条件): が if 文
print('yay!') # かならず <tab> を打ってインデントを下げる！

  File "<ipython-input-46-e07010cf2b42>", line 3
    print('yay!') # かならず <tab> を打ってインデントを下げる！
        ^
IndentationError: expected an indented block

In [47]:

x = 1
if x == 0:
    print('x=0')
else: # if 文の条件がFalseの場合に実行される
    print('x!=0')

x!=0

In [48]:

x = [1,2]
if x[0] == 1:
    if x[1] == 0:
        print('x=0')
    elif x[1] == 1:
        print('x==1')
    else:
        print('x!=0 and x!=1')

x!=0 and x!=1

for 文¶

In [49]:

for i in range(5): # range(5) だと 0,1,...,4
    print(i)        # for 文内はインデントを下げる

In [50]:

for i in range(5): # range(5) だと 0,1,...,4
print(i)

  File "<ipython-input-50-0e78f8284010>", line 2
    print(i)
        ^
IndentationError: expected an indented block

In [51]:

for i in range(1,5): # range(1,5) だと 1,2,...,4
    print(i)

In [52]:

for i in range(0, 10, 3): # range(0, 10, 3) だと 3 ごとに
    print(i)

In [53]:

print(range(0,10) == [0,1,2,3,4,5,6,7,8,9]) # range はリストっぽいけどリストじゃない
print(list(range(0,10)) == [0,1,2,3,4,5,6,7,8,9]) # リストに変換することもできる

False
True

while 文¶

In [54]:

i = 0
while i < 10: # i<10 である限りインデント以下の操作を繰り返す
    i = i + 1
    print(i)

演習¶

$0$から$99$までの偶数を表示せよ
$0$から$99$までの3の倍数を表示せよ
Fizz Buzz 問題($99$まで)
- 1,2,...から順に数を表示したい
- 3の倍数のときは数字の代わりに 'Fizz' と表示
- 5の倍数のときは数字の代わりに 'Buzz' と表示
- 15の倍数のときは数字の代わりに 'FizzBuzz' と表示
- 例: 1,2,Fizz,4,Buzz,...,13,14,FizzBuzz,16,...
- ヒント: range(1,100) は$1$から$99$まで

1.$0$から$99$までの偶数を表示せよ

In [55]:

for i in range(100):
    if i % 2 == 0:
        print(i)

In [56]:

for i in range(0, 100, 2):
    print(i)

$0$から$99$までの3の倍数を表示せよ

In [57]:

for i in range(100):
    if i % 3 == 0:
        print(i)

FizzBuzz問題

In [58]:

for i in range(1,100):
    if i % 3 == 0 and i % 5 != 0:
        print('Fizz')
    elif i % 3 != 0 and i % 5 == 0:
        print('Buzz')
    elif i % 3 == 0 and i % 5 == 0:
        print('FizzBuzz')
    else:
        print(i)

1
2
Fizz
4
Buzz
Fizz
7
8
Fizz
Buzz
11
Fizz
13
14
FizzBuzz
16
17
Fizz
19
Buzz
Fizz
22
23
Fizz
Buzz
26
Fizz
28
29
FizzBuzz
31
32
Fizz
34
Buzz
Fizz
37
38
Fizz
Buzz
41
Fizz
43
44
FizzBuzz
46
47
Fizz
49
Buzz
Fizz
52
53
Fizz
Buzz
56
Fizz
58
59
FizzBuzz
61
62
Fizz
64
Buzz
Fizz
67
68
Fizz
Buzz
71
Fizz
73
74
FizzBuzz
76
77
Fizz
79
Buzz
Fizz
82
83
Fizz
Buzz
86
Fizz
88
89
FizzBuzz
91
92
Fizz
94
Buzz
Fizz
97
98
Fizz

関数¶

何度も使う手続きを関数として定義しておける

関数: 入出力関係を表したもの

入力 = 引数
出力 = 返り値

と呼ぶ

In [59]:

# 引数 = x, 返り値 = x + 1
def increment_one(x): # def 関数名(引数):
    return x + 1

In [60]:

increment_one(4)

Out[60]:

In [61]:

# 引数 = x, y, 返り値 = z = x + y
def add(x, y):
    z = x + y
    return z

In [62]:

print(add(5, 10))
print(add(add(5, 10), 20))

15
35

In [63]:

def add_y_ntimes(x, y, n):
    if n == 1:
        return x + y
    return add_y_ntimes(x + y, y, n - 1) # 関数の中で自分を呼んでも良い（再帰的呼び出し）

In [64]:

print(add_y_ntimes(10, 1, 1))
print(add_y_ntimes(10, 1, 5))

11
15

In [65]:

# 何も返さなくても良い
def fizz_buzz(max_iter):
    for i in range(1, max_iter+1):
        if i % 3 == 0 and i % 5 != 0:
            print('Fizz')
        elif i % 3 != 0 and i % 5 == 0:
            print('Buzz')
        elif i % 3 == 0 and i % 5 == 0:
            print('FizzBuzz')
        else:
            print(i)

In [66]:

fizz_buzz(10)

1
2
Fizz
4
Buzz
Fizz
7
8
Fizz
Buzz

演習¶

数値が入ったリストを入力したときに、小さい順に並べ直したリストを出力する関数を書け

ヒント¶

クイックソート

In [67]:

def quicksort(x):
    if len(x) < 2:
        return x
    else:
        left_list = []
        right_list = []
        num_pivot = 0
        pivot = x[0]
        
        for each_element in x:
            if each_element < pivot:
                left_list.append(each_element)
            elif each_element > pivot:
                right_list.append(each_element)
            else:
                num_pivot = num_pivot + 1
        return quicksort(left_list) + num_pivot * [pivot] + quicksort(right_list)

In [68]:

quicksort([-1, 2, 1, 1, 1,3])

Out[68]:

[-1, 1, 1, 1, 2, 3]

In [69]:

quicksort([1,2,3,4,5]) == [1,2,3,4,5]

Out[69]:

True

まとめ¶

基本的なデータ型を触った
- 単体: 数値、文字列
- 複数の値を格納するもの: リスト、辞書、タプル
数値計算をちょっとやってみた
- 丸め誤差には注意

制御構文を触った
- for文、if文、while文
- FizzBuzz
- 一段インデントを下げる！
関数を定義した
- よく使う作業をひとかたまりにする
- 一段インデントを下げる！

応用計量分析２（第3回）¶

担当教員: 梶野 洸（かじの ひろし）¶

本日の内容¶

Python とは？¶

Python のライブラリ (1/2)¶

Python のライブラリ (2/2)¶

環境構築¶

演習¶

基本的な文法¶

基本的な文法¶

基本的な文法¶

演習¶

演習（答え）¶

演習（解説）¶

変数¶

リスト¶

タプル¶

辞書¶

ここまでのまとめ¶

ここから¶

条件・if文¶

for 文¶

while 文¶

演習¶

関数¶

演習¶

ヒント¶

まとめ¶

質問¶

担当教員: 梶野洸（かじのひろし）¶