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 – kobashi@eng.u-hyogo.ac.jp – http://www.eng.u-hyogo.ac.jp/eecs/kobashi/index-j.html

• 他担当科目 – 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 – 医用画像処理

プログラミング論Ⅰ 2 兵庫県立大学

Artificial Hip Joint

これまでの研究成果Brain Cerebral Aneurysm

12

3

Lung Lobe

LiverS

IR L

Foot Bone

膵管

Meniscus(半月板)

A

PL

R

Brain Function

Artificial Knee Joint

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

• 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

オリエンテーション

5 プログラミング論Ⅰ

• 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

6 プログラミング論Ⅰ

オフィスアワー

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こと プログラミング論Ⅰ 7

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．

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 考えられない プログラミング論Ⅰ 8

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 • 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

• ４年生 – 卒業研究

• 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

「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

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．

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）

プログラミング論Ⅰ 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)

インターネット予選（学内）の風景 プログラミング論Ⅰ 20

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票を獲得するのが，最も少ない得票数で勝つ方法になる． プログラミング論Ⅰ 21

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

学生の発表風景 WCCI@バルセロナ,2010

プログラミング論Ⅰ 22

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

• 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 プログラミング論Ⅰ 23

第1回

プログラムとフローチャート

プログラミング論Ⅰ 25

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 26

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」

Quiz 1-1: アルゴリズム

プログラミング論Ⅰ 27

• ［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．

Answer 1-1: アルゴリズム

プログラミング論Ⅰ 28

• ５０円玉 １枚 • １０円玉 ２枚 • ５円玉 ０枚 • １円玉 ３枚

Answer 1-1: アルゴリズム

プログラミング論Ⅰ 29

1. ７３÷５０＝１ 余り ２３ ５０円硬貨 １枚 2. ２３÷１０＝２ 余り ３ １０円硬貨 ２枚 3. ３÷ ５＝０ 余り ３ ５円硬貨 ０枚 4. ３÷ １＝３ 余り ０ １円硬貨 ３枚

Quiz 1-2: アルゴリズム

プログラミング論Ⅰ 30

• ［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．

Answer 1-2: アルゴリズム

プログラミング論Ⅰ 31

1. Y÷５０＝Ｃ５０ 余り X ５０円硬貨 Ｃ５０枚 2. Ｘ÷１０＝Ｃ１０ 余り Ｘ １０円硬貨 Ｃ１０枚 3. Ｘ÷ ５＝Ｃ５ 余り Ｘ ５円硬貨 Ｃ５枚 4. X １円硬貨 Ｃ１枚

Answer 1-2: アルゴリズム 1. Y÷５０＝Ｃ５０ 余り X

５０円硬貨 Ｃ５０枚

2. Ｘ÷１０＝Ｃ１０ 余り Ｘ １０円硬貨 Ｃ１０枚

3. Ｘ÷ ５＝Ｃ５ 余り C1 ５円硬貨 Ｃ５枚

1. Y÷５０の商Ｃ５０を求める 2. １の余りをＸに代入する

3. Ｘ÷１０の商Ｃ１０を求める 4. ３の余りをＸに代入する

5. Ｘ÷ ５の商Ｃ５を求める 6. ５の余りをＣ１に代入する

プログラミング論Ⅰ 32

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

C言語プログラミング アルゴリズム 1. Y÷５０の商Ｃ５０を求める 2. １の余りをＸに代入する 3. Ｘ÷１０の商Ｃ１０を求める 4. ３の余りをＸに代入する 5. Ｘ÷ ５の商Ｃ５を求める 6. ５の余りをＣ１に代入する

C言語 #include <stdio.h> int main() {

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;

} プログラミング論Ⅰ 33

プログラミング論Ⅰ 34

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 35

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 36

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」

• 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

開始

max=a

b>max

max=b

c>max

max=c

終了

yes

yes

No

No

プログラミング論Ⅰ 37

主な部品１

• 端子（開始、終了など）

• 処理（数値計算など）

• 判断（２つ以上の条件分岐）

• 入出力（データ）

• 手作業入力

処理

端子

判断

データ

手作業入力

JIS規格より抜粋

プログラミング論Ⅰ 38

主な部品２

• ループ端

• 表示（画面への表示など）

• 結合子（他の場所へつなげる）

• 流れ線

ループ端（開始）

ループ端（終了）

プログラミング論Ⅰ 39

主な書き方１

• 上から下へ流れる

処理１

開始

処理２

終了

Quiz 1-3: アルゴリズム

プログラミング論Ⅰ 40

• 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

Answer 1-3: アルゴリズム

プログラミング論Ⅰ 41

C50 = Y / 50

開始

終了

1. Y÷５０の商Ｃ５０を求める 2. １の余りをＸに代入する

3. Ｘ÷１０の商Ｃ１０を求める 4. ３の余りをＸに代入する

5. Ｘ÷ ５の商Ｃ５を求める 6. ５の余りをＣ１に代入する

X = Y % 50

C10 = X / 10

X = X % 10

C5= X / 5

C1 = X % 5

1

2

3

4

5

6

プログラミング論Ⅰ 42

主な書き方２

• 分岐がある場合 開始

処理２

終了

判断

処理１

yes

no

プログラミング論Ⅰ 43

主な書き方３

• 複数分岐 開始

処理４

終了

判断

処理３ 処理１ 処理２

1 2 それ以外

プログラミング論Ⅰ 44

主な書き方４

• 繰り返し 開始

終了

処理１

ループ端 条件

ループ端（終了）

プログラミング論Ⅰ 45

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 46

Answer 1-4: 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

プログラミング論Ⅰ 47

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 48

Answer 1-5: フローチャート記述 開始

終了

sum=0

i=1

i ≤10

sum=sum+i

i=i+1

yes

no

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

プログラミング論Ⅰ 49

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 50

Answer 1-6: フローチャート記述 開始

終了

sum=0

i=1

sum=sum+i

i=i+1

ループ1 i ≤10

ループ1

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

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

#include <stdio.h> main() { printf("hello world¥n"); return 0; }

Ｃ言語プログラムの構造

プログラミング論Ⅰ 51

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

• 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

変数

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;

• 小数(float)の場合

float a;

プログラミング論Ⅰ 53

変数の種類 変数名

文の最後

変数の種類

変数名

文の最後

違い：格納可能な値の範囲が異なる int は －231 から ＋231－1 charは 0 から 255

• 変数の定義 int a, b;

• 数値の代入

a = 5;

• 数値の計算 b = a / 5;

変数への代入

プログラミング論Ⅰ 54

複数の変数を一度に定義できる 変数を ， で区切る

各命令の最後は必ず ；

割り算は / と記述

Quiz 3-1: 初めてのプログラミング

プログラミング論Ⅰ 55

• 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．

#include <stdio.h> main() { int x, y, z; x = 5; y = 10; z = x + y; return 0; }

プログラミング論Ⅰ 56

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