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実験心理学者のためのPython
- 2. 目的 Pythonの簡単さと便利さを伝える 話すこと 1. Pythonとは? 2. Jupyter Notebookの紹介 3. PsychoPyによる実験作成 4. Pandasによる実験時のデータフレーム操作 5. 実験作成デモ About me 千葉大学人文社会科学研究科所属(M2) 研究テーマは注意課題の上下視野異方性(今日の話とは無関係) 2
- 6. 言語機能1: 組み込み型 1 # int 10 - 3 # 7 2.5 # float 2.5 * 2 # 5.0 [1, 2, 3] # list [1, 2, 3] + [4, 5] # [1, 2, 3, 4, 5] [1, 2] * 2 # [1, 2, 1, 2] (1, 2, 3) # tuple 'ほげ' # str 'ほげ' + 'hoge' # ほげhoge 'ほげ' * 2 # 'ほげほげ' 6
- 7. 言語機能2: if, for, def # もし1 + 1と2が等しいなら if 1 + 1 == 2: print('hoge') # hoge # リスト内の要素 (1, 2, 3) ごとに計3回ループを回す for i in [1, 2, 3]: print(i) # 1, 2, 3 # defで関数を定義する def add3(x): return x + 3 add3(2) # 5 add3(31) # 34 7
- 11. 準備 1. Anaconda (計算ライブラリ全部のせPython) をインストールする バージョンは3.6を選択してください 2. Anaconda Promptを開いて以下を実行しておく pip install psychopy ちょうど今朝正式版がリリースされました 3. Anaconda Navigatorを開いてJupyter Notebookを選択 Jupyter Labもおすすめです 2系を使いたい場合、スクリプトの最初に以下を追記してください。 from __future__ import division, unicode_literals 11
- 14. PsychoPyとは 実験作成ツール Matlab/PsychToolBoxと並ぶユーザー数 オープンソース(GitHub ‑> psychopy/psychopy) googleトレンドより 14
- 15. まずはHello World (visual.TextStim) from psychopy import visual # ウィンドウの作成 win = visual.Window(units='pix') # 文字刺激の作成 msg = visual.TextStim(win, 'Hello, world!') # 文字刺激の描画 msg.draw() # 描画した文字刺激の呈示 win.flip() 画面中央に「Hello, world!」が呈示されたら成功。 15
- 16. # 文字の大きさを40pxに指定する (height) msg = visual.TextStim(win, 'hoge', height=40) # 文字の色を黒に指定する (color) msg = visual.TextStim(win, 'hoge', color=(-1, -1, -1)) # 文字の中心の位置を (100, 100) の座標に指定する msg = visual.TextStim(win, 'hoge', pos=(100, 100)) # フォントを日本語を呈示できるipaexgothicに指定する msg = visual.TextStim(win, 'ほげ', font='ipaexgothic') IPAexGothicのダウンロードはこちらから(ページ中段) フォント指定しないと、日本語表示はうまくいかないことが多い visual.TextStim? でヘルプが見れる 困ったときはヘルプを見れば、たいていの問題は解決する 16
- 17. 枠の呈示(visual.ShapeStim) vertices = ( (-100, -100), # 左下から (-100, 100), # 時計 (100, 100), # 周りで (100, -100), # 一周する ) stim = visual.ShapeStim(win, vertices=vertices) stim.draw() win.flip() 画面中央に(1辺200pxの) 正方形が呈示されたら成功。 17
- 18. # 閉じた形にしない (closeShape; ここでは冂ができる) stim = visual.ShapeStim( win, vertices=vertices, closeShape=False) # 赤色で塗りつぶす (fillColor) stim = visual.ShapeStim( win, fillColor=(1, -1, -1), vertices=vertices) visual.ShapeStim? でヘルプが見れる 線の色・幅、透明度など色々操作できる 後から形を変えたい場合は vertices = ((-100, -100), (0, 100), (100, -100)) stim.setVertices(vertices) # 三角形になった 他の引数もset◯◯で後から変更可能(visual.TextStimも同様) 18
- 19. 反応の取得(event.waitKeys) from psychopy import event msg = visual.TextStim(win, 'Press space key.') msg.draw() win.flip() keys = event.waitKeys(keyList=['space']) # spaceのみ許可 keys # ['space'] 3秒の制限時間を設けるなら、 keys = event.waitKeys(maxWait=3, keyList=['space']) keys # 3秒押さなかった場合何も入ってない (Noneが入っている) 19
- 20. 待機(core.wait) from psychopy import core core.wait(3) 右上を見ると、3秒間実行中になっているのが分かる。 これで「試行開始から刺激呈示まで0.5秒待つ」などできる。 20
- 21. 反応時間の取得(core.Clock) clock = core.Clock() core.wait(1) core.wait(2) clock.getTime() # 約3秒 (clockを作ってから経過した時間) 実際に使うときは↓ clock = core.Clock() # ... t_start = clock.getTime() # ... t_end = clock.getTime() elapsed_time = t_end - t_start # 単位: 秒 21
- 22. この時点ですでに、空間手がかり課題の刺激呈示が可能。 win = visual.Window() msg = 文字刺激; cue = 図形刺激; target = 図形刺激 clock = core.Clock() msg.draw() win.flip() # メッセージ呈示 event.waitKeys(keyList=['space']) # 試行開始待ち core.wait(0.5) cue.draw() win.flip() # 手がかり刺激呈示 core.wait(0.2) # SOAぶん待つ target.draw() win.flip() # ターゲット刺激呈示 t_start = clock.getTime() # 反応時間計測開始 keys = event.waitKeys(keyList=['left', 'right']) t_end = clock.getTime() # 反応時間計測終了 elapsed_time = t_end - t_start 22
- 24. 刺激のサイズ設定 win = visual.Window() 時に deg cm pix などが指定できます。 私見ですが、一番素朴で間違いが生じにくいのは pix なので、基本的 にこれを使っていけば良いと思います。 PX_PER_CM = 34 # 34pxで1cmだった場合 win = visual.Window(units='pix') txt = visual.TextStim( win, 'hoge', height=2 * PX_PER_CM) txt.draw() win.flip() # 視角2度の「hoge」が呈示される 24
- 25. 時間に厳密な刺激呈示 たとえばRSVP系列刺激を呈示する場合など。 悪い例 SOA = 0.09 # in second ISI = 0.01 for i in range(10): # 刺激を呈示して90ms待つ hoge_stim.draw() win.flip() core.wait(SOA) # 刺激を呈示して10ms待つ win.flip() core.wait(ISI) 25
- 26. 時間に厳密な刺激呈示 If the screen is refreshing at 60Hz (16.7ms per frame) and the getTime() call reports that the time has reached 1.999s, then the stimulus will draw again for a frame, in accordance with the while loop statement and will ultimately be displayed for 2.0167s. 公式マニュアルより。 時間指定による時間制御において、最大でフレームの長さと同程度の誤 差が生じる。 26
- 27. 時間に厳密な刺激呈示 win.flip() がフレーム単位で実行されるトリックを利用する。 よい例 SOA = 5 # in frame ISI = 1 for i in range(10): # 5フレーム刺激を呈示する for j in range(SOA): hoge_stim.draw() win.flip() # 1フレームブランクを呈示する for j in range(ISI): win.flip() 27
- 28. キー押し状態やキーリリースの取得 event.getKeys はキーが押され「た」かどうかしか取得できない。 pyglet.window.key を使えば、キーが押され「ている」かどうかを判 定できる。 import pyglet.window.key win = visual.Window() key = pyglet.window.key keyboard = key.KeyStateHandler() win.winHandle.push_handlers(keyboard) ... if keyboard[key.F]: print('Key "f" is pressed.') 28
- 29. 落とし穴 呈示したウィンドウが「応答なし」になる 問題ない。刺激呈示も反応取得も可能 フルスクリーン( visual.Window(fullscr=True) ) にすれ ば発生しなくなる ImportError: No module named hoge pip install hoge でインストールすればOK たまに import 時の名前とパッケージ名が違う点に注意 間違って前の被験者のファイルに上書き保存してしまわないか不安 ファイル作成済みなら例外を送出するよう対策しましょう import os filename = 'hoge.csv' if os.path.exists(filename): raise FileExistsError('File already exists!!!') 29
- 30. よいコードを書くために 半年後の自分が理解できるかどうか意識しておくとよいと思います。 The Zen of Python ( import this ) に従う Pythonプログラマの心構えを簡潔にまとめたもの 驚き最小の原則を意識する 余計なことをせず、シンプルに保つ(KISS, YANGI) "Keep it simple, stupid" "You aren't gonna need it" よいIDEを使う Jupyter (Notebook|Lab)、Spyder、PyCharmなど PsychoPy Coderはそれらに比べると扱いづらい 30
- 32. (の前に...) 実験条件をどう作るか itertools で条件の組み合わせを作るのが一番簡単。 import itertools conditions = list(itertools.product( # 直積 = 組み合わせ ('a1', 'a2'), ('b1', 'b2'), )) conditions [('a1', 'b1'), ('a1', 'b2'), ('a2', 'b1'), ('a2', 'b2')] 32
- 33. 実験条件をどう扱うか pandas で出力される表を予め作っておくとよい。 import itertools import pandas as pd conditions = list(itertools.product( range(12), # 繰り返し12回 ('a1', 'a2'), # 条件A ('b1', 'b2'), # 条件B )) df = pd.DataFrame( conditions, columns=['block', 'A', 'B'] ) 33
- 34. 実験条件をどう扱うか pandas で出力される表を予め作っておくとよい。 df.head(8) # 先頭8行を表示 block A B 0 0 a1 b1 1 0 a1 b2 2 0 a2 b1 3 0 a2 b2 4 1 a1 b1 5 1 a1 b2 6 1 a2 b1 7 1 a2 b2 34
- 35. 試行順序をどう設定するか sample() でシャッフル→ sort_values() でブロック順にソート。 df = df.sample(frac=1) # 縦方向にシャッフル df.sort_values('block', inplace=True) # blockでソート df.head(8) block A B 3 0 a2 b2 0 0 a1 b1 2 0 a2 b1 1 0 a1 b2 7 1 a2 b2 5 1 a1 b2 4 1 a1 b1 6 1 a2 b1 df.reset_index(drop=True, inplace=True) # indexの初期化 35
- 36. 反応をどこに記録するか df に新しい列を作り試行ごとに記録していくとよい。 df['resp'] = '' df['RT'] = 0 df.head() block A B resp RT 0 0 a2 b1 0 1 0 a2 b2 0 2 0 a1 b2 0 3 0 a1 b1 0 4 1 a2 b1 0 36
- 37. 反応をどこに記録するか df に新しい列を作り試行ごとに記録していくとよい。 # インデックス1番の'resp'列と'RT'列にそれぞれ値を代入する df.loc[1, ['resp', 'RT']] = ['left', 200] df.head() block A B resp RT 0 0 a2 b1 0 1 0 a2 b2 left 200 2 0 a1 b2 0 3 0 a1 b1 0 4 1 a2 b1 0 37
- 38. データフレームの出力 好きなエンコーディングで出力できる。 df.to_csv('output.csv', encoding='utf-8') df.to_csv('output.csv', encoding='shift-jis') ファイルエンコーディングは目的に合わせて選ぶ。 utf-8 ... Excel以外のほぼ全てにおける標準の文字コード shift-jis ... Excelで分析する予定ならこちらの文字コード ( utf-8 形式のcsvファイルをExcelで開くと文字化けします) 38
- 39. 実験の流れ ここまでの手順でベーシックな実験が作れるようになりました。 import 色々 df = pd.DataFrame(...) win = visual.Window(...) # ... 刺激やメッセージを作る ... for 試行 in 試行数: 刺激呈示 (visual.ShapeStim.draw, visual.Window.flip) 反応取得 (event.waitKeys, core.Clock) 反応記録 (pd.DataFrame.iloc[...] = [...]) 終了メッセージ呈示 データ保存 (pd.DataFrame.to_csv) 39
- 40. ループは df.iterrows() で for i, row in df.iterrows(): # iterはiterationの略 print('==========') print(i, '試行目') # iには現在の試行数が入る print(row) # その試行数目の行の要素が入る ========== 0 試行目 block 0 A a2 B b1 ========== 1 試行目 block 0 A a2 B b2 40