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Uploaded byKatsuhiro Morishita
VBAとPythonで始める数値計算教育
数値計算の授業をVBAを使って実施したのですが、採点をPythonでやった話です。わんくま同盟熊本勉強会#4の発表資料です。
VBAとPythonで始める数値計算教育
- 1. わんくま同盟 熊本勉強会 #04 VBAとPythonで始める数値計算教育 ver.0.999 2017-03-18 14:40-15:30 森下
- 2. わんくま同盟 熊本勉強会 #04 自己紹介 属性 •熊本高専建築社会デザイン工学科助教 • 専門は衛星測位や電子回路 • センサーでデータ集めたり • 機械学習歴6年ほど • 言語 – Python, C/C++, C#, VB, VB.NET, 後はかじった位 2
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- 4. わんくま同盟 熊本勉強会 #04 目次 •背景 • 評価をどう実現する問題 • 採点をどうする問題 • 実際の採点 • まとめ • 付録
- 5. わんくま同盟 熊本勉強会 #04 背景 熊本高専建築社会デザイン工学科では、4年次に数値 計算を学びます 数値計算・・・数値微分 とか、数値積分とか、 ニュートン法とか、掃き 出し法とか。工学的な 問題を計算機で解くた めに必要な技術。 ①𝑥"の初期値𝑥# 更新値𝑥$ ②𝑓𝑥# を計算 ③𝑥#における接線の傾き（微分値）を求める ④接線とy = 0の交点の𝑥座標で𝑥"を更新 ⑤以下、解が収束するまで繰り返す O 𝑥 𝑦 図 ↑ニュートン法
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- 7. わんくま同盟 熊本勉強会 #04 VBA •Microsoft Office用マクロ言語 • MacのVBA開発画面は超貧弱 • WinではOKでもMacではエラーとなったり Macではエラーになる例 左の修正例 開発環境@Mac
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- 13. わんくま同盟 熊本勉強会 #04 出題例 引数で渡された配列の平均値を返す関数を実装せよ。 ここで、引数に渡される配列は「Dima(リテラル) as Double」の様にして宣言されているものとする。 Function get_mean(arr) 'ここに解答する。 End Function
- 14. わんくま同盟 熊本勉強会 #04 解答例 Functionget_mean(arr) total_ = 0 For i = 0 To UBound(arr) total_ = total_ + arr(i) Next i get_mean = total_ / (UBound(arr) + 1) End Function
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- 16. わんくま同盟 熊本勉強会 #04 方法1VBAで関数を呼出&Sheetをチェック • 学生の書いた関数を呼び出し、返り値を評価したい • 他のブックから呼び出すことはできるが、Sheetに記 述された関数からは返り値が返ってこない • そこで、ワークシートに出力させて、それを確認 Excel VBA code on 学生作成ブック Excel VBA code on 評価用ブック Sheet Function hoge() Sheet Function test() ワークシート ① ②③ ④
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- 18. わんくま同盟 熊本勉強会 #04 方法2VBAで関数を呼出&学生はModule内に記述 • 学生には標準Module内に解答してもらう • 外部からの呼び出しに返り値が返る • ・・・だが、学生の作った関数はライブラリではない • Moduleの使い方を間違えている Module Function hoge() Sheet Function test() Excel VBA code on 学生作成ブック Excel VBA code on 評価用ブック ① ②
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- 20. わんくま同盟 熊本勉強会 #04 方法3Pythonで関数を呼出&学生はSheet内に記述 • 学生にはSheet内に解答してもらう • Pythonから呼び出すと、返り値が返ってくる • ・・・これで良い気がする Sheet Function hoge() Python Function test() Excel VBA code on 学生作成ブック Python code ① ②
- 21. わんくま同盟 熊本勉強会 #04 VBAを呼び出すPythonコード例 *WindowsOS上でしか動作しません。orz
- 22. わんくま同盟 熊本勉強会 #04 PythonとVBA間で渡せるデータ型 •PythonからVBAへ渡す引数 – str, int, floatとこれらを格納したlistを渡せることを確認 – numpyのndarrayやnumpyが定義する変数型は渡せない – intの値がint32の範囲を超えた場合は未確認 • VBAからPythonへ返される返り値 – String, Double, Integerとこれらを格納した配列はOK – Array型オブジェクトは渡せなかった
- 23. わんくま同盟 熊本勉強会 #04 最終形態 Sheet Functionhoge() Python Function test() Excel VBA code on 学生作成ブック Python code ① ② Sheet Function hoge() Excel VBA code on 教員作成ブック ③ ④ 双方の解の一致を確認する
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- 25. わんくま同盟 熊本勉強会 #04 解答のパターン •文字列 • 数値（整数・浮動小数点） • None（nullみたいなやつ） • 複素数 • 文字列 or 数値を格納した配列 • 2次元配列
- 26. わんくま同盟 熊本勉強会 #04 課題 •個々人の計算条件により、模範解答と解答が一致しない – アルゴリズム – 微分や積分に使う微小幅 – 解の収束条件 – 初期条件 • 文法・論理上のエラーはないが、実用的な計算速度でない • 見かけ上の誤差小への対応 – 特定の変数範囲では相対的な誤差が小さいこともある • 模範解答と学生の解答とで返り値の型が異なる場合がある – 正解は”解なし”なのに数値を返してきたとか
- 27. わんくま同盟 熊本勉強会 #04 対策 •初期条件 – 問題文に明示 • 実用的な計算時間でない – 動かないのだから、不可 • 見かけ上誤差小 – 問題文に変数範囲を明示するのが妥当 – その上で、複数回関数を呼び出して、確認する • 型が異なる – 「解なしの場合は”解なし”を返す」など、予め定めておく – 型が異なる場合は、不可とする
- 28. わんくま同盟 熊本勉強会 #04 誤差に対する対応 •微積場合、微小変化量を妥当に設定する必要がある • 妥当な実装ならば、誤差は1%もない
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- 30. わんくま同盟 熊本勉強会 #04 注意 •Excelが開いたままになったりするので、採点作業後 は再起動が必要になる・・・orz – 採点プログラムが悪かったかな？ • 学生40人分もあると、プログラムは絶対にクラッシュ するので、Python側はtry構文が必須 • タイムアウト処理も必要
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- 32. わんくま同盟 熊本勉強会 #04 エラーメッセージと原因 •'パラメーターの数が無効です。’ – 引数の数が一致しない。呼び出される関数側で引数の数が少ないと出る。渡す引数が 多いと出る。 • unsupported operand type(s) for / 'NoneType' and 'float' – 返り値がなかったなどして演算エラー • 'パラメーターはオプションではありません。’ – 呼び出される関数側の引数の数が多かった。渡す引数の数が少なかった。 • <unknown>.関数名 – 関数が存在しなかった。 • math domain error – 宣言されていない変数が使われるなど • 'アプリケーション定義のエラーです。’ – 文法エラー。変数の2重宣言や単独のEnd Subなど。また、関数内でCells()を使ってい るとたまにエラーになる。なんでやねん。 • スタックなんちゃら – 再帰構造によるスタックオーバーフロー
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- 35. わんくま同盟 熊本勉強会 #04 まとめ •数値計算をVBAを使って教えてみました • ライブラリが存在しないので、フルスクラッチ • VBAのテキトウなエラーメッセージが最低 • ベクトルの計算あたりから、脱落者が続出 – 関数が3つ以上・行数10行以上で危ないようだ – データ構造の理解が課題 • 関数を使って計算を続けることと、引数と返り値の データ構造を一般化しておくことが重要であることは 伝わったと思う • 問題に合わせた採点は大変だった
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- 39. わんくま同盟 熊本勉強会 #04 PyConmini Kumamotoをヨロシク！！ https://pycon-mini-kumamoto.connpass.com/event/45063/ 39
- 40. わんくま同盟 熊本勉強会 #04 PyConmini Kumamoto プログラム 時間 大ホール 教室 9:30 - 10:00 受付 – 10:00 - 10:15 オープニング – 10:15 - 11:00 キーノート Ian Lewis – 11:10 - 11:40 まだ見ぬバグゼロという未来(初級) 新井 正貴 kivyの利便性や有用性(初級) 齋藤 大輔 11:40 - 12:10 PythonとBI基盤ではじめるPyData入門〜福岡ソフトバ ンクホークスを添えて(初級) Shinichi Nakagawa(野球の人) DjangoのDB migrationがどういうしくみで動いているか (初級) 野中 哲 12:20 - 13:50 ランチディスカッション 14:00 - 14:30 すぐ始められる、Pythonの環境構築(初級) 寺田 学 ボイスインターフェースの現状(仮)と、pythonを使ったフ レームワーク(flask)でAmazon Echoがレスポンスを返 すまで。 堀田 直孝 14:40 - 15:10 Pythonでできる数理最適化（仮）(中級) 岩永 二郎 Pythonistaの使いかた jbking 15:20 - 15:50 科学技術計算用言語としてのPython&Webアプリ作ろう (中級) 矢野 高宏 データ分析現場におけるPython活用事例の紹介 真嘉比 愛 15:50 - 16:00 記念撮影 – 16:00 - 16:30 クロージングLT 1枠5分x5枠。当日、受付にて募集 – 16:30 - 16:45 クロージング – 40
- 41. わんくま同盟 熊本勉強会 #04 参考リンク •VBAによる数値計算解説スライド（1-10） – https://www.slideshare.net/katsuhiromorishita/vba-01-71493565 • VBAによるニュートン法実装例 – https://gist.github.com/KatsuhiroMorishita/54fee36290911d7c225 7ffe467efed04 • VBAによるベクトル演算関数群実装例 – https://gist.github.com/KatsuhiroMorishita/16a2da253a8afbf60ec8 3a721309dcac • VBAによる行列計算関数群実装例 – https://gist.github.com/KatsuhiroMorishita/16578b870d705731a88 94222a486f065
- 42. わんくま同盟 熊本勉強会 #04 PythonからVBAを呼び出すときの参考サイト •http://stackoverflow.com/questions/15897371/how-to-call- vba-sub-from-python# • http://stackoverflow.com/questions/14732340/how-to-call- excel-vba-functions-and-subs-using-python-win32com# • https://sites.google.com/site/pythoncasestudy/home/pywi n32kara-comwo-tsuka-tsu-te-excelwo-sousa-suru-houhou