Microsoft PowerPoint - 11th.ppt [互換モード]

Transcription

1 工学部 組 ( 奇数学籍番号 ) 担当 : 長谷川英之 情報処理演習 第 11 回 2010 年 12 月 16 日 1

2 課題 R の解答例 #include <stdio.h> #include <math.h> #define nn #define pi main() int i,j,n; float sound[nn],ei[nn],er[nn]; float f[nn],sr[nn],si[nn]; fp=fopen("./b0tb****.txt","r"); fscanf(fp,"%d",&n); for(i=0;i<n;++i) fscanf(fp,"%f",&sound[i]); fclose(fp); 続き for(j=0;j<n/10;++j) f[j]=22050.*j/n; Sr[j]=0.0; Si[j]=0.0; for(i=0;i<n;++i) er[i]=cos(2.*pi*f[j]*i/22050.); ei[i]=-sin(2.*pi*f[j]*i/22050.); Sr[j]=Sr[j]+sound[i]*er[i]; Si[j]=Si[j]+sound[i]*ei[i]; Sr[j]=Sr[j]/(float)N; Si[j]=Si[j]/(float)N; 続く 2

3 課題 Q a 前ページのプログラムを用いれば, 周波数 f[j] (j = 0, 1, 2,, N/10: つまり 22050/10=2205 Hz まで ) について周波数スペクトル S(f[j]) の実部 Sr[j] および虚部 Si[j] が求まります. 計算された各周波数 f[j] における実部 Sr[j] と虚部 Si[j] からそれらの振幅 a[j] を計算し, 横軸を f[j], 縦軸を a[j] (j は 0 から N/10 まで ) として gnuplot で確認できるようファイルに出力するプログラムを作成して下さい. a[j]=sqrt(sr[j]*sr[j]+si[j]*si[j]) を計算するだけです. x の平方根 : sqrt(x) 3

4 課題 Q a の解答例 #include <stdio.h> #include <math.h> #define nn #define pi main() int i,j,n; float sound[nn],ei[nn],er[nn]; float f[nn],sr[nn],si[nn],a; FILE *fp; fp=fopen("./b0tb****.txt","r"); fscanf(fp,"%d",&n); for(i=0;i<n;++i) fscanf(fp,"%f",&sound[i]); fclose(fp); 続く 続き for(j=0;j<n/10;++j) f[j]=22050.*j/n; Sr[j]=0.0; Si[j]=0.0; for(i=0;i<n;++i) er[i]=cos(2.*pi*f[j]*i/22050.); ei[i]=-sin(2.*pi*f[j]*i/22050.); Sr[j]=Sr[j]+sound[i]*er[i]; Si[j]=Si[j]+sound[i]*ei[i]; Sr[j]=Sr[j]/(float)N; Si[j]=Si[j]/(float)N; fp=fopen( amp.txt, w ); for(j=0;j<n/10;++j) a=sqrt(sr[j]*sr[j]+si[j]*si[j]); fprintf(fp, %f %f n,f[j],a); fclose(fp); 4

5 課題 Q a の計算結果例 振幅 周波数 [Hz] 5

6 今回のメインテーマ : 関数呼び出し main 関数以外に所望の処理を行う関数 ( サブルーチン ) を定義して, その関数を main 関数の中で呼び出して仕事をさせること. これも重要な概念です. 頑張って理解して下さい. 6

7 #include <stdio.h> int sumdata(int a,int b) int n; n=a+b; return(n); main() int a,b,c; 関数呼び出しを使用した例プログラムh10.c printf( Input two integers. n ); scanf( %d %d,&a,&b); c=sumdata(a,b); printf( result=%d n,c); 7

8 プログラムh10.c #include <stdio.h> int sumdata(int a,int b) int n; n=a+b; return(n); main() int a,b,c; 関数呼び出しを使用した例 main 関数以外に sumdata という関数を定義 計算結果 n を返す. 関数 sumdata は int 型の関数と定義したため, 返す値 n も int 型である必要がある. printf( Input two integers. n ); scanf( %d %d,&a,&b); c=sumdata(a,b); 関数 sumdataに変数 a, bの値を渡して printf( result=%d n,c); 所望の処理を行い,sumdataが返した値をint 型変数 cに代入. 8

9 関数 C 言語のプログラムでは,main 関数は必須であるが,main 以外に所望の処理を行うための関数を定義することができる. 定義方法はmain 関数と同様だが, int sumdata(int a,int b) のように, 関数の型は, 返される処理結果の型 ( 前ページの場合は2つの int 型変数の和をint 型として返す ) と一致している必要がある. 関数 sumdataの定義部分の説明 int sumdata(int a,int b) 関数 sumdataが呼び出されたときに渡されるデータの型を定義. この例の場合,2つのint 型のデータが受け渡される. int n; n=a+b; return(n); c=sumdata(a,b); sumdata は int 型関数として定義したため,int 型のデータを返す (return) 必要がある.int 型変数 n を返すようにすることで, 関数 sumdata に所望の処理 ( 加算 ) を行わせることができる. 変数 a も int 型なので,return(a); とすることも可能だが, その場合は a の内容をそのまま返すだけ. 関数 sumdata の呼び出し部分の説明 関数 sumdataを呼び出し,int 型変数 aとbの内容を引き渡す. sumdataの実行結果 ( 返されたint 型の値 ) をint 型変数 cに代入. 9

10 関数呼び出しを知ったことによって分かること 組み込み関数 c=sumdata(a,b); の書き方で思い出すのは, z=pow(x,y); や y=sin(x); などの使い方だと思います.pow や sin はいずれも float 型の関数で, 呼び出されたときに引き渡される変数が float 型変数 x,y です. これらの関数は, コンパイル時に lm というオプションを付けることで使えるようになります. つまり,-lm オプションは, 自分で作成した main 関数に pow,sin 関数をくっつけるということを意味しています.pow や sin などのようにもともと組み込まれている関数を, 組み込み関数と言います. 自分で作成する関数には, これら組み込み関数とは異なる名前を付ける必要があります ( この例の場合は sumdata). 配列と関数の書式配列を使う場合は a[i] のように中括弧 [ ] を使います.a( ) と書いてしまうと,aという関数を呼び出すことになってしまいます. 書き方が似ているので注意して下さい. 10

11 関数呼び出しによる組合せの計算 ( 教科書 P. 56 の必要最小 ) プログラムh10-2.c #include <stdio.h> long factorial(int x) int i; long f; 計算内容については次ページ参照 i=0; f=1; while(i<x) ++i; f=f*i; return(f); 教科書にある if と exit(1) のセットは,n と r に関する誤入力を避けるためのもの. オペレータが誤入力に注意すれば無くとも動作はする. main() int n,r; long ncr; main で呼び出されて返した値は long 型変数 ncr に代入されるため, 関数 factorial は long 型で定義. 引き渡される数 ( 引数 int x) は,main 関数にあるとおり n,r,n-r であるため int 型である. factorial(n) はn! を返すので, scanf( %d %d,&n,&r); この行はn!/(r! (n-r)!) を示す. ncr=factorial(n)/(factorial(r)*factorial(n-r)); printf( n=%d, r=%d, ncr=%ld n,n,r,ncr); 11

12 関数 factorial の計算内容 (n!) factorial が main 中で呼び出されたときの引数の値が x に引き渡される. 例えば,main 中で factorial(n) と呼び出した場合は,x の値は n となる. x=3の場合 iの値 fの値 i=0; f=1; while(i<x) ++i; f=f*i; 1. i と f の値をそれぞれ 0 と 1 に設定 2. i<x である限り, ++i; f=f*i; を繰り返す. 0 1 while ループ開始 i=x となり i<x を満たさないため while ループ終了 return(f) で返される f の値は 6 12

13 誤入力を避けるための処理部分の説明 ( 教科書の例 ) if(scanf( %d %d,&n,&r)!=2) scanf も組み込み関数なので, 返り値がある.scanf は読み込んだ値の 個数 を返すことになっている. 入力した値の数が 2 でないときは,2 以外の値を返すので, きちんと 2 つの値が入力されたかどうか判断できる. printf( Input 2 integers n ); exit(1); プログラムを終了させる.exit(0); は正常終了, exit(1); は異常終了を示す. この場合は,2 つの整数が入力されない場合 (!=2) なので異常終了させる. 13

14 変数の有効範囲の説明のプログラム ( 教科書 P. 60 の類似 ) プログラムh10-3.c #include <stdio.h> int a,b; int func(int x) int m; m=2; a=4; printf( m, a = %d, %d n,m,a); return(m*x); main() int m; m=5; a=2; printf( m, a = %d, %d n,m,a); b=func(a); printf( m, a = %d, %d n,m,a); printf( b = %d n,b); このプログラムで言いたいこと局所変数と大域変数 局所変数従来のように関数の 内で定義された変数 ( 左の例では関数 main と func の中の変数 m) その関数の中でのみ有効 大域変数関数の の外で定義された変数 ( 左の例では変数 a と b) ソースプログラムに含まれる関数全てで共通に使用される. 14

15 変数の有効範囲の説明のプログラム ( 教科書 P. 60 の類似 ) プログラムh10-3.c #include <stdio.h> int a,b; 大域変数はこのように関数の外で定義 int func(int x) int m; m=2; a=4; printf( m, a = %d, %d n,m,a); return(m*x); main() int m; 同じ文字 m を使用して 2 回変数定義がなされているが, それぞれ main と func の中でのみしか有効でないため, 重複して定義したことにはならない ( 局所変数 ). m=5; a=2; printf( m, a = %d, %d n,m,a); b=func(a); printf( m, a = %d, %d n,m,a); printf( b = %d n,b); 15

16 変数の有効範囲の説明のプログラム ( 教科書 P. 60 の類似 ) プログラムh10-3.c #include <stdio.h> int a,b; int func(int x) int m; m=2; a=4; printf( m, a = %d, %d n,m,a); return(m*x); main() int m; 変数 m の値を 5 に設定 ここで関数 func が呼び出されるので, func 中の変数 m は 2 にセットされるが, main 中の m の値は変わらず 5 である. m=5; a=2; printf( m, a = %d, %d n,m,a); b=func(a); printf( m, a = %d, %d n,m,a); printf( b = %d n,b); 関数 main 中で変数 m の内容を表示してみると, 相変わらず値は 5 であるはず. それに対し,b は a=2 と関数 func 中の m=2 の積であるから 4 になる. 16

17 これまでと異なる用法 return(m*x); これまで, int m,f; f=m*x; return(f); としていたものと同じ意味. 17

18 再帰的関数呼び出しによる組合せの計算 ( 教科書 p. 62 の必要最小 ) プログラムh10-4.c #include <stdio.h> long factorial(int x) printf( called: x=%2d n,x); if(x==0) return(1); else return(x*factorial(x-1)); 動作の説明は次ページ main() int n,r; long ncr; scanf( %d %d,&n,&r); ncr=factorial(n)/(factorial(r)*factorial(n-r)); printf( n=%d, r=%d, ncr=%ld n,n,r,ncr); 18

19 前ページの再帰的呼び出しの説明 例えば,n=3のときにfactorial(n) が呼び出されると次のような動作をする. 3*factorial(2) factorial(2)=2*factorial(1) なので 3*2*factorial(1) factorial(1)=1*factorial(0) なので 3*2*1*factorial(0) factorial(0)=1 なので 3*2*1*1 long factorial(int x) printf( called: x=%2d n,x); if(x==0) return(1); else return(x*factorial(x-1)); 漸化式の処理などに有用ですが, 使うには十分習熟することが必要でしょう. まず本資料 7 ページの使い方ができれば良いと思います. 19

20 課題 Q b 課題 Q a で周波数 f[j] におけるスペクトル S(f[j]) の振幅 a[j] を計算しました. ここでは, 周波数スペクトル S(j) の実部 Sr[j] と虚部 Si[j] の値を受け取って振幅 a[j] の値を計算する部分をサブルーチン化して下さい. サブルーチン (main 以外の関数 ) 名は calcamp など何でも良いです. h10.c,h10-2.c あたりが参考になると思います. 配列データを関数に渡すのはまだ説明していないため, main 中で関数 calcamp を呼び出すところは, for(j=0;j<n/10;++j) re=sr[j]; im=si[j]; a=calcamp(re,im); などとして下さい (re,im は float 型の変数 ). 20

21 課題 Q a の解答例 #include <stdio.h> #include <math.h> #define nn #define pi main() int i,j,n; float sound[nn],ei[nn],er[nn]; float f[nn],sr[nn],si[nn],a; FILE *fp; fp=fopen("./b0tb****.txt","r"); fscanf(fp,"%d",&n); for(i=0;i<n;++i) fscanf(fp,"%f",&sound[i]); fclose(fp); 続く 続き for(j=0;j<n/10;++j) f[j]=22050.*j/n; Sr[j]=0.0; Si[j]=0.0; for(i=0;i<n;++i) er[i]=cos(2.*pi*f[j]*i/22050.); ei[i]=-sin(2.*pi*f[j]*i/22050.); Sr[j]=Sr[j]+sound[i]*er[i]; Si[j]=Si[j]+sound[i]*ei[i]; Sr[j]=Sr[j]/(float)N; Si[j]=Si[j]/(float)N; fp=fopen( amp.txt, w ); for(j=0;j<n/10;++j) a=sqrt(sr[j]*sr[j]+si[j]*si[j]); fprintf(fp, %f %f n,f[j],a); fclose(fp); 赤字の部分を関数化 21