6章・7章 - HackMD

--- title: 6章・7章 tags: presentation slideOptions: theme: white slideNumber: 'c/t' center: false transition: 'none' keyboard: true width: '93%' height: '100%' --- <style> /* basic design */ .reveal h1, .reveal h2, .reveal h3, .reveal h4, .reveal h5, .reveal h6, .reveal section, .reveal table, .reveal li, .reveal blockquote, .reveal th, .reveal td, .reveal p { font-family: 'Meiryo UI', 'Source Sans Pro', Helvetica, sans-serif, 'Helvetica Neue', 'Helvetica', 'Arial', 'Hiragino Sans', 'ヒラギノ角ゴシック', YuGothic, 'Yu Gothic'; text-align: left; line-height: 1.6; letter-spacing: normal; text-shadow: none; word-wrap: break-word; color: #444; } .reveal h1, .reveal h2, .reveal h3, .reveal h4, .reveal h5, .reveal h6 {font-weight: bold;} .reveal h1, .reveal h2, .reveal h3 {color: #00a474;} .reveal th {background: #DDD;} .reveal section img {background:none; border:none; box-shadow:none; max-width: 95%; max-height: 95%;} .reveal blockquote {width: 90%; padding: 0.5vw 3.0vw;} .reveal table {margin: 1.0vw auto;} .reveal code {line-height: 1.2;} .reveal p, .reveal li {padding: 0vw; 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Error: Syntax error ``` 例3　括弧の対応が不適切な場合 ```ocaml= 3 + 4) * 2 ;; Error: Syntax error ``` 例4　閉じ括弧を忘れている場合 ```ocaml= (3 + 4 ;; Error: Syntax error: ')' expected ``` #### ・Illegal character 構文エラーと似たエラーで、そもそもプログラムには使えない文字を使ってしまった場合「Illegal character」と表示される例　漢字を文字列の中ではなく、プログラム中に直接書いてしまった場合 ```ocaml= 新^横浜 ;; Error: Illegal character ``` ## 6.2　未定義の変数 #### ・Unbound value 未定義の変数を使おうとすると、「Unbound value」というエラーが発生する 例 例1　aを定義し忘れた場合 ```ocaml= 2 + a * 4;; Error: Unbound value a ``` 例2　定義する際にletではなくlatと書いてしまった場合(誤字) ```ocaml= lat x = 3 ;; Error: Unbound value lat ``` 　例2の場合、インタプリタはこれがlet文であることがわからず、latという未定義の変数が使われていると解釈して「Unbound value」のエラーを出してしまう #### ・Unbound constructor Unbound valueと似たエラーとしてUnbound constructorがある変数は小文字で始まらなくてはならないが、間違えて大文字で始めるとこのエラーになる 例 ```ocaml= A ;; Error: Unbound constructor A ``` ## 6.3　型エラー #### ・型エラーとは型が合っていない場合に起こるエラー #### ・例例1　整数の加算をしているのに実数を渡してしまった場合 ```ocaml= 3 + 2.5 ;; Error: This expression has type float but an expression was expected of type int ``` OCamlのインタプリタは、エラーが起きるとその場所をアンダーラインで示してくれる（３＋２.5 ; ;）例2　実数の加算をしようと思っているところに整数の加算を使ってしまった場合 ```ocaml= 1.0 + 2.0 ;; Error: This expression has type float but an expression was expected of type int ``` アンダーラインで示されたのは、＋ではなく1.0 ( 1.0 + 2.0 ; ; ) このように、インタプリタのエラーメッセージは常に我々の意図を理解しているわけではない #### ・型エラーの特殊な場合例1　sinがひとつしか引数を受け取らないのに間違ってふたつ渡してしまった場合 ```ocaml= sin 3.14 0. ;; Error: This function has type float -> float It is applied to too many arguments; maybe you forgot a `;'. ``` エラーメッセージに出てくるargumentというのは引数のことエラーメッセージの最後のmaybe以下は「どこかに；を書き忘れているのかも知れません」という意味例2　if文を書くときにelseというキーワードを書き忘れてしまった場合 ```ocaml= if 2 > 3 then sin 3.14 cos 0.0 ;; Error: This function has type float -> float It is applied to too many arguments; maybe you forgot a `;'. ``` このように書くと、OCamlインタプリタはsinに3.14とcosと0.0の３つの引数が渡されたと解釈してしまう ## 6.4　実行時のエラー #### ・実行時のエラーとはプログラムの構文は問題ないけれど、実際にそのプログラムを実行していたら途中でどうしてもそれ以上、実行を継続できなくなった場合に起きる例　０で割ってしまった場合 ```ocaml= 3 / 0 ;; Exception: Division_by_zero. ``` この場合、OCamlインタプリタはDivision_by_zeroという例外を発生してプログラムの実行を終了する ## 6.5　論理的なエラー #### ・論理的なエラーとはエラーメッセージがでないエラーそもそもの考え方が間違っている場合例　半径rの円の面積を求めたいのに、間違って円周の長さを求めてしまっている場合 ```ocaml= let menseki r = 2.*.pi*.r ;; val menseki : float -> float = <fun> menseki 10. ;; - : float = 62.8000000000000043 ``` 例で求まるのは円周の長さ、面積は求まらないこのような間違いは決してOCamlインタプリタは見つけてくれない OCamlのエラーメッセージや型システムは間違いを減らすのに役に立つが、すべてのエラーがなくなるわけではない # 7章　組とパターンマッチ ## 7.1　組の構文 #### ・組とは組というのは、いくつかのデータを並べて一つのデータにしたもの 例：ふたつの実数を並べて作った２次元平面上の点２次元平面上の点は、ふたつの実数ｘとｙを使って（ｘ、ｙ）と表現される。内部でｘとｙというふたつの実数を使っているが、全体としてはひとつの点を表している。 #### ・組の表現方法組は要素の値をコンマで区切って表現する例1 ```ocaml= (3.14,2.71);; - : float * float = (3.14, 2.71) ``` 組の型は要素の型を＊でつないだものになる ( 3.14 , 2.71 )は float型なので、全体の型は float型＊float型 になる組は違う型の要素を並べても構わない例2 ```ocaml= (3,true);; - : int * bool = (3, true) ``` int型と bool型を組にしたもの３つ以上の要素を並べても構わない例3 ```ocaml= (3,"a",3.14);; - : int * string * float = (3, "a", 3.14) ``` ３（int型）と a（string型）と３.１４（float型）の3つを組にしたもの組の組も作ることが出来る例3 ```ocaml= ((3,"a"),3.14);; - : (int * string) * float = ((3, "a"), 3.14) ``` 例3は「整数と文字列の組」と「実数」というふたつの要素の組括弧は省略可能例4 ```ocaml= 3.14,2.71 ;; - : float * float = (3.14, 2.71) ``` コンマさえあれば括弧が省略可能だが、読みにくくなるだけ #### ・問題7.1 国語、数学、英語、理科、社会の５つの点数を与えられたら、その合計点と平均点を組にして返す関数 goukei_to_heikin を定義せよ。 ```ocaml= let goukei_to_heikin kokugo suugaku eigo rika shakai=(kokugo+suugaku+eigo+rika+shakai,(kokugo+suugaku+eigo+rika+shakai)/5);; val goukei_to_heikin : int -> int -> int -> int -> int -> int * int = <fun> goukei_to_heikin 87 58 95 67 77;; - : int * int = (384, 76) ``` ## 7.2　パターンマッチ #### ・パターンマッチとは組に限らず複数のデータからできているデータの中身を取り出すにはパターンマッチ（パターンの照合）を使う #### ・パターンマッチの構文 match 式1 with パターン-> 式2 ①　 式1を実行 ②　①の結果をパターンと照合　（パターンとはデータの形を指定するもの） ③　②の照合結果を使って最後の式2を実行 #### ・例例1　組を作った直後にパターンマッチで要素を取り出す ```ocaml= match (3,5) with (a,b)->a+b;; - : int = 8 ``` 　( a , b )というのがふたつの組を表すパターン aとbはパターン変数と呼ばれ、構造データの要素を取り出すのに使われる ( 3 , 5 )という組からパターンマッチを使って要素を取り出す 1. ( 3 , 5 )という組が( a , b )と照合 1. パターン変数aの値が3に、bの値が5になる 1. ( a + b )が実行される例2　別の場所で作られた組を受け取りその要素を取り出して加える関数 ```ocaml= let add pair = match pair with ( a , b ) -> a + b ;; val add : int * int -> int = <fun> ``` ・関数`add`は引数として、pairを受け取る（このとき渡されるpairは必ずふたつの整数の組でなければならない）・ふたつの整数の組を引数pairに受け取る・関数`add`はその中のふたつの要素を加えた結果を返す関数`add`を使って組( 3, 5 )の要素を加えるなら以下のようになる例3 ```ocaml= add (3,5);; - : int = 8 ``` また、Ocamlの関数定義の構文は、引数の部分にパターンを書くことができる例2の定義は以下のよに書くこともできる例4 ```ocaml= let add (a,b) = a + b ;; val add : int * int -> int = <fun> ``` (a,b)という整数の組を受け取ってきて、その和を返す関数`add`を定義したことになる (a,b)というパターンが引数の役割もしている例2と例4の違いは、関数本体でpairという変数を使うことができるかどうかのみつまり、例2はpairという変数で組全体を指すが例4ではpairが使えない、プログラムは短くできる例2と例4どちらが良いかは実際にプログラム本体を書き始めてみないとわからない（本書では例4は使わない）例5　引数pairとして、ふたつの整数の組、かつふたつの値が等しいもののみを受け取る関数の定義 ```ocaml= let f pair = match pair with (a,a)->a+a;; Error: Variable a is bound several times in this matching ``` match文や関数の引数のパターンを書く際には、 パターン変数はお互いに異なっていなくてはならない という制限があるので例5のように書くことはできないふたつの変数を加えるだけなら、次のような関数を作ることができる例6 ```ocaml= let add2 a b = a + b ;; val add2 : int -> int -> int = <fun> ``` この関数は、a と b を一度に受け取るのではなく、別々に受け取りそれらの和を返す ```ocaml= add2 3 5 ;; - : int = 8 ``` 組として受け取る場合と別々に受け取る場合、どちらが良いか？ 　ふたつの受け取ってくる値によって受け取り方を変えると良い・意味的にひとつのもの（座標平面上のｘ座標とｙ座標など）⇒組にしてひとつのものと扱う・関係のないふたつの値（別々に受け取りその和を返すときなど）⇒ひとつの組にするのは避ける #### ・問題7.2 名前と成績の組を受け取ったら「〇〇さんの評価は△です」という文字列を返す関数 seiseki を定義せよ ```ocaml= let seiseki pair = match pair with (name,seiseki1)->name ^"さんの成績は"^seiseki1^"です";; val seiseki : string * string -> string = <fun> seiseki ("佐藤","可");; - : string = "佐藤さんの成績は可です" ``` ## 7.3　構造データに対するデザインレシピ #### ・デザインレシピ構造をもつデータを扱うをときには、今までのデザインレシピの4項目にテンプレートを追加全体 <ul> <li>目的</li> <li>例</li> <li>テンプレート</li> <li>本体</li> <li>テスト</li> </ul> #### ・テンプレートテンプレートとは、入力データの型から必然的に決まってくるプログラムの形、「ひな形」のことテンプレートでは、中身を取り出す match文を書く関数本体を作る前にテンプレートを作ると関数本体作成が格段に楽になる例1　関数`add`の目的と例をデザインレシピにしたがって作成 ```ocaml= (* 目的：ふたつの整数の組 pair を受け取りその要素の和を返す *) (* add : int * int -> int *) let add pair = 0 (* テスト *) let test1 = add (0,0) = 0 let test2 = add (3,5) = 8 let test3 = add (3,-5) = -2 ``` 入力の型が構造データである組になっている例2　テンプレートを作成　 ```ocaml= (* 目的：ふたつの整数の組 pair を受け取りその要素の和を返す *) (* add : int * int -> int *) let add pair = match pair with (a,b) -> 0 ``` ここに出てくる match文が、引数の型が int * int　の場合の組のテンプレートテンプレートをあらかじめ作っておくと、本体を作るときに利用できる値が明確になる例1の let add pair = 0 だけでは、pairという変数しか使えないが、例2のようにテンプレートを書いておけば、pairに加えて a と b というパターン変数を使えるようになる例3　テストプログラムを実行して、テンプレートの match文に誤りがないかを確認 ```ocaml= #use "/home/miho/ocaml-project/add.ml";; val add : 'a -> int = <fun> val test1 : bool = true val test2 : bool = false val test3 : bool = false ``` 例4 本体作成 ```ocaml= (* 目的：ふたつの整数の組 pair を受け取りその要素の和を返す *) (* add : int * int -> int *) let add pair = match pair with (a,b) -> a + b ``` 例5 テスト ```ocaml= #use "/home/miho/ocaml-project/add.ml";; val test1 : bool = true val test2 : bool = true val test3 : bool = true ``` #### 問題7.3 ｘ座標とｙ座標の組で表示された平面座標を受け取ったら、ｘ軸について対象な点の座標を返す関数 taisho_xをデザインレシピにしたがって作れ ```ocaml= (*目的：ｘ座標とｙ座標の組で表示された平面座標を受け取ったら、ｘ軸について対象な点の座標を返す*) (* taisho_x:'a * int -> 'a * int *) let taisho_x ten1 = match ten1 with (a,b) -> (a,-b) (*テスト*) let test1 = taisho_x(3,4)=(3,-4) let test2 = taisho_x(1,2)=(1,-2) #use "/home/miho/ocaml-project/taisho_x.ml";; val taisho_x : 'a * int -> 'a * int = <fun> val test1 : bool = true val test2 : bool = true ``` #### 問題7.4 ｘ座標とｙ座標の組で表示された平面座標をふたつ受け取ったら、その中点の座標を返す関数 chutenをデザインレシピにしたがって作れ ```ocaml= (*目的：ｘ座標とｙ座標の組で表示された平面座標をふたつ受け取ったら、その中点の座標を返す*) (* chuten : float * float -> float * float -> float * float *) let chuten ten1 ten2 = match ten1 with ( x1,y1 ) -> ( match ten2 with ( x2,y2 ) -> (( x1 +. x2 ) /. 2.0,( y1 +. y2) /. 2.0)) (*テスト*) let test1 = chuten (2.0,1.0)(6.0,3.0) = (4.0,2.0) let test2 = chuten (3.0,6.0)(5.0,2.0) = (4.0,4.0) #use "/home/miho/ocaml-project/chuten.ml";; val chuten : float * float -> float * float -> float * float = <fun> val test1 : bool = true val test2 : bool = true ``` ## 7.4　パターンマッチの実行方法ここでは、次のような式を考える match (2 + 3, 4 - 1) with     ( a , b ) -> a + b (2 + 3, 4 - 1)という組の要素をパターンマッチで取り出し、それらを加えるプログラム ① 式 (2 + 3, 4 - 1) の実行　 match ( 5 , 3 ) with     ( a , b ) -> a + b ② パターンと照合パターン変数 a が 5 に、b が 3 にマッチする ③ match文全体を -> の右側の式で置き換える全体が a + b になるが、a と b がそれぞれの値に置き換わるので     5 + 3 になり、最後に加算すると 8 が得られる パターンマッチの実行ではパターンマッチの本体に現れるパターン変数をその値に置き換える