01 型変換，関数の使い方 - 数理生物学演習

型変換¶

暗黙の型変換¶

特定の場合には型の変換が自動で行われる．

# 01-01. 暗黙の型変換
# 数値同士の演算，print関数
a = 5
b = 2
c = 3.3
d = 6.5 + 2j

print("type(a):", a, type(a))
print("type(b):", b, type(b))
print("type(c):", c, type(c))
print("type(d):", d, type(d))

type(a): 5 <class 'int'>
type(b): 2 <class 'int'>
type(c): 3.3 <class 'float'>
type(d): (6.5+2j) <class 'complex'>

e = a + c
f = a + d
g = a / b
h = a * c

print("type(e):", e, type(e))
print("type(f):", f, type(f))
print("type(g):", g, type(g))
print("type(h):", h, type(h))

type(e): 8.3 <class 'float'>
type(f): (11.5+2j) <class 'complex'>
type(g): 2.5 <class 'float'>
type(h): 16.5 <class 'float'>

1 + "1"

---------------------------------------------------------------------------
TypeError                                 Traceback (most recent call last)
Cell In[3], line 1
----> 1 1 + "1"

TypeError: unsupported operand type(s) for +: 'int' and 'str'

明示的型変換¶

Pythonでは，基本的には型変換は明示的に指定する．

# 01-02. 明示的型変換
## str
a = str(1)
b = str(True)
c = str(5.2)

print("str(1): ", a, type(a))
print("str(True): ", b, type(b))
print("str(5.2): ", c, type(c))

str(1):  1 <class 'str'>
str(True):  True <class 'str'>
str(5.2):  5.2 <class 'str'>

# 文字列の結合への利用
print("str" + str(21))

str21

## int
a = int("1")
b = int("010")
c = int(False)
d = int(10.0)

print('int("1"): ', a, type(a))
print('int("010"): ', b, type(b))
print('int("False"): ', c, type(c))
print('int("10.0"): ', d, type(d))

int("1"):  1 <class 'int'>
int("010"):  10 <class 'int'>
int("False"):  0 <class 'int'>
int("10.0"):  10 <class 'int'>

# float
a = float("-6.31")
b = float("5e-006")
c = float(1)
d = float(False)

print('float("-6.31"): ', a, type(a))
print('float("5e-006"): ', b, type(b))
print('float("1"): ', c, type(c))
print('float("False"): ', d, type(d))

float("-6.31"):  -6.31 <class 'float'>
float("5e-006"):  5e-06 <class 'float'>
float("1"):  1.0 <class 'float'>
float("False"):  0.0 <class 'float'>

関数を鍛える¶

グローバル変数¶

関数の外で定義した変数（グローバル変数 (global variable)）は関数の中からも参照できる．

# 01-03. グローバル変数
s = "Hello, World!"


def print_hello_global():
    print(s)

print_hello_global()

Hello, World!

グローバル変数とローカル変数¶

関数の中で代入された変数はローカル変数 (local variable)となり，同名のグローバル変数より優先される．

# 01-04. グローバル変数とローカル変数
s = "Hello, World!"


def print_hello_local():
    s = "こんにちは世界！"
    print(s)

print_hello_local()

こんにちは世界！

グローバル変数は関数内で書き換えられない¶

関数内に同名変数への代入があると関数全体でローカル扱いとなり，代入前の参照もエラーになる．

# 01-05. グローバル変数は関数内で書き換えられない
s = "Hello, World!"


def print_hello_local():
    print(s)
    s = "こんにちは世界！"
    print(s)

print_hello_local()

---------------------------------------------------------------------------
UnboundLocalError                         Traceback (most recent call last)
Cell In[13], line 1
----> 1 print_hello_local()

Cell In[12], line 6, in print_hello_local()
      5 def print_hello_local():
----> 6     print(s)
      7     s = "こんにちは世界！"
      8     print(s)

UnboundLocalError: cannot access local variable 's' where it is not associated with a value

パラメータのデフォルト値¶

パラメータにデフォルト値を設定すると，呼び出し時の指定を省略できる．

# 01-06. パラメータのデフォルト値
def func1(a, b="srt1"):
    print(a, b)

func1(1, 2)

1 2

func1(1)

1 srt1

func1(1, b=2)

1 2

func1(b=1)

---------------------------------------------------------------------------
TypeError                                 Traceback (most recent call last)
Cell In[18], line 1
----> 1 func1(b=1)

TypeError: func1() missing 1 required positional argument: 'a'

複数の戻り値¶

return をカンマで区切ると複数の値をタプルとして返せる．

# 01-07. 複数の戻り値
def func_multi(a):
    return a, a**2, a**3

x, y, z = func_multi(2)

print(x, y, z)

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ロジスティック成長（数値解）¶

P1-04 のロジスティック成長のシミュレーションを関数を使って書き直す．

# 01-08. ロジスティック成長（数値解）
import matplotlib.pyplot as plt

def logistic_growth(r, K, x0, t_end, dt=0.1):
    x = x0
    t_list = [0]
    x_list = [x]
    i_end = int(t_end / dt)
    for i in range(i_end):
        t = dt * (i + 1)
        x = x + dt * r * (1 - x / K) * x

        t_list.append(t)
        x_list.append(x)

    return t_list, x_list

t_list, x_list = logistic_growth(0.2, 100, 10, 100)

plt.plot(t_list, x_list)