① IT 技術の可能性
② コンピュータを活用した問題解決
③ 批判的思考
④ プログラミング言語の多様性
2
アウトライン
1.
プログラミングの基本と意義
2. Python
言語の特徴とプログラミ
ングの可能性
3.
コンピュータの限界と精度の理
解
4.
さまざまなプログラミング言語
3
4-1. プログラミングの基本
と意義
4
5
• コンピュータは，プログラム
に従って動作
• プログラムは，コンピュータ
に指示を出し，所定の作業を
遂行させる
コンピュータとプログラム
6
• プログラムを設計し作成する
プロセス（プログラミング）
は，創造的な活動
• アイデアを形にできることが，
プログラミングの魅力
プログラミング
① プログラムとアプリケーション
プログラムが動作し，アプリケーションの機能を実現
7
Web ブラウザ
ワープロ
（マイクロソフト・ワード）
② プログラムは，コンピュータの動作をコント
ロール
8
Python 言語を使って
ニューラルネットワーク
を作成．AIシステムを構築
プログラムは，コンピュータの動作を細かくコントール
③ プログラムは，コンピュータ間の連携にも
役立つ
9
利用者
コンピュータ
利用者
サーバは，サービスを提供する
ITシステム
ネットワーク
コンピュータ同士の接続でもプログラムが必要．
コンピュータ
コンピュータ
プログラミングの目的
• プログラムは，コンピュータに指示を出し，
所定の作業を遂行させる
• 複雑な作業も自動化し，効率化することが可
能
10
Python プログラムの
ソースコード
プログラムの
実行結果
11
① プログラムの内容によって，
コンピュータはさまざまな作
業を実行できる
② プログラムを利用すること
で，多くの作業を自動化でき
る
③ プログラムで行った作業を
いつでも再現できる．
④ プログラムは柔軟性がある．
変更により，プログラムの動
作を簡単に調整できる
プログラミングの利点
プログラミングの基本と意義まとめ
• コンピュータは，プログラムの指示に従って動作す
るものである．
• プログラミングは，創造的な活動としてプログラム
を設計・作成することである．
• プログラムは，コンピュータの動作を詳細にコント
ロールする．
• プログラムを活用することで，複雑な作業も自動化
が可能である．
• プログラムは，作業の再現性と柔軟な変更が可能と
いう利点を持つ．
12
4-2. Python言語の特徴とプ
ログラミングの可能性
13
• Python は多くの
人々に利用されてい
るプログラミング言
語の１つ
• 読みやすさ，書きや
すさ，幅広い応用範
囲が特徴
14
Python
Python 言語が広く使用されている理由
文法のシンプルさ
• Python は，直感的で読みやすい文法
• 例えば、print で簡単に出力できる、if や else で条件分岐、for や
while で繰り返し（ループ）
拡張性
• 多岐にわたる分野で利用が可能
• 例えば、関数やクラスを定義するための def や class、継承やオブ
ジェクトの属性名と値を操作するための super や vars などがある。
柔軟性
• シンプルなスクリプトも、高度なプログラムも作成可能
• オブジェクト指向の機能を持ち、__init__ や self のようなキーワード
を使用してクラスを利用できる。
15
trinket
• Trinket はオンラインの Python、HTML 等の学習サイト
• ブラウザで動作
• 有料の機能と無料の機能がある
• 自分が作成した Python プログラムを公開し、他の人に実
行してもらうことが可能（そのとき、書き替えて実行も可
能）
• Python の標準機能を登載、その他、次の外部ライブラリ
がインストール済み
matplotlib.pyplot, numpy, processing, pygal
16
演習．
Python プログラムの実行
18
演習．
簡単なプログラムでも
さまざまなことが可能
21
プログラミングの可能性
• 人間の力を増幅し、私たちができることを大幅に広げる
• シミュレーション、大量データ処理、AI連携、ITシステム
制作など、さまざまな活動で役立つ
• プログラミングはクリエイティブな行為
• さまざまな作業を自動化したいとき、問題解決したいとき
にも役立つ
• 論理的思考力の向上
• 問題解決能力の育成
• デジタル社会での必須スキル
26
プログラミングの応用分野
• Web開発
フロントエンド（HTML, CSS, JavaScript），バックエンド
（Python, Django, Flask）
• データ分析
ビッグデータ処理，統計分析，データビジュアライゼーショ
ン
• 人工知能
自然言語処理，コンピュータビジョン，予測モデリング
• ゲーム開発
2Dゲーム，3Dゲーム，モバイルゲーム
• IoT（Internet of Things）
センサーデータの収集と分析，スマートホームシステム
• サイバーセキュリティ
ネットワークセキュリティ，暗号化技術
27
Python 言語の特徴とプログラミングの可能性まと
め
• Pythonは直感的で読みやすい文法を持つプログラ
ミング言語．
• 文法のシンプルさ，拡張性，柔軟性が特徴的である．
• Pythonは基本的な計算から高度なプログラミングま
で幅広く対応可能である．
• Web開発，データ分析，AI，ゲーム開発など応用分
野が多岐にわたる．
• プログラミングは人間の能力を増幅し，創造的な活
動を支援する．
28
4-3. コンピュータの限界と
精度の理解
29
プログラミングにおける注意点 ①
30
1. コンピュータにも，できないことがある．全ての
問題を解決できるわけではないことを理解しよう，
2. コンピュータを使用するからといって，計算が常
に完全に正確であるとは限らない．特に複雑な計
算を行う場合には，精度に注意が必要．
3. 人間がプログラムを作る際には，書き間違い，勘
違い，思い込みなどによるミスが起こり得る．
プログラミングにおける注意点 ②
31
4. ミスがあり得るため，「プログラムが期待通りに
動いているか」を確認するテストは非常に重要．
5. ミスの回避のため，抽象化、モジュール，標準ラ
イブラリの活用などの様々な手段を知っておく．
6. 性能や精度を追求し，問題を解決するために，既
存のアルゴリズムを知っておく
コンピュータでの数値の扱い
• コンピュータは、整数だけでなく、小数点以下の値を含む
数値（浮動小数点数）を扱うことができる。
• 浮動小数点数は、通常、コンピュータが、10進数で約15-16
桁の精度まで数値を保持できるものである。
• 有限の精度であるため、この範囲を超える数値（ 10進数で
17桁以上の数値）を計算しようとする微小な誤差が発生す
る。
• 精密な計算を行う場合などは、精度について理解しておく
ことが重要となる。
32
コンピュータによる「１÷３」 の計算
コンピュータを使って「1 ÷ 3」を計算してみるとどうなる
でしょうか？
• コンピュータは「0.3333333333333333」などと表示
• しかし，「無限に続く」数値を表現することはできない
• つまり、「1 ÷ 3」の正確な値を計算できない
コンピュータが表示する結果には小さな誤差が含まれている
（精度に限界がある）と理解してください．
コンピュータを使った計算に注意してください．
33
演習．計算誤差
34
コンピュータ計算と誤差
• 「コンピュータを使えば計算は完璧に正確」- この思い込
みは避けましょう。
• 例えば，「1 ÷ 3」の計算結果は，完全な精度では表示で
きません．少ないながらも誤差が含まれます．
• しかしこの微小な誤差は、多くの場合、私たちの作業には
十分な精度
• 少しの誤差を許容すれば、多くの計算が効率的に処理でき
るという考え方も．
37
コンピュータの限界と精度の理解
• 人間のプログラム作成時には，書き間違い，勘違い，思い
込みによるミスが起こり得る．
• プログラムが期待通りに動いているかを確認するテストは
非常に重要である．
• ミスの回避には，様々な知識・スキル（抽象化，モジュー
ル，標準ライブラリの活用など）が重要である．
• 問題解決のために，既存のアルゴリズムを知っておく必要
がある．
• 浮動小数点数は，10進数で約15-16桁の精度まで数値を保
持できる．10進数で17桁以上の数値計算では，微小な誤差
が発生する．
38
4-4. 様々なプログラミング
言語
39
40
• プログラミング言語は多種多様
• それぞれの言語に，特性と利用シー
ンがある
• プログラミングの基本理念と基礎知
識を理解することが重要．
• 一つのプログラミング言語で基本を
身につけることで、他の言語への適
応もスムーズに進むでしょう
プログラミングを学ぶときに気を付けること
さまざまなプログラミング言語
• Python
• C
• Java
• JavaScript
• R
• Octave
• Scheme
など
41
ここで行う作業
１．20 より大きければ「big」，
さもなければ「small」と表示
２．0 + 1 + 2 + 3 + 4 + 5 を求める
なぜプログラミング言語は
たくさんあるのでしょうか？
42
それぞれ
特徴があ
る
Java
どのコン
ピュータ
でも同じ
プログラ
ムが実行
可能
Python
シンプル
で，実行
も簡単．
初心者に
とって学
びやすい．
C / C++
コン
ピュータ
の性能を
最大限引
き出すた
めに適す
る．
R
データ処
理に特化
したコマ
ンド言語
SQL
データ
ベースに
特化した
コマンド
言語
MATLAB /
Octave
数値計算，
信号処理
などに特
化したコ
マンド言
語
Python プログラム見本
x = 100
if (x > 20):
print("big")
else:
print("small")
s = 0
for i in [1, 2, 3, 4, 5]:
s = s + i
print(s)
43
• シンプルで，実行も簡単．初
心者にとって学びやすい．
• 多種多様なパッケージを利用
することで、初心者でも容易
に強力な機能を追加できる．
Java プログラム見本
public class Main {
public static void main(String[] args) throws Exception {
int x = 100;
if (x > 20) {
System.out.printf("big¥n");
} else {
System.out.printf("small¥n");
}
int s = 0;
for(int i = 1; i <= 5; i++) {
s = s + i;
}
System.out.printf("%d¥n", s);
}
}
44
• Javaはどのコンピュータ
でも同じプログラムが実行
可能
• Windows、Linux、そして
Androidアプリなど、異な
る環境でも同じソースコー
ドで動作
• このように，Java は互換
性が高く，広範なアプリ
ケーション開発に適する
C プログラム見本
#include <stdio.h>
int main(void){
int x, s, i;
x = 100;
if (x > 20) {
printf("big¥n");
} else {
printf("small¥n");
}
s = 0;
for(i = 1; i <= 5; i++) {
s = s + i;
}
printf("%d¥n", s);
return;
}
45
• CとC++はコンピュータの
性能を最大限引き出すため
に適する
• 細かな制御や高速な実行に
向いている
• チューニングにより最適化
できる．高度なプログラミ
ングやパフォーマンス重視
のアプリケーション開発に
適する
R プログラム見本
x <- 100
if (x > 20) {
print("big")
} else {
print("small")
}
s <- 0
for (i in c(1,2,3,4,5)) {
s <- s + i
}
print(s)
46
• Rはデータ処理に特化したコ
マンド言語
• データ専門家にも適する
• Rは豊富な統計やデータ解析
の機能を提供
• データの可視化やモデリン
グなどの作業を効率的に行
うことが可能
Octave プログラム見本
x = 100
if (x > 20)
printf("big¥n")
else
printf("small¥n")
endif
s = 0
for i = [1 2 3 4 5]
s = s + i
endfor
printf("%d", s)
47
• 数値計算や信号処理などに特化
したコマンド言語
• 行列計算や信号処理などの科学
技術計算に向いている
• 高度な数値演算やデータ解析が
容易に行える
JavaScript プログラム見本
process.stdin.resume();
process.stdin.setEncoding('utf8');
var util = require('util');
var x = 100;
if (x > 20) {
process.stdout.write('big¥n');
} else {
process.stdout.write('small¥n')
}
var s = 0;
for(var i = 1; i <= 5; i++) {
s = s + i;
}
process.stdout.write(util.format('%d¥n', s));
48
• インタラクティブな
ウェブページの作成に
適する
• そのとき，ユーザーと
のリアルタイムな対話，
動的なコンテンツの表
示が可能
• 幅広い種類の OS でサ
ポートされている
(define (decide x)
(cond
((> x 20) "big")
(else "small")))
(define (sum n)
(cond
((= n 0) 0)
(else (+ (sum (- n 1)) n))))
(begin
(print (decide 100))
(print (sum 5)))
Scheme プログラム見本
49
• シンプルで明確な構文を
持つ
• 関数型プログラミング言
語
• 強力な再帰処理や高階関
数の活用が簡単にできる
さまざな種類のプログラミング言語
• プログラミングの基本理念と基礎知識を理解していくこと
が重要
• 一つの言語で基礎を身につけることで，他の言語への適応
もスムーズに進む
なぜプログラミング言語はたくさんあるのか？
• 異なるニーズや目的に対応
• 広範な用途に適するもの（Python, Java, JavaScript など）も
あれば，特定の領域でより強力な機能を提供するものも
• 自分の目標や学びたいことに応じて言語を選ぶことが重要．
複数の言語を使い分けることもある．
50
51
オンラインでの Python プログラム
実行（trinketを使用）
Python プログラムの
ソースコード
さまざまな
プログラミング言語
x = 100
if (x > 20):
print("big")
else:
print("small")
s = 0
for i in [1, 2, 3, 4, 5]:
s = s + i
print(s)
public class Main {
public static void main(String[] args) throws Exception
{
int x = 100;
if (x > 20) {
System.out.printf("big¥n");
} else {
System.out.printf("small¥n");
}
int s = 0;
for(int i = 1; i <= 5; i++) {
s = s + i;
}
System.out.printf("%d¥n", s);
}
}
#include <stdio.h>
int main(void){
int x, s, i;
x = 100;
if (x > 20) {
printf("big¥n");
} else {
printf("small¥n");
}
s = 0;
for(i = 1; i <= 5; i++) {
s = s + i;
}
printf("%d¥n", s);
return;
}
Python
Java C
① IT 技術の可能性
プログラミングを通じて，新しい創造，新しい発見，作
業の自動化などが実現できます。
② コンピュータを活用した問題解決
プログラミングを通じた問題解決の手順の理解は、問題解決能
力や論理的思考力の向上に役立ちます。
③ 批判的思考
「コンピュータを使えば計算は完璧に正確」という一般的な思
い込みを覆すことで、常に批判的に見ることや、根拠を確認す
ることが重要である。
④ プログラミング言語の多様性
一つの言語で基礎を身につけることで，他の言語への適
応もスムーズに進みます．将来，さまざまなプログラミ
ング言語を学ぶことで，それぞれの特性や利点を理解し，
ニーズに合わせた言語を選択する能力が取得できます．
52
まとめ
• プログラミングは創造的な活動であり，多様な問題を解決
し，人間の能力を増幅する．
• プログラミングは，計算，データ処理，データ送受信，人
工知能，グラフィックス，シミュレーションなどの多様な
活動を可能にする
• コンピュータによる計算には，精度の限界が存在する．
「1 ÷ 3」などの単純な計算でも微小な誤差が含まれている
場合がある．
• プログラミング言語は多様であり，それぞれの言語に特性
がある．異なるニーズや目的にあわせて，プログラミング
言語が選択される．
• 基本的な概念と知識を一つの言語で習得することにより，
他の言語への適応も容易になる．
53
