名古屋大学 情報学研究科 知能システム学専攻 2023年8月実施 プログラミング
Author
祭音Myyura
Description
以下は Python プログラムに関する問題である。
[1] 以下の各プログラムの出力結果 (output) を答えよ。
(1)
import numpy as np
a = np.array([1, 2, 3, 4, 5])
print(a + 2)
(2)
import numpy as np
a = np.array([1, 2, 3])
b = np.array([4, 5, 6])
print(a.dot(b))
(3)
import numpy as np
a = np.array([[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]])
print(a[1:, 1:])
(4)
import numpy as np
a = np.array([[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]])
sum = np.sum(a, axis=0)
print(sum[1])
(5)
import numpy as np
a = np.arange(6).reshape(2, 3)
print(a)
[2] 以下の設問に答えよ。
(1) 下記のプログラムにおいて関数 (function) func() を実行した場合、なぜ a[0] の値は 3 になり、b の値は 3 にならないのか説明せよ。
def func(m, n):
m[0] = m[0] * 3
n = n * 3
a = [1]
b = 1
func(a, b)
print("a =", a[0], " b =", b)
(2) 下記のプログラムを実行した場合、無限ループ (infinite loop) が発生して停止しないことがある。なぜ無限ループが発生するのか説明せよ。
sum = 0.0
while True:
if sum == 10:
break
else:
sum = sum + 0.1
(3) 下記のプログラムを実行した場合、エラーが発生するか否か答えよ。 また、エラーが発生しない場合はその理由を、エラーが発生する場合はその解決策を答えよ.
a = "Hello"
a[0] = 'h'
(4) 下記のプログラムを実行した場合、エラーが発生するか否か答えよ。 また、エラーが発生しない場合はその理由を、エラーが発生する場合はその解決策を答えよ.
x = 10
def func():
x += 1
print(x)
func()
(5) 下記のプログラムを実行した場合、エラーが発生するか否か答えよ。 また、エラーが発生しない場合はその理由を、エラーが発生する場合はその解決策を答えよ.
for i in range(10):
print(i)
i = "Hello"
[3] 下記のブログラムは、与えられた数までのすべての素数 (prime number) をリストとして出力する。以下の設問に答えよ。
def prime_numbers(n):
primes = []
for num in range(n, 1, -1):
is_prime = True
for i in range(2, num):
if [ 空欄 a ]:
is_prime = False
break
if [ 空欄 b ]:
primes.append(num)
return primes
(1) [ 空欄 a ] と [ 空欄 b ] に入る適切な式を答えよ。
(2) print(prime_numbers(20)) の出力結果を答えよ。
[4] 下記のプログラムを読んで、以下の設問に答えよ。
import numpy as np
def func(x, y, a, b):
m, n = x.shape
p, q = y.shape
for i in range(m-p+1):
for j in range(n-q+1):
flag = True
for k in range(p):
for l in range(q):
if abs(x[i+k, j+l] - y[k, l]) > a:
flag = False
break
if flag:
x[i:i+p, j:j+q] = b
return x
x1 = np.array([[1, 2, 3, 4, 5],
[6, 7, 8, 9, 10],
[1, 2, 3, 4, 5],
[6, 7, 8, 9, 10],
[1, 2, 3, 4, 5]])
y1 = np.array([[2, 3],
[7, 8]])
y2 = np.array([[0, 0],
[0, 0]])
print(func(x1, y1, 1, 0))
print(func(x1, y2, 0, 1))
(1) 27 行目まで実行したときの 27 行目の print 文の出力結果を答えよ。
(2) 28 行目まで実行したときの 28 行目の print 文の出力結果を答えよ。
(3) 8 行目から 14 行目を以下の 1 行の形で表したい。等価な処理となるよう空欄を埋めよ。
- if [ 空欄 ]
(4) グレースケール画像 (grayscale image) は一般に行列 (matrix) として表現できる。 関数 func() の第 1 引数に画像の行列を与えると、返り値 (return value) としてどのような画像が得られるか説明せよ。
题目描述
本题考查上文给出的 Python/NumPy 程序。
[1] NumPy 基础：逐一写出五段程序的输出，内容依次涉及数组加标量、向量点积、二维切片、按列求和后取元素，以及 arange(6).reshape(2,3)。
[2] Python 语义与错误分析：
- 解释把列表
a和整数b传给func(m,n)后，为何修改m[0]会使a[0]变为 3，而对局部变量n重新赋值不会使b变为 3。 - 解释浮点数从 0 开始反复加
0.1、以sum == 10为退出条件时为何可能形成无限循环。 - 判断
a="Hello"; a[0]='h'是否报错；若报错给出解决方法。 - 判断函数内执行
x += 1时是否报错；若报错说明作用域原因和解决方法。 - 判断
for i in range(10)循环体内把i赋成字符串是否报错，并说明。
[3] 素数枚举：补全 prime_numbers(n) 中判断整除与追加元素的空格 a、b，并写出 prime_numbers(20) 的输出。
[4] 滑动窗口矩阵匹配：完整 func(x,y,a,b)、数组 x1,y1,y2 见上文。写出第 27、28 行两个 print 的矩阵输出；把第 8—14 行的逐元素误差判断改写为一行等价 if 条件；并解释当第一个参数是灰度图矩阵时，函数返回的图像发生什么变化。
考点
- NumPy 数组运算：理解广播、点积、切片、按轴归约和 reshape 的精确输出。
- Python 可变对象、不可变对象与作用域：区分就地修改对象和局部重新绑定，识别字符串不可变及
global/nonlocal相关错误。 - 浮点数比较：解释二进制舍入使精确相等条件不可靠。
- 素数枚举：补全试除逻辑并注意函数按降序遍历。
- 滑动窗口模式匹配：在二维数组上比较局部块的逐元素误差，并把匹配区域替换为指定值。
Kai
[1]
(1)
[3 4 5 6 7]
(2)
32
(3)
[[5 6]
[8 9]]
(4)
15
(5)
[[0 1 2]
[3 4 5]]
[2]
(1)
Pythonでは、数値、文字列、タプルなどのオブジェクトが値渡し（関数に引数の値をコピーして渡す方法）の対象となりますので、関数内で b の値が変更されていても、関数の外側で定義された x の値は変わっていません。
(2)
10進数の「0.1」を2進数に変換すると「0.0001100110011…」となり、「0011」の部分が永遠に循環します。 このような値はどこかの桁数で丸めを行う必要があるため、誤差が生じます。
(3)
エラーが発生します。次のように変更すれば良いです。
a = "Hello"
a = "h" + a[1:]
(4)
エラーが発生します。次のように変更すれば良いです。
x = 10
def func():
global x
x += 1
print(x)
func()
(5)
エラーが発生しません。出力は
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
[3]
(1)
- [ 空欄 a ]: num % i == 0
- [ 空欄 b ]: is_prime
(2)
[19, 17, 13, 11, 7, 5, 3, 2]
[4]
(1)
[[ 0 0 0 0 5]
[ 0 0 0 0 10]
[ 0 0 0 0 5]
[ 0 0 0 0 10]
[ 1 2 3 4 5]]
(2)
[[ 1 1 1 1 5]
[ 1 1 1 1 10]
[ 1 1 1 1 5]
[ 1 1 1 1 10]
[ 1 2 3 4 5]]
(3)
- if np.sum(np.abs(x[i:i+p, j:j+q] - y) > a) == 0:
(4)
関数 func() は，画像中からテンプレート y と近似的に一致する部分を探索し，その部分の画素値を b に置き換える。つまり，近似マッチした領域をマスクする処理である。