Python3 エラー'tuple' object has no attribute 'shape'

Question

前提・実現したいこと

python初心者です。
惑星とその周りを楕円運動する衛星の軌道を、微分方程式を解くことでプロットしようとしています。

発生している問題・エラーメッセージ

動径をr、系の慣性軸と衛星惑星をむすぶ直線がなす角をfとしてひとまず値を得ることが出来ましたが、それが本当に楕円軌道を描いているのか（正しく数値計算出来ているか）を確認するためにデカルト座標にプロットしたいのですが、変換のサンプルコードを用いても座標データの代入が間違っているのか、エラーが出ます。

---------------------------------------------------------------------------
AttributeError                            Traceback (most recent call last)
<ipython-input-16-c7b0c13ef6ac> in <module>
     81 position = (u_list[:,0], u_list[:,1])
     82 
---> 83 polar2cartesian(position)

<ipython-input-16-c7b0c13ef6ac> in polar2cartesian(position)
     72 def polar2cartesian(position):
     73 
---> 74     num = position.shape[0]
     75     newposition = np.empty([num,2], dtype=np.float64)
     76     newposition[:,0] = position[:,0]*np.cos(position[:,1])

AttributeError: 'tuple' object has no attribute 'shape'

該当のソースコード

import math
import numpy as np
from scipy.integrate import odeint
import matplotlib.pyplot as plt


t_min = 0.0
t_max = 10.0

N = 1001

n = 2*np.pi
a = 1.0

e = 0.1

k = n*a*pow(1-e*e, -1/2)



def func(u, t, k, n, a, e):
    
    r = u[0]
    f = u[1]
    x1 = u[2]             # γ
    x2 = u[3]             # dγ/dt
    
    drdt = k*e*math.sin(f)
    dfdt = k*math.cos(f)/r
    dx1dt = x2
    dx2dt = -0.02*n*n*pow(a/r, 3)*math.sin(2*x1-2*f)
    
    return ([drdt, dfdt, dx1dt, dx2dt])


t = np.linspace(t_min, t_max, N)  # 時間刻み


u0 = [1.0, 0.0, 0.0, 0.0]     # r,f,γ,dγ/dtの初期値

u_list = odeint(func, u0, t, args=(k, n, a, e))


#print(u_list)


# 可視化

def plot1(x, y):
    fig = plt.figure()
    
    sol = fig.add_subplot(1,1,1)
    sol.set_xlabel("γ", fontsize=20, fontname='selif')
    sol.set_ylabel("dγ/dt", fontsize=20, fontname='selif')
    sol.tick_params(axis='both', length=10, which='major')
    sol.tick_params(axis='both', length=5, which='minor')
    sol.set_xlim([0.0, np.pi])
    sol.set_ylim([-1.0, 2.0])
    sol.minorticks_on()
    
    sol.plot(x, y, 'b-', markersize=5)
    
    fig.tight_layout()
    
    plt.show()


plot1(u_list[:,2], u_list[:,3])



def polar2cartesian(position):
    
    num = position.shape[0]
    newposition = np.empty([num,2], dtype=np.float64)
    newposition[:,0] = position[:,0]*np.cos(position[:,1])
    newposition[:,1] = position[:,0]*np.sin(position[:,1])
    
    return newposition

position = (u_list[:,0], u_list[:,1])

polar2cartesian(position)

試したこと

補足情報（FW/ツールのバージョンなど）

Python3をAnacondaで使っています。

Answer 1

position = (u_list[:,0], u_list[:,1])

position は DataFrame が2つ入っている tuple です。

num = position.shape[0]

position の tuple に対して shape メソッド/メンバ にアクセスしていますが、tuple にはありません。
もしかして、tupleの最初の要素に対して position[0].shape としたかったのでしょうか？

Comments

[HaruKasu]

迅速なご回答ありがとうございます。御指摘頂いたことについてですが、

１「tupleに無い」というのは、何がでしょう？理解力が無くて申し訳ありません…。
２　この「def polar2certesian(position):」以下のコードはあるサイトに載っていたものをそのまま２次元にしただけのものでした。そこで御指摘の通り[0]の位置を書き直したところ、今度は以下のエラーが出ました。

---------------------------------------------------------------------------
TypeError Traceback (most recent call last)
<ipython-input-17-57e58cc9ff72> in <module>
81 position = (u_list[:,0], u_list[:,1])
82
---> 83 polar2cartesian(position)

<ipython-input-17-57e58cc9ff72> in polar2cartesian(position)
73
74 num = position[0].shape
---> 75 newposition = np.empty([num,2], dtype=np.float64)
76 newposition[:,0] = position[:,0]*np.cos(position[:,1])
77 newposition[:,1] = position[:,0]*np.sin(position[:,1])

TypeError: 'tuple' object cannot be interpreted as an integer

これはやはり１に書いたtupleやshapeに関わる問題が解消されていないことに起因するものでしょうか？質問だらけになってしまいすみません。

[shiracamus]

tuple は

("abc", "def")

のようなデータです。
以下のように実行したときの違いはわかりますか？
行頭の `>>> ` は 対話型PYthonインタープリタの入力プロンプトです。

>>> position = ("abc", "def")
>>> position.uppper()[0]
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
AttributeError: 'tuple' object has no attribute 'uppper'
>>> position[0].upper()
'ABC'
>>> position[0]
'abc'
>>> position[1]
'def'

[HaruKasu]

前者は今私が陥っているエラー状態で、後者は成功したパターンですね。positionとして定義(?)したtupleという形式の要素の集まりで、その０にあたるもの、つまり一つ目の要素”abc”に対してupper関数を作用したところabcを大文字でABCと表示することに成功した、という理解で大丈夫でしょうか。

[HaruKasu]

つまり私は今のところ、shape関数の作用範囲を動径要素rのデータしか扱えない状態にしてしまっているということでしょうか。

[shiracamus]

そうなりますね。
position 変数には、 u_list[:,0] というデータと u_list[:,1] というデータの2要素のタプルデータになっています。
shape を取りたいのは u_list[:,0] ですか？ u_list[:,1] ですか？ 両方ですか？
num = position[0].shape とすれば num = u_list[:,0].shape を実行したのと同等です。
num = position[1].shape とすれば num = u_list[:,1].shape を実行したのと同等です。

[HaruKasu]

なるほど理解しました！
そして改めて疑問に思うのですが、私は(r, f)のデータを(x, y)に変換したいだけなのですが、そもそも要素数をはじき出すshape関数がなぜ必要なのでしょう？この変換におけるshape関数の役割がわかれば、u_list[:,0]かu_list[:,1]かまたはその両方に作用させるべきか判断できると思います。

[shiracamus]

shapeを指定したのはご自身ではないのですか？

[HaruKasu]

極座標を直交座標に変換するコードについて調べたときに参照したあるサイトに、サンプルコードとして載っているのをそのまま２次元に直して使わせてもらったのです。

[HaruKasu]

empty関数について調べていたら、「shapeを引数として渡す」と書いてあるのを見落としていました。このサンプルコードではempty関数を用いているので、だから必要だったんですね。すみません、お騒がせしました。

[shiracamus]

2次元に直したときにタプルにしたのですね？
であれば
num1, num2 = position[0].shape, position[1].shape
のように2個のnum変数を作り出せばいいのではないですか？

[HaruKasu]

tupleにしたわけではなく、参考にしたそのサイト（以下にURL貼っておきます）でもともとそうなっていたので、よくわからないままそのままにしていただけなのです。
https://moromi-senpy.hatenablog.com/entry/2019/08/06/174039

[HaruKasu]

その２つのnum変数をどのように扱うかを教えて頂けると幸いです…！！

[shiracamus]

参考にしたサイトは 1 次元だから、長さは1個だったんですよね？
2次元だと xの長さと yの長さの 2個いるのではなのですか？
変数名を num_x, num_y にすれば分かりやすいかもしれません。
変数の値がいくつか、printして調べてみましょう。

[HaruKasu]

返事が遅くなってごめんなさい。あれからご指摘通りnum変数を２個にしてみたり色々試したのですが、どうにも毎回エラーが出て（殆どがtupleについてでした）、あのサンプルコードを改変するという方向性を諦めてしまいました…。ここまで助言、お付き合い下さり誠にありがとうございました！！！もっとPython勉強します！！

そこで、以下のように書き直したところ、なんと値が得られました！

def cartesian(x, y):

x = []
y = []

x = u_list[:,0]*np.cos(u_list[:,1])
y = u_list[:,0]*np.sin(u_list[:,1])

return [x, y]

cartesian(u_list[:,0], u_list[:,1])

print(x, y)

plt.plot(x, y)

実行結果がこれです。

[1.00000000e+00 9.95473962e-01 9.82124993e-01 ... 4.38903187e-10
4.35296601e-10 4.31724112e-10] [ 0. 0.10020052 0.19861179 ... 10.95917815 10.96922853
10.9792789 ]

これをプロットしたところ全然楕円になっていませんでした。これが楕円になっていれば、衛星軌道計算が正しいということの確認になるのですが…。
ここからは、なぜこれが楕円にならないのか、どうすれば楕円になるのかを考えていきます。
それでも、shiracamus様とのやり取りの中で、新しい知識も沢山得ることが出来ました。本当に感謝しています。一方的に切ってしまうことになってすみません。今後もまた質問を投稿することもあると思いますので、宜しければまたご助言をお願い致します。