振り子運動のシミュレーションにおいて、わからないエラーメッセージの意味（とそのデバッグ法）を教えてほしい

前提・実現したいこと

初心者です。Pythonで振り子運動をアニメーション表示するシステムを作っています。**エラーメッセージの意味（とそのデバッグ法）**がわからないため、教えていただきたいと考えています。

発生している問題・エラーメッセージ

エラーメッセージの後半以降、data[i][j][k] = ・・・以下の内容の意味が調べましたがよくわかりません。また最後のエラーメッセージついて、floatが文字や数値に使うもので配列には使えないということはわかったのですが、コード内でfloatをどこで使っているのかがわかりません。

Traceback (most recent call last):
  File "C:/Users/hirah/OneDrive/python/振り子運動　python.py", line 69, in <module>
    Ani = ita.plot.animation_show(ani)
  File "C:\Users\hirah\Anaconda3\lib\site-packages\ita\plot.py", line 54, in animation_show
    image_preprocess(tmp)
  File "C:\Users\hirah\Anaconda3\lib\site-packages\ita\plot.py", line 28, in image_preprocess
    data[i][j][k] = imv_normalize(data[i][j][k])
  File "C:\Users\hirah\Anaconda3\lib\site-packages\ita\plot.py", line 19, in imv_normalize
    return min(max(0.0, float(v)), 1.0)
TypeError: float() argument must be a string or a number, not 'list'

該当のソースコード

Python
1import ita
2import math
3
4def diffusion_motion(T, time_stride):
5    g = 9.8 #重力加速度
6    l = 0.1 #棒の長さ
7    steps = round(T / time_stride) #繰り返し回数
8    result = ita.array.make1d(steps) #結果格納用の配列
9    result[0] = math.pi/ 3 #初期条件
10    for i in range(1, steps):
11        if i ==1:
12            result[i] = - g/l*time_stride**2*math.sin(result[i-1])
13            + result[i-1]
14        else:
15            result[i] = - g/l*time_stride**2*math.sin(result[i-1])
16            + 2*result[i-1] - result[i-2]
17    return result
18
19def diffusion_anime_ball(ang):
20    images = ita.array.make1d(len(ang))
21    #アニメーション用の配列を準備
22    for i in range(0, len(ang)):
23        image = ita.array.make3d(100,200, 3)
24        cur_y = 0 + 30*math.cos(ang[i]) #物体のy座標
25        cur_x = 50 + 30*math.sin(ang[i]) #物体のx座標
26        draw_circle(5, round(cur_y), round(cur_x), [0, 0, 0], image)
27        #その時刻の物体の座標に半径5の白い円を描く
28        draw_stick(0, 50, round(cur_y), round(cur_x), [1,1, 0], image)
29        #その時刻の物体と天井を結ぶ棒を描く
30        images[i] = image
31    return images
32
33def draw_circle(r, center_y, center_x, color, image):
34    #点(center_x, center_y)上に半径ｒの円を描く
35    for i in range(center_y - r, center_y + r):
36        for j in range(center_x - r, center_x + r):
37            if (0 <= i < len(image) and 0 <= j < len(image[i]) and
38                distance(i, j, center_y, center_x) < r):
39                image[i][j] = color
40
41def distance(x1, y1, x2, y2):
42    #2点間の距離を求める
43    d = ((x2 - x1)**2 + (y2 - y1)**2)**0.5
44    return d
45
46def draw_stick(y1, x1, y2, x2, color, image):
47    #2点(x1, y1),(x2, y2)を結ぶ線分を描く
48    if y1 > y2:
49        c = y1
50        y1 = y2
51        y2 = c
52    if x1 > x2:
53        c = x1
54        x1 = x2
55        x2 = c    #座標の大小関係により入れ替えを行う
56    for i in range(y1, y2 +1):
57        for j in range(x1, x2 + 1):
58            a = (y2 - y1)/(x2-x1) #傾き
59            if i - y1 == a*(j - x1):
60                #2点(x1, y1),(x2, y2)を結ぶ直線上に点(j, i)があるとき色を打つ
61                image[i][j] = color
62
63def diffusion(T, time_stride):
64    ang = diffusion_motion(T, time_stride)
65    ani = [[diffusion_anime_ball(ang)]]
66    return ani
67
68ani = diffusion(2, 0.3)
69Ani = ita.plot.animation_show(ani)
70print(Ani)
71    
72

試したこと

関数diffusion_anime_ball(ang)において、imageの次元を色々変えてみたりしましたが、正直何をしたらよいのかわかりません。

補足情報（FW/ツールのバージョンなど）

Python version3
AnacondaのIDLEを使っています。
振り子運動の状況設定としては、長さlの棒に重りをつるしたものを考えています。重りの円弧方向の微分方程式を差分化して得られる式、
(θ(t+ Δt)-2θ(t)+ θ(t- Δt))/(Δt^2 )= -g/l sinθ(t)
をもとに、
Δt= time_stride = 0.3 として、2秒間の運動のシミュレーションを行っています。
以下はエラーが起きているitaのコードです。

Python
1# -*- encoding: utf-8 -*-
2
3from . import array
4from . import plot
5from . import bench
6from . import excheck
7
8def lifegame_glider():
9    return [[0,0,0,0,0,0,0,0],
10            [0,0,0,0,0,0,0,0],
11            [0,0,0,0,0,0,0,0],
12            [0,0,0,0,0,0,0,0],
13            [0,0,0,0,1,1,1,0],
14            [0,0,0,0,1,0,0,0],
15            [0,0,0,0,0,1,0,0],
16            [0,0,0,0,0,0,0,0]]
17
18def lifegame_acorn():
19     # Corderman's Acorn
20    image = array.make2d(60,80)
21    x = 60
22    y = 30
23    for i in [[0,1],[1,3],[2,0],[2,1],[2,4],[2,5],[2,6]]:
24        image[y + i[0]][x + i[1]] = 1
25    return image
26
27import random as rnd
28
29# 身長体重データ疑似生成用
30def gen_hw_data():
31    s = rnd.randint(0,1)
32    h = int(rnd.gauss(155+s*18, 10))
33    t = rnd.randint(0,1)
34    wd = (h/100) ** 2 * (19+3*t)
35    w = int(wd + rnd.betavariate(2,10) * 200 - 15)
36    return (h,w)
37
38# バネの延びデータ疑似生成用
39def gen_spring_data():
40    w = rnd.randint(0,200)
41    l = int(2 * w * rnd.gauss(1, 0.1))
42    return (w,l)
43
44
45

8524ba23

2020/02/09 17:04 編集

エラーが発生しているitaというパッケージの詳細（ソース、インストール手順など）は提示できますか？また、diffusion_anime_ball関数の最後のreturnのインデントは意図した位置にありますか？

hirashun

2020/02/09 17:33

メッセージありがとうございます。 itaについてはソースコードを追加で提示しましたが、僕自身どういうものなのかよく理解しておりません。自分が使っている参考書に従って、配列を新しく取得するときやアニメーションを表示する時にitaをとりあえずimport して使っているという状況です。申し訳ありません。 diffusion_anime_ball関数のインデントについては、ご指摘いただいた通り位置が間違っておりましたので修正いたしました。ありがとうございます。

hoshi-takanori

2020/02/09 22:57

ita パッケージについて調べたところ、「Pythonによるプログラミング入門　東京大学教養学部テキスト」という本 http://www.utp.or.jp/book/b470446.html のために公開されているもののようですね。「自分が使っている参考書」と言われても他の人には分からないので、ちゃんと本の名前を書きましょう。また、float を使ってるのは ita パッケージ内の plot.py というファイルです。（補足情報として __init__.py の内容を貼り付けたようですが、これはあまり関係ありません。）エラーメッセージを読めば、該当のソースコードの最後から 2 行目で plot.py の中にある animation_show を呼び出し、そこから image_preprocess → imv_normalize → float と呼ばれてエラーになっているのが分かるはずです。ちなみに diffusion_motion などの処理の内容はちゃんと理解されてますか？また、参考書の目次には「幕間：テストとデバッグの基本」や「付録A　Python言語の簡易ガイド」の「A.5　基本的な値と型」「A.6　ライブラリ」「A.7　エラーと例外」などの役に立ちそうな項目があるので、読んでみてはいかがでしょうか。

行動規範の内容に同意します

回答1件

ベストアンサー

とりあえず、

python
1def diffusion(T, time_stride):
2    ang = diffusion_motion(T, time_stride)
3    ani = [[diffusion_anime_ball(ang)]]
4    return ani

の部分を、

python
1def diffusion(T, time_stride):
2    ang = diffusion_motion(T, time_stride)
3    ani = diffusion_anime_ball(ang) # [[ ]] を削除
4    return ani
5

としたら何かが動きました。

また、他の怪しげな部分としては、

python
1def diffusion_motion(T, time_stride):
2    g = 9.8 #重力加速度
3    l = 0.1 #棒の長さ
4    steps = round(T / time_stride) #繰り返し回数
5    result = ita.array.make1d(steps) #結果格納用の配列
6    result[0] = math.pi/ 3 #初期条件
7    for i in range(1, steps):
8        if i ==1:
9            result[i] = - g/l*time_stride**2*math.sin(result[i-1])
10            + result[i-1]
11        else:
12            result[i] = - g/l*time_stride**2*math.sin(result[i-1])
13            + 2*result[i-1] - result[i-2]
14    return result
15

の + result[i-1] や + 2*result[i-1] - result[i-2] の部分はおそらく継続行だと思われるので、前の行の最後に \ が必要な気がします。
参考: 1つの文が複数行に渡る場合の書き方 - いしだ日記

python
1def diffusion_anime_ball(ang):
2    images = ita.array.make1d(len(ang))
3    #アニメーション用の配列を準備
4    for i in range(0, len(ang)):
5        image = ita.array.make3d(100,200, 3)
6        cur_y = 0 + 30*math.cos(ang[i]) #物体のy座標
7        cur_x = 50 + 30*math.sin(ang[i]) #物体のx座標
8        draw_circle(5, round(cur_y), round(cur_x), [0, 0, 0], image)
9        #その時刻の物体の座標に半径5の白い円を描く
10        draw_stick(0, 50, round(cur_y), round(cur_x), [1,1, 0], image)
11        #その時刻の物体と天井を結ぶ棒を描く
12        images[i] = image
13    return images
14