Python 行列表現 for文内のコードエラーが対処できない

Question

前提

倒立振子の線形化下プログラムを作成しましたが、エラーが解決できませんでした.

実現したいこと

シミュレーションをすること.
グラフが発散することを確認できるようにする.

発生している問題・エラーメッセージ

can't multiply sequence by non-int of type 'float'

該当のソースコード

TypeError                                 Traceback (most recent call last)
<ipython-input-14-c07dcd572c24> in <module>
      4   time_t[:, counter] = TIME_STEP*counter
      5   input_u[:, counter-1] = np.matrix(np.zeros((1, 1)))
----> 6   state_dx = dynamicalsystem(state_x[:, counter-1], input_u[:, counter-1])
      7   state_x[:, counter] = state_x[:, counter-1] + state_dx*TIME_STEP

<ipython-input-10-e09b5a52b810> in dynamicalsystem(state, input)
      1 def dynamicalsystem(state,input):
----> 2  return np.vstack([ state[1, 0] , AA1*state[1, 0] + AA2*state[2, 0] + AA3*state[3, 0] + CC1*input[0,0] , state[3,0] , BB1*state[1,0] + BB2*state[2,0] + BB3*[3,0] + CC2*input[0,0] ])
      3 

TypeError: can't multiply sequence by non-int of type 'float'

ソースコードは下のようになりました.　
コード１

!pip install control
!pip install --upgrade cvxpy

コード2

%reset -f
import numpy as np
import scipy as sp
import matplotlib.pyplot as plt

コード3

#パラメータ
g=9.81
m=0.0467
R_W=0.066
J_W=(m*R_W*R_W)/2
M=0.806
L=0.75689
J_theta=(M*L*L)/3
J_m=0.00001
R_m=6.69
K_t=0.317
f_m=0.0022
f_W=0
K_b=0.468
theta = 30;
h = 0.001
#線形係数
A1=-R_m*(M*L*L+J_theta+J_m)/K_t
A2=-R_m*(-J_m+M*R_W*L)/K_t
A3=(R_m*M*g*L)/K_t
A4=(-K_t*K_b-f_m*R_m)/K_t
A5=K_b+(R_m*f_m)/K_t
B1=R_m*(M*R_W*R_W+m*R_W*R_W+J_W+J_m)/K_t
B2=R_m*(M*R_W*L-J_m)/K_t
B3=(K_t*K_b+R_m*f_m)/K_t
B4=(-K_t*K_b-R_m*f_m-R_m*f_W)/K_t

AA1= (A1*B4-B2*A4)/(B2*A2-B1*A1)
AA2 =(-B2*A3)/(B2*A2-B1*A1)
AA3 =(A1*B3-B2*A4)/(B2*A2-B1*A1)
BB1= (A2*B3-B1*A5)/(B1*A1-B2*A2)
BB2 =(-B1*A3)/(B1*A1-B2*A2)
BB3 =(A2*B3-B1*A4)/(B1*A1-B2*A2)
CC1 = (B2-A1)/ (B2*A2-B1*A1)
CC2 = (B1-A2)/ (B1*A1-B2*A2)

コード4

def dynamicalsystem(state,input): 
 return np.vstack([ state[1, 0] , AA1*state[1, 0] + AA2*state[2, 0] + AA3*state[3, 0] + CC1*input[0,0] , state[3,0] , BB1*state[1,0] + BB2*state[2,0] + BB3*[3,0] + CC2*input[0,0] ])  

コード５

NUMBER_STEPS = int(10000) #NUMBER_STEPSに整数の10000配列格納
TIME_START = 0.0
TIME_END = 10.0
TIME_STEP = (TIME_END - TIME_START)/float(NUMBER_STEPS)
SIZE_INPUT = int(1)
SIZE_OUTPUT = int(1)
SIZE_STATE = int(4)    
time_t = np.matrix(np.zeros((1, NUMBER_STEPS)))
input_u = np.matrix(np.zeros((SIZE_INPUT, NUMBER_STEPS)))
state_x = np.matrix(np.zeros((SIZE_STATE, NUMBER_STEPS)))
state_dx = np.matrix(np.zeros((SIZE_STATE, 1)))   
STATE_INTTAL = np.matrix(( [2], [0],[-1],[2]))     

コード6

from numpy.matrixlib import matrix
state_x[:, 0] = STATE_INTTAL
for counter in range(1, NUMBER_STEPS):
  time_t[:, counter] = TIME_STEP*counter
  input_u[:, counter-1] = np.matrix(np.zeros((1, 1)))
  state_dx = dynamicalsystem(state_x[:, counter-1], input_u[:, counter-1])
  state_x[:, counter] = state_x[:, counter-1] + state_dx*TIME_STEP

コード7

#plt.plot(np.ravel(time_t), np.ravel(input_u))
plt.plot(np.ravel(time_t), np.ravel(state_x[0, :]))
plt.show()
plt.plot(np.ravel(time_t), np.ravel(state_x[1, :]))
plt.show()
plt.plot(np.ravel(time_t), np.ravel(state_x[2, :]))
plt.show()
plt.plot(np.ravel(time_t), np.ravel(state_x[3, :]))
plt.show()

試したこと

コード6以外はコンパイル通りました.
関数部分の行列がreturn文などで出力できているか確認しました.

補足情報（FW/ツールのバージョンなど）

ここにより詳細な情報を記載してください。

Comments

[ps_aux_grep]

そもそもそのコードを解答者側でコピペして実行しても，動作しません．
ブロックの中でインデントがあるべき場所に空白が存在しなかったり，
宣言していない変数を利用しているなど，客観的に見て再現性が無いです．

またエラー文も1行しか示されておらず，本来エラー全文を確認できればどの部分でおかしい記述だったのか明言できるにも関わらず，情報が伝わっていません．現状の質問ではy_waiwaiさんのような回答が限界です．「Pythonのプログラムエラーの対処法」はエラー文の理解→指摘されているエラーの自己解決でしかないです．

編集して誰が見てもわかるよう，情報の整理を願います．

[ponnkichi]

コメントありがとうございます。編集して誰が見てもわかるよう，情報の整理してみますね.
現段階でわかる宣言していない変数を利用しているところがどこかわかります？？

Answer 1

関数dynamicalsystem(state, input)におけるnp.vstack()の中でBB3*[3,0]としている箇所があります．普通，リスト * 整数では掛けた整数の大きさ分だけのリストが複製されますが，BB3は浮動小数点数で，浮動小数点数 * リストとなっています少数点数という中途半端なサイズの配列を複製できないのでエラーTypeError: can't multiply sequence by non-int of type 'float'になります．

同様に文字列 * 整数は可能ですが文字列 * 浮動小数点数は不可能で同じエラーが出ます．

おそらくBB3 * state[3, 0]と書きたかったのだと察します．

余談ですが，inputは組み込み関数で用意されているものです．関数内で一時的とはいえ値で組み込み関数を上書きしてしまうのは一般的にナンセンスとされています．

また，長々と書かれている式ですが，ブロードキャストを用いればより簡潔に記述できると思われます．簡潔に書くことで，今回のようなエラーの発生を防止できるよう，コード全体の見通しが良くなると思います．

Answer 2

google翻訳
タイプ 'float' の非 int でシーケンスを乗算することはできません

そのエラーが出てる行をよく見直してみよう

Comments

[ponnkichi]

エラー分のstate_dxは4行１列の行列で dynamicalsystem()の関数もreturn文で４行１列の行列で表現して、オイラー法でstate_x[:, counter-1], input_u[:, counter-1]のカウントを更新してるつもりなので、このエラー文の両辺の等号は成立していると思うんですけど、どうしてエラーが起こるのかわからないです.