SciPyのさまざまな補間手法を学び、既知のデータ点の間の値を推定する方法を確認しました。実際の実験では、データが不規則な間隔で収集されることが多いですが、解析やレポート作成には規則的な間隔での値が必要となる場合があります。**補間**は、これらの欠損値を推定するための実用的な手法です。このチャレンジでは、`scipy.interpolate.interp1d`を用いて、不規則な間隔で測定された温度データから、規則的な時間間隔での温度値を推定します。


import unittest
import user_code
import ast
import re   
import unittest
import numpy as np
import importlib
import io
from contextlib import redirect_stdout

class TestTask(unittest.TestCase):
    def setUp(self):
        import user_code
        importlib.reload(user_code)
        self.times = np.array([0, 3, 7, 10, 15])
        self.temperatures = np.array([22.0, 23.5, 24.0, 23.0, 22.5])
        self.regular_times = np.arange(0, 16, 1)
        self.result = user_code.interpolate_temperatures(self.times, self.temperatures, self.regular_times)

    def test_returns_numpy_array(self):
        _dynamic_test(
            self,
            isinstance(self.result, np.ndarray) and len(self.result) == len(self.regular_times),
            "Returns a NumPy array of the correct length.",
            f"Result is not a NumPy array of correct length: {type(self.result)}, {len(self.result)} vs {len(self.regular_times)}."
        )

    def test_first_and_last_value(self):
        _dynamic_test(
            self,
            np.isclose(self.result[0], self.temperatures[0]),
            "First value matches the original measurement.",
            f"First value {self.result[0]} does not match original {self.temperatures[0]}."
        )
        _dynamic_test(
            self,
            np.isclose(self.result[-1], self.temperatures[-1]),
            "Last value matches the original measurement.",
            f"Last value {self.result[-1]} does not match original {self.temperatures[-1]}."
        )

    def test_original_points_match(self):
        original_indices = [np.where(self.regular_times == t)[0][0] for t in self.times]
        for idx, temp in zip(original_indices, self.temperatures):
            _dynamic_test(
                self,
                np.isclose(self.result[idx], temp),
                f"Interpolated value at time {self.regular_times[idx]} matches original measurement.",
                f"Interpolated value at time {self.regular_times[idx]} is {self.result[idx]}, expected {temp}."
            )

    def test_linear_interpolation(self):
        # Check a value between 3 and 7 (e.g., at t=5)
        idx_5 = np.where(self.regular_times == 5)[0][0]
        # Linear interpolation between (3,23.5) and (7,24.0)
        t0, t1 = 3, 7
        y0, y1 = 23.5, 24.0
        expected_5 = y0 + (y1 - y0) * (5 - t0) / (t1 - t0)
        _dynamic_test(
            self,
            np.isclose(self.result[idx_5], expected_5),
            "Interpolated value at t=5 matches linear interpolation.",
            f"At t=5, expected {expected_5}, got {self.result[idx_5]}."
        )

def _dynamic_test(test_case, condition, success_message, failure_message):
    if condition:
        test_case._testMethodName = success_message
        test_case.assertTrue(True, success_message)
    else:
        test_case._testMethodName = failure_message
        test_case.fail(failure_message)

def normalize_text(text):
    text = text.lower()
    text = re.sub(r"\s{2,}", " ", text)
    text = re.sub(r"\s*([,:?])\s*", r"\1 ", text)
    return text.strip()

def change_var(code: str, var_name: str, value: str) -> str:
    tree = ast.parse(code)
    lines = code.splitlines()
    for i, node in enumerate(tree.body):
        if isinstance(node, ast.Assign):
            for target in node.targets:
                if isinstance(target, ast.Name) and target.id == var_name:
                    start_line = node.lineno - 1
                    line = lines[start_line]
                    indent = ' ' * (len(line) - len(line.lstrip()))
                    lines[start_line] = f"{indent}{var_name} = {value}"
                    next_line = len(lines)
                    for next_node in tree.body[i+1:]:
                        if hasattr(next_node, 'lineno'):
                            next_line = next_node.lineno - 1
                            break
                    if next_line > start_line + 1:
                        lines[start_line+1:next_line] = []
                    
                    return '\\n'.join(lines)
    return code

if __name__ == "__main__":
    unittest.main()


test_main.py

強力な数学的バックグラウンドと中級から上級のPythonスキルを持つ学生を対象に、SciPyを活用した科学計算、最適化、積分、高度な数学的操作に焦点を当てた包括的なコースです。

科学計算のためのSciPyの構造、主要モジュール、および基本機能を探求します。

SciPyの強力な線形代数機能を活用し、実世界の数学的問題を解決します。

科学および工学の問題に対して、SciPy を用いた最適化手法と根探索アルゴリズムを習得します。

SciPyを使用した積分、補間、基本的な信号処理を含む高度な数学的操作を学びます。

チャレンジ：実験データの補間

解答