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演習ガイド

情報工学／情報科学とは

情報システム工学は，実際の世界での問題（やりたいこと，調べたいこと）を，

  • モデル化し，
  • 計算手順を考え，
  • プログラム化し，

計算機を用いて表現したり, 解を求めるための学問です．

次のような観点で，問題を見直してみることが重要です．

  • モデル化を行うために，もともとの問題から，「本質的なことだけ」を取り出す
  • コンピュータとプログラムによる「実現しやすさ」や「適切性」を考える

家の設計とソフトウェアの設計

家の設計

コンピュータ・ソフトウェアから離れて，家を建てるという問題で考えると

  • これこれこういう家を建てたい，（要求/問題 by お客）
    • お客からの要求
    • 工務店側の外部仕様（外観図，間取り図）
  • 設計図を描き，実現性を検討する．（by お客 and 工務店）
    • この設計図がお客と工務店の合意，約束
  • 設計図にしたがって，
    • 工程を考え，
    • 下請（土台屋さん，大工さん，家具屋さん）をきめる
  • 下請屋さんごとに設計図，工程を作成する．各下請屋さんとの打合わせ（by 工務店）
  • 下請屋さんごとに材料を用意し，部品を完成させていく
    • 下請屋さんはそれぞれ独立に作業できることがポイント
  • もとの設計図に基づいて部品を組み合わせる
    • 設計を守って作業してあれば組み立ては容易
  • 家ができあがる．

ソフトウェアの設計

一方，ソフトウェアの世界では

  • 実際の世界や頭の中にある問題をいかに計算機で実現するか？

  • モデルを考えるのは人間の頭であり，頭の中で考えたことを問題やモデルとして詳細化し，プログラム化していく．

  • 代表的な方法としては以下のものがある.
    • トップダウン設計
      • 実現へ向けて大きな問題を，分割設計していく．
    • オブジェクト指向設計
      • 問題の中の部品（モジュール）を独立設計していく．
    • 問題によって適切な設計方法がある.
  • 問題の構造を理解し，より小さな問題へ分割し，
    • 家の問題だと，土台，家，室内装飾，など・・・
  • 処理の流れを考え（土台造り，家の建築，室内装飾の順に行う）
  • 設計案，実現案，モジュール毎のインタフェースなどを決める
    • 分割された仕事（モジュール）間の取り決め（インタフェース）を行う
    • 例えば，土台と家のインタフェースだと
    • 家の大きさ，重さ，柱の位置，などなど
      • この約束さえ守れば，土台屋さんと大工さんは別々に仕事ができる！
    • 例えば，家と室内装飾のインタフェースだと
      • 間取り，床壁の材質，などなど
  • 仕事量の見積と実現可能性を検討し, 再設計．

プログラミングによる実現

プログラムは実現のための手段．

  • 与えられた計算機環境で，「手順（アルゴリズム）」と「表現方法(データ構造)」を具体的に考える．
  • プログラミングと設計の見直し，部品毎のデバッグ，改良．
  • 部品を結合し，全体を完成させる．

いわゆるプログラミングだけでなく，下記についてもよく考える．

  • 開発言語
  • 開発環境
  • ライブラリやツールキット
  • バージョン管理
  • 実行環境

演習

演習の目的

ソフトウェアの開発プロセスを経験する！

  • 自分たちが興味を持てて，実現可能な問題の設定を行う．
  • ソフトウェアの設計を行う（どうやって実現するか？ できそうか？）
  • 仕様，インタフェースと部品（モジュール）分けの大切さを学ぶ．
  • 設計したものを実際に作る（プログラム化）．
  • グループでの作業に慣れる．

ソフトウェア開発ってどんなことなのかを体験する(プログラミングはソフトウェア開発のごく一部でしかない)．

演習の方針

  • 学生がやりたいこと（半年程度でできること）を決め，先生の承認を得ること．
    • 簡単すぎるものはNGです！
  • グループでのソフトウェア設計および製作（班長，副班長を決めて）
  • テーマ，やり方等，班の中で合意を得て取り組んで下さい．
  • スケジュールは概ね演習スケジュール19にしたがってください．
  • 100％完成しなくてもいいから，自分達なりに考え，体験してください．
  • 失敗して，反省して，成長することが本講義の目的です．

講義する（予定の）こと

  • 演習時間中は，プログラム開発の方法や，そのために必要な知識，プログラミングについて講義します．
    • HTML（CSS），JavaScriptなどの基本プログラミング
    • 画像やスプライトなどの表示，アニメーション
    • 時間やイベントを扱うプログラム
    • atomエディタ, makeツール, デバッガ
    • network programming（socket.io）
  • 時間は圧倒的に足りないので，プログラム作りは授業以外の空いている時間を利用しましょう！

プログラミングに関して

  • モジュール化とインタフェースを積極的に使うこと．
  • 言語，ライブラリ，システムコールについて理解すること．
  • Ubuntu の 作業環境をよくすること
  • プログラミングのための道具を積極的に理解・活用すること．
  • 期待通りに動いているかどうか，デバッグの方法を考え，慣れること．
  • 「より良くする」ことを厭わないこと．プログラミングの経験から計画変更できるように．
  • HTML と JavaScript に慣れること．

提出物

  1. 簡易企画書
    • テーマ（タイトル，キャッチコピー）
    • 概要
    • 対象者
    • 画面イメージなど
  2. 要求仕様書
  3. 外部仕様書（使う側から見た，概観）
    • 外部仕様に含まれる「もの」と「操作」
  4. 部品（モジュール）分けと処理の流れ
  5. モジュール毎の仕様（使い方，インタフェース）
    • モジュール内部の仕様も（モジュールの実現方法）
  6. 班のWikiページ
  7. 作成したプログラム，ドキュメント，WEBページ

こころがけ

  • 記録（班Wikiを積極的に使いましょう！）
    • プログラミング（スタイル）は変化し続けます．
    • コンピュータの環境，教える側の技量，聞く側の知識や能力など，変化していくものはさまざまです．
    • その変化に伴って，教えたいこと，教えるべきことも日々変化します．
    • つまり，いつまで経っても「教科書」を完成させることができません．→ 教科書のない世界を突き進むために自分で調べる必要があります．
    • 毎年ノウハウをため，変化させながら，より良いものに更新したいと思っています．
    • どんどんWikiに書き溜めてください．
      • 分からないエラーが出たとき
      • 使えそうな情報を見つけたとき
      • 内容の間違いに気づいたとき
  • 自分で調べる <- 重要！
  • 班員とは積極的にコミュニケーションを取りましょう．独りで抱えてはダメです．
  • 演習以外の時間にもプログラミングしましょう．見合う何かが得られます．
  • 自身にとって長く生き残る知識や方法を身につけましょう．