Elixirで学び直す高校数学①：第3章「方程式で図形を描く」前半 ～PythonからElixirの世界へようこそ～

この記事は、Elixir Advent Calendar 2023 シリーズ11 の1日目です

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piacere です、ご覧いただいてありがとございます

「Pythonで学び直す高校数学」（以降、本書）を買い、Elixirに書き直そう…と思って早4年、なかなか暇が無くて書けないでいましたが、やっと書く機会が訪れました

なお、本書の内容は割愛するため、お手元に書籍をご用意してください

進行としては、第2章まではPython基礎のためスッ飛ばし、第3章「方程式で図形を描く」から始めていきます

しょっぱなからグラフを扱うため、Livebookを使って実現していきます

Livebookの構築方法は下記の通りです

Elixirのインストールからであれば、下記をご覧ください

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1️⃣ matplotlib相当の「VegaLite」でグラフを描く

Elixirでグラフを書く方法は色々ありますが、Livebook上で「VegaLite」を使うのが、今はもっとも手っ取り早いです

早速、本書P88をElixir化していきます

VegaLiteでグラフを描く準備として、SmartCellで「Chart」を選んでください

下記が表示されたら、「Elixir」をクリックすることでコードブロックを上側に追加してください

追加されたコードブロックに、本書の「# データ」部分と等価な下記コードを入れます

my_data = %{
  x: [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7], 
  y: [64.3, 63.8, 63.6, 64.0, 63.5, 63.2, 63.1]}

実行した結果は、この通りです

その後、SmartCellで生成された下記ノーコードブロックの「CHARTING」に上記で定義した変数、「WIDTH」「HEIGHT」に適当な幅／高さを入れ、「Chart」を "line" に設定し、実行すると、グラフが描かれます

ただし、グラフのY軸のスケールが微妙なので、「Convert to Code cell」で、一度Elixirコード化し、カスタマイズしていきます

「Convert」ボタンをクリックします

すると、SmartCellで生成されたノーコードブロックが、Elixirコードに変換されます

Y軸をオートスケールにするには、下記のように scale: %{zero: false} を追加します

VegaLite.new(width: 800, height: 300, title: "my_data")
|> VegaLite.data_from_values(my_data, only: ["x", "y"])
|> VegaLite.mark(:line)
|> VegaLite.encode_field(:x, "x", type: :quantitative)
|> VegaLite.encode_field(:y, "y", type: :quantitative, scale: %{zero: false})

実行すると、本書と全く同じグラフが出せます

なお、「Convert to Code cell」だとSmartCellに戻せないので、「Toggle source」でElixirコード表示し、別のElixirコードブロックにコピペしてカスタマイズするのもオススメです

2️⃣ 方程式からグラフへ

2.1 方程式

（Pythonコードが無いため割愛）

2.2 関数

本書P94の y = 3x - 24 のPythonコードをElixir化すると以下の通りです

Pythonコードと異なり、添字でアクセスする必要は無く、値をそのまま使えます

x = 1..11
y = for xi <- x do
      3 * xi - 24
    end
my_data = %{x: x, y: y}

上記コードを実行し、ノーコードブロックも実行すると、下記のようになります

最後に

「Pythonで学び直す高校数学」では、matplotlibを使ったPythonコードを全量、記述することでグラフ描画していましたが、Elixir／Livebookはデータだけを準備すればノーコードだけでグラフ描画できました

ノーコードからElixirコード化することでカスタマイズもできました

数式部分のコードを差し替えるだけでグラフ化できることも確認できました

次回は、「2.3 関数とグラフ」から「4.4 三角比と角度」までをElixir化していきます

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明日は、私で「Elixirで学び直す高校数学②：第3章「方程式で図形を描く」中盤 ～ノーコード戦法でグラフ描けるElixir～」 です

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