Category Archives: programming

วิทย์ม.ต้น: หัดไพธอน, เปรียบเทียบการตกลูกบอล

วันนี้เราคุยกันเรื่องพวกนี้ครับ:

1. รุ่นพี่ฝึกไพธอนกันต่อ เขียนโปรแกรมแก้ปัญหาเล็กๆหลายๆอัน มีเฉลยการบ้านจากสัปดาห์ที่แล้วให้เด็กๆไปค้นคว้าหาทางคำนวณด้วยเศษส่วน หน้าตาประมาณนี้ (โปรแกรมเบื้องต้น ไม่มี error handling เพื่อให้เข้าใจง่าย)

# เขียนโปรแกรมรับ เศษและส่วน ตัวที่ 1 และตัวที่ 2
# หาค่า +, -, *, / ของเศษส่วน 1 และ 2

from fractions import Fraction as frac

x1 = int(input("ใส่เศษตัวแรก: "))
x2 = int(input("ใส่ส่วนตัวแรก: "))

y1 = int(input("ใส่เศษตัวที่สอง: "))
y2 = int(input("ใส่ส่วนตัวที่สอง: "))
 
x = frac(x1,x2)
y = frac(y1,y2)

print(f"{x} + {y} = {x+y}")
print(f"{x} - {y} = {x-y}")
print(f"{x} * {y} = {x*y}")
print(f"{x} / {y} = {x/y}")

นอกจากนี้ผมแสดงให้เด็กๆดูว่าใช้ฟังก์ชั่น limit_denominator ในโมดูล fractions หาเศษส่วนมาประมาณค่าต่างๆอย่างไร เช่นอันนี้ประมาณค่าพาย = 3.141592653… ให้ใกล้เคียงที่สุดด้วยเศษส่วนที่ส่วนมีขนาดไม่เกิน 1, 10, 100, … ครับ:

# ประมาณค่าพายด้วยเศษส่วน

from fractions import Fraction as frac

#ค่าพาย 200 หลัก
my_pi = "3.14159265358979323846264338327950288419716939937510582097494459230781\
6406286208998628034825342117067982148086513282306647093844609550582231\
7253594081284811174502841027019385211055596446229489549303820"


for e in range(10):
    #print(frac(my_pi).limit_denominator(10 ** e))
    x = frac(my_pi).limit_denominator(10 ** e)
    print(f"ประมาณค่าพายเป็นเศษส่วน โดยส่วนไม่เกิน {10**e:,}: {x} ≈ {float(x)}")
    

ได้ผลลัพธ์หน้าตาแบบนี้:

ประมาณค่าพายเป็นเศษส่วน โดยส่วนไม่เกิน 1: 3 ≈ 3.0
ประมาณค่าพายเป็นเศษส่วน โดยส่วนไม่เกิน 10: 22/7 ≈ 3.142857142857143
ประมาณค่าพายเป็นเศษส่วน โดยส่วนไม่เกิน 100: 311/99 ≈ 3.1414141414141414
ประมาณค่าพายเป็นเศษส่วน โดยส่วนไม่เกิน 1,000: 355/113 ≈ 3.1415929203539825
ประมาณค่าพายเป็นเศษส่วน โดยส่วนไม่เกิน 10,000: 355/113 ≈ 3.1415929203539825
ประมาณค่าพายเป็นเศษส่วน โดยส่วนไม่เกิน 100,000: 312689/99532 ≈ 3.1415926536189365
ประมาณค่าพายเป็นเศษส่วน โดยส่วนไม่เกิน 1,000,000: 3126535/995207 ≈ 3.1415926535886505
ประมาณค่าพายเป็นเศษส่วน โดยส่วนไม่เกิน 10,000,000: 5419351/1725033 ≈ 3.1415926535898153
ประมาณค่าพายเป็นเศษส่วน โดยส่วนไม่เกิน 100,000,000: 245850922/78256779 ≈ 3.141592653589793
ประมาณค่าพายเป็นเศษส่วน โดยส่วนไม่เกิน 1,000,000,000: 2549491779/811528438 ≈ 3.141592653589793

แนะนำให้เด็กๆศึกษาตัวอย่างเรื่อง fractions ที่ https://www.tutorialspoint.com/fraction-module-in-python และเรื่อง f-string ที่ https://careerkarma.com/blog/python-f-string/ นะครับ

2. ให้โจทย์รุ่นน้องสังเกตดูว่าลูกบอลต่างๆ (ลูกบอลยาง, ลูกบาส, ลูกปิงปอง, ลูกบอลโฟม) ตกลงพื้นเร็วเท่ากันไหม ลูกไหนตกเร็วหรือตกช้า เด็กๆก็จัดการถ่ายวิดีโอแล้วใส่เข้าไปในโปรแกรม Tracker เพื่อนับการเคลื่อนที่แต่ละเฟรม หรือบางคลิปก็วัดตำแหน่งที่เวลาต่างๆด้วยครับ

บรรยากาศตอนทดลองเป็นแบบนี้:

ให้เด็กๆสังเกตดูว่าลูกบอลต่างๆ (ลูกบอลยาง, ลูกบาส, ลูกปิงปอง, ลูกบอลโฟม) ตกลงพื้นเร็วเท่ากันไหม ลูกไหนตกเร็วหรือตกช้า…

Posted by Pongskorn Saipetch on Thursday, December 17, 2020

ผมเล่าให้เด็กๆฟังว่าเวลามีของตกจากที่สูง มันจะตกเร็วขึ้นเรื่อยๆเนื่องจากแรงดึงดูดของโลก แต่ขณะเดียวกันยิ่งมันตกเร็วเท่าไร แรงต้านอากาศก็จะเพิ่มขึ้นตาม ทำให้ของแต่ละอย่างตกลงมาด้วยความเร็วต่างกันขึ้นอยู่กับรูปร่างความสามารถในการแหวกอากาศและความหนาแน่นของมัน ความเร็วสูงสุดที่ของแต่ละชิ้นที่จะตกลงมาได้เรียกว่า Terminal Velocity สำหรับคนที่กระโดดมาจากเครื่องบินแต่ร่มไม่กางความเร็วสูงสุดจะประมาณ 200-300 กิโลเมตรต่อชั่วโมง (ขึ้นกับว่ากางแขนขาเพื่อต้านลมหรือเปล่า)  แม้ว่าความเร็วการตกจะเร็วแบบนั้น แต่ก็มีคนรอดชีวิตหลายคนด้วยความโชคดีต่างๆเช่นตกโดนต้นไม้อ่อน ตกโดนสายไฟ ตกลงน้ำ

ไฟล์วิดีโอต่างๆที่ถ่ายวันนี้โหลดได้ที่นี่เผื่อใครต้องการใช้ Tracker จับตำแหน่งการตกนะครับ

วิทย์ม.ต้น: ฝึกไพธอน, คลิปน่าสนใจ, Leidenfrost Effect, ฝึก Tracker

1. มีเฉลยการบ้านที่รุ่นพี่เอาไปทำสัปดาห์ที่แล้วครับ

โจทย์ 1: เขียนโปรแกรมรับค่าตัวเลขไปเรื่อยๆ ถ้าจะหยุดให้ใส่คำว่า END แล้วโปรแกรมจะคำนวณค่าเฉลี่ยของตัวเลขที่รับเข้าไป (ใช้ while และ list)

เฉลยแบบที่ 1: คำนวณค่าเฉลี่ยโดยบวกเอง และยังไม่มีการจัดการข้อยกเว้นต่างๆที่ทำให้โปรแกรมพังได้ (ยังไม่มี error handling)

#เขียนโปรแกรมรับค่าตัวเลขไปเรื่อยๆ ถ้าจะหยุดให้ใส่คำว่า END แล้วโปรแกรมจะคำนวณค่าเฉลี่ยของตัวเลขที่รับเข้าไป (ใช้ while และ list)
#พังได้หลายแบบมาก เช่นถ้าสิ่งที่พิมพ์เข้าไปไม่ใช่ตัวเลขและไม่ใช่คำว่า END
#เราจะเรียนรู้เรื่อง exception handling ต่อไป

numbers = []
x = input("ใส่ตัวเลขเข้ามา พิมพ์ END เพื่อหยุด: ")
while x != "END":
    numbers.append(float(x))
    x = input("ใส่ตัวเลขเข้ามา พิมพ์ END เพื่อหยุด: ")
    
print("ตัวเลขคือ ",numbers)
sum = 0
for x in numbers:
    sum = sum + x
average = sum / len(numbers)
print ("ค่าเฉลี่ยคือ", average)

เฉลยแบบที่ 2: คำนวณค่าเฉลี่ยโดยใช้ฟังก์ชั่น sum() ในไพธอน และยังไม่มีการจัดการข้อยกเว้นต่างๆที่ทำให้โปรแกรมพังได้ (ยังไม่มี error handling)

#เขียนโปรแกรมรับค่าตัวเลขไปเรื่อยๆ ถ้าจะหยุดให้ใส่คำว่า END แล้วโปรแกรมจะคำนวณค่าเฉลี่ยของตัวเลขที่รับเข้าไป (ใช้ while และ list)
#พังได้หลายแบบมาก เช่นถ้าสิ่งที่พิมพ์เข้าไปไม่ใช่ตัวเลขและไม่ใช่คำว่า END
#เราจะเรียนรู้เรื่อง exception handling ต่อไป

#ใช้ฟังก์ชั่น sum() ในไพธอน

numbers = []
x = input("ใส่ตัวเลขเข้ามา พิมพ์ END เพื่อหยุด: ")
while x != "END":
    numbers.append(float(x))
    x = input("ใส่ตัวเลขเข้ามา พิมพ์ END เพื่อหยุด: ")
    
average = sum(numbers) / len(numbers)

print ("ตัวเลขคือ ", numbers)
print ("ค่าเฉลี่ยคือ", average)

โจทย์ 2: เขียนโปรแกรมรับค่าตัวเลขไปเรื่อยๆ ถ้าจะหยุดให้ใส่คำว่า END แล้วโปรแกรมจะคำนวณค่าเฉลี่ยและค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานของตัวเลขที่รับเข้าไป (ใช้ while และ list)

เฉลยแบบที่ 1: ใช้ฟังก์ชั่น sum() ในไพธอน คำนวณค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานเอง, ไม่มี error handling

#เขียนโปรแกรมรับค่าตัวเลขไปเรื่อยๆ #
#ถ้าจะหยุดให้ใส่คำว่า END แล้วโปรแกรมจะคำนวณค่าเฉลี่ยและค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานของตัวเลขที่รับเข้าไป (ใช้ while และ list)
#พังได้หลายแบบมาก เช่นถ้าสิ่งที่พิมพ์เข้าไปไม่ใช่ตัวเลขและไม่ใช่คำว่า END
#เราจะเรียนรู้เรื่อง exception handling ต่อไป

import math

numbers = []
x = input("ใส่ตัวเลขเข้ามา พิมพ์ END เพื่อหยุด: ")
while x != "END":
    numbers.append(float(x))
    x = input("ใส่ตัวเลขเข้ามา พิมพ์ END เพื่อหยุด: ")
    
average = sum(numbers) / len(numbers)

sum_sq = 0
for x in numbers:
    sum_sq = sum_sq + (x-average)**2


SD = math.sqrt(sum_sq / (len(numbers)-1))
print("ตัวเลขคือ", numbers)
print("ค่าเฉลี่ยคือ", average)
print("ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานคือ ",SD)

เฉลยแบบที่ 2: ใช้ฟังก์ชั่น mean() และ std() ใน numpy, ไม่มี error handling

#เขียนโปรแกรมรับค่าตัวเลขไปเรื่อยๆ #
#ถ้าจะหยุดให้ใส่คำว่า END แล้วโปรแกรมจะคำนวณค่าเฉลี่ยและค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานของตัวเลขที่รับเข้าไป (ใช้ while และ list)
#พังได้หลายแบบมาก เช่นถ้าสิ่งที่พิมพ์เข้าไปไม่ใช่ตัวเลขและไม่ใช่คำว่า END
#เราจะเรียนรู้เรื่อง exception handling ต่อไป

#ใช้ฟังก์ชั่น mean(),std()  ใน numpy

import numpy as np

numbers = []
x = input("ใส่ตัวเลขเข้ามา พิมพ์ END เพื่อหยุด: ")
while x != "END":
    numbers.append(float(x))
    x = input("ใส่ตัวเลขเข้ามา พิมพ์ END เพื่อหยุด: ")
    
average = np.mean(numbers)
SD = np.std(numbers, ddof=1)


print("ตัวเลขคือ", numbers)
print("ค่าเฉลี่ยคือ", average)
print("ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานคือ ",SD)

2. โจทย์รุ่นพี่วันนี้คือเขียนโปรแกรมไพธอนเพื่อแก้ปัญหาเหล่านี้ ข้อที่ทำไม่เสร็จไปทำต่อเป็นการบ้าน:

-เขียนโปรแกรมรับค่าตัวเลขไปเรื่อยๆ ถ้าจะหยุดให้ใส่คำว่า END แล้วโปรแกรมจะคำนวณค่ามากที่สุด น้อยที่สุด (ใช้ while และ list)

-เขียนโปรแกรมรับจำนวนตัวเลขที่จะป้อน แล้วรับตัวเลขไปเรื่อยๆเท่ากับจำนวนครั้งนั้น  แล้วโปรแกรมจะคำนวณค่ามากที่สุด น้อยที่สุด (ใช้ for และ list)

-เขียนโปรแกรมรับจำนวนตัวเลขที่จะป้อน แล้วรับตัวเลขไปเรื่อยๆเท่ากับจำนวนนั้น  แล้วโปรแกรมจะเรียงลำดับตัวเลขเหล่านั้นจากมากไปน้อย (ใช้ for และ list)

-เขียนโปรแกรมรับจำนวนตัวเลขที่จะป้อน แล้วรับตัวเลขไปเรื่อยๆเท่ากับจำนวนนั้น  แล้วโปรแกรมจะเรียงลำดับตัวเลขเหล่านั้นจากน้อยไปมาก (ใช้ for และ list)

3. รุ่นน้องดูคลิปน่าสนใจต่างๆดังนี้:

กาวต่อท่อ PVC หมุนในน้ำ:

จรวดน้ำแข็งแห้ง (อันตรายบ้างถ้าหลบไม่ทัน):

ระเบิดไนโตรเจนเหลว (อันตราย):

เทไนโตรเจนเหลวบนมือแล้วเกิดอะไรขึ้น:

เดินบนไฟได้อย่างไร:

และการทดลอง(ที่อันตรายที่สุดถ้าพลาด) ดูว่าเอามือของเราไปจุ่มในตะกั่วเหลวร้อนๆได้หรือไม่ ถ้าได้ทำอย่างไร

ปรากฏว่าทำได้ครับถ้าตะกั่วเหลวนั้นร้อนมากๆ (ตะกั่วเริ่มเป็นของเหลวที่ประมาณ 330 องศาเซลเซียส ในการทดลองเขาต้มตะกั่วจนร้อนประมาณ 450 องศาเซลเซียส) แล้วเอามือจุ่มน้ำให้เปียก แล้วจุ่มลงไปในตะกั่วแป๊บเดียวแล้วดึงออก (ถ้าตะกั่วไม่ร้อนมากพอ เวลาเอามือไปจุ่ม ตะกั่วจะเย็นลงพอเพียงที่จะเป็นของแข็งแล้วติดนิ้วขึ้นมาทำให้เป็นอันตราย)

สาเหตุที่สามารถจุ่มนิ้วเข้าไปในตะกั่วเหลวร้อนมากๆแล้วไม่เป็นอันตรายก็เพราะน้ำที่ติดนิ้วอยู่จะโดนความร้อนจากตะกั่วจนกลายเป็นไอน้ำ เจ้าไอน้ำจะเป็นตัวกั้น เป็นฉนวนความร้อนป้องกันไม่ให้ความร้อนจากตะกั่วทำอันตรายนิ้วได้ แต่ถ้าแช่ไว้นานๆน้ำก็จะระเหยเป็นไอหมดและนิ้วก็จะไหม้ได้

ปรากฏการณ์นี้เป็นเรื่องเดียวกับเวลาเราหยดน้ำไปบนกระทะร้อนๆแล้วหยดน้ำลอยอยู่บนกระทะได้นานๆ เราจะสังเกตได้ว่าเวลากระทะร้อนแต่ยังไม่ร้อนมากพอ เมื่อเราหยดน้ำลงไปน้ำจะฟู่ๆแล้วระเหยหายไปอย่างรวดเร็ว นี่เป็นเพราะความร้อนจากกระทะทำให้หยดน้ำส่วนที่ติดกับกระทะร้อนกลายเป็นไอ แต่เมื่อกระทะร้อนขึ้นมากๆ ไอน้ำที่เกิดขึ้นจะเกิดขึ้นเร็วพอและมากพอที่จะกลายเป็นชั้นไอน้ำรองรับหยดน้ำให้ลอยอยู่เหนือกระทะนานๆเนื่องจากชั้นไอน้ำนำความร้อนได้ช้ากว่าเวลาหยดน้ำติดกับกระทะตรงๆ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า “ปรากฏการณ์ลีเดนฟรอสท์” (Leidenfrost Effect)

4. รุ่นน้องหัดใช้ Tracker ต่อ โดยทำตามวิธีในคลิปนี้ คราวนี้หัดใช้ Auto Tracker ติดตามภาพวัตถุที่สนใจครับ:

เด็กๆสามารถโหลดไฟล์วิดีโอการทดลองต่างๆไปหัดใช้กับ Tracker ได้จากลิงก์นี้ครับ

วิทย์ม.ต้น: หัดไพธอน (Lists, permutations), หัดใช้ TRACKER

1. คลาสรุ่นพี่ เรียน Python จากหนังสือฟรีบนเว็บชื่อ Automate the Boring Stuff with Python โดยเขียนโปรแกรมใน Mu-Editor เราคุยกันเรื่อง Lists และ ทดลองเรื่องต่างๆเกี่ยวกับ list เช่น len, การ index, append, pop, การเอา list มารวมกัน, sort, การเปลี่ยน list เป็น tuple และ set และเปลี่ยนกลับ, การใช้ in และ not in, การใช้ count, join, split

2. เฉลยการบ้านสัปดาห์ที่แล้ว:

def convert_C_to_F(c):
    "แปลงอุณหภูมิ c เซลเซียสเป็นฟาเรนไฮต์"
    return c*9/5+32

def convert_F_to_C(f):
    "แปลงอุณหภูมิ f ฟาเรนไฮต์เป็นเซลเซียส"
    return (f-32)*5/9
    
def GCD(a,b):
    "หา ห.ร.ม. ของ a และ b"
    #Euclid GCD algorithm
    while(a != b):
        if b > a:
            a, b = b, a

        a, b = a-b, b

    return(a)

3. แนะนำให้เด็กๆรู้จัก itertools.permutations มาลองหาความน่าจะเป็นที่เลขเจ็ดหลักที่มีเลข 1-7 ครบทุกตัวสามารถหารด้วย 11 ลงตัว (มีวิธีทำด้วยมือที่แสดงว่าความน่าจะเป็น = 4/35)

#ดูว่าเลข 7 หลักที่เอาเลข 1,2,3..,7 มาเรียงกันแบบไม่ซ้ำกัน
#จะหารด้วย 11 ลงตัวกี่ตัว
#มีวิธีทำด้วยมือที่แสดงว่าความน่าจะเป็นที่จะหารด้วย 11 ลงตัว
#เท่ากับ 4/35

import itertools

digits = []
for d in range(1,8):
    digits.append(str(d))

total = 0
divisible = 0

for i in itertools.permutations(digits):
    total = total + 1
    #print(i)
    number = int("".join(i))
    #print(i, number)
    if number % 11 == 0:
        print(number)
        divisible = divisible + 1

print("Total numbers: " + str(total))
print("Divisible by 11: " + str(divisible))


4. การบ้านสัปดาห์นี้คือไปอ่านบทต่อไปเรื่อง Dictionaries

5. คลาสรุ่นน้องหัดใช้โปรแกรม Tracker โดยดาวน์โหลดและติดตั้งจาก https://physlets.org/tracker/ เราถ่ายวิดีโอการตกของลูกบาสแล้วให้ Tracker บันทึกตำแหน่งดู วิธีใช้ก็เหมือนๆกับที่ผมบันทึกไว้ที่คลิปนี้ครับ:

วิดีโอและไฟล์ .trk ดาวน์โหลดได้ที่นี่ครับ