무작정 공부하기 - 혼자 공부하는 로봇 SW 따라하기 (6)

썸네일용

Ch6. ROS2 학습을 위한 Python Class 이해하기

이 챕터는 내용이 전체적으로 class의 이해에 관련되어 있고, ROS관련 내용이 없다는 점을 밝히고, 시작한다.

 

1. 준비작업 및 그냥 sin 함수 그려보기

하던 것처럼 python 폴더에서 jupyter notebook을 열고 이번에는 Class Study에 대한 내용을 담을 것이므로 그렇게 이름을 짓는다.

이번의 그릴 삼각함수의 수식은 다음과 같다.

Asin(2pift)+B

 

가장 먼저 이 sin 함수를 나타내기 위해서 matplotlib을 준비해줘야 한다

다음 코드를 이용해 matplotlib을 설치하고, 이 패키지들을 import 해주자

pip3 install matplotlib

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

 

이후 numpy를 이용해 0부터 6까지 0.01 간격으로 숫자를 생성해 배열로 만드는 코드를 실행한 후 이를 확인해 준다.

이때의 t는 독립변수, 정의역(domain)이라고 부른다.

t = np.arange(0, 6, 0.01)
t

만약 배열의 크기(형태)를 확인하고 싶다면 다음 코드를 통해 가능하다.

t.shape

이후 다음 코드를 이용해서 numpy를 이용해서 sin 함수에 t들을 다 집어넣고 shape을 확인한다면 동일하게 600이 나오게 된다.

y = np.sin(np.pi * t)
y.shape

 

이후 matplotlib을 이용해 그래프를 그릴 것이고, 다음의 코드를 이용하면 sin 함수를 그릴 수 있다.

plt.figure(figsize=(12,6))
plt.plot(t, y)
plt.grid()
plt.show()

 

또한 범위를 6까지가 아닌 3까지로 바꾸면 다음의 그래프를 그릴 수 있다.

t1 = np.arange(0, 3, 0.01)
y1 = np.sin(np.pi * 5 * t1)

plt.figure(figsize=(12,6))
plt.plot(t1, y1)
plt.grid()
plt.show()

 

이후 이 코드를 def를 이용해 함수로 구현해보고자 한다.

코드를 재사용하기 편하고, 오류를 줄이기 위해서 함수를 사용하며 그 요소들을 받아서 그래프를 그리는 함수를 만들었다.

def draw_sin(t, A, f, b):
    y = A * np.sin(np.pi * f * t) + b
    
    plt.figure(figsize=(12, 6))
    plt.plot(t1, y1)
    plt.grid()
    plt.show()

그리고 다음의 코드를 이용하면 그래프를 그릴 수 있다.

t = np.arange(0, 3, 0.01)
draw_sin(t, 1, 1, 0)

 

2. 클래스로 sin 함수 그려보기

이후 이를 함수가 아닌 class로 구현하고자 한다.

가장 먼저 클래스에 변수를 등록하기 위해서 다음과 같은 코드를 작성한다.

class DrawSin:
    def __init__(self, amp, freq, bias, end_time) :
        self.amp = amp
        self.freq = freq
        self.bias = bias
        self.end_time = end_time

이렇게 작성한 클래스는 DrawSin이라는 이름을 가지고, 함수로 던더 init을 작성하기 위해서 선언하며, 이후 변수들을 넣어둬서 추후에 이용하도록 한다.

이를 이용해 보면 다음과 같은 결과가 나온다.

tmp = DrawSin(1,1,0,3)
tmp.__dict__

또한 각각의 요소를 확인하기 위해서는 다음과 같은 방법으로 확인이 가능하다.

tmp.amp, tmp.freq, tmp.bias, tmp.end_time

추후 변수를 변경하고 싶다면 다음의 방식으로 진행하면 된다.

tmp.end_time = float(5)
tmp.__dict__

이렇게 변수를 지정한 뒤 다음과 같이 코드를 작성해서 calc_sin, draw_sin 함수를 추가해 sin 함수를 그리는 코드를 작성가능하다.

class DrawSin:
    def __init__(self, amp, freq, bias, end_time):
        self.amp = amp
        self.freq = freq
        self.bias = bias
        self.end_time = end_time
        
    def calc_sin(self):
        self.t = np.arange(0, self.end_time, 0.01)
        return self.amp * np.sin(2*np.pi*self.freq*self.t) + self.bias
    
    def draw_sin(self):
        y= self.calc_sin()
        plt.figure(figsize=(12,6))
        plt.plot(self.t, y)
        plt.grid()
        plt.show()

이후 다음 코드를 이용하면 그래프를 그릴 수 있다.

ds = DrawSin(1,1,0,3)
ds.draw_sin()

이 ds에서 freq만 변경하면 다음과 같아진다.

ds.freq = 2
ds.draw_sin()

 

3. 클래스의 상속 Inheritance

이번에는 cos을 만들어보고자 한다. 하지만, sin과 대부분이 비슷하기 때문에 이를 이용하면 편할 것이다.

따라서 이때 대부분을 가져오고 일부분만 추가하는 기능이 inheritance인 클래스의 상속이다.

 

다음 코드는 DrawSin을 상속받으면서 만든 DrawSinusoidal이다.

class DrawSinusoidal(DrawSin):
    def calc_cos(self):
        self.t = np.arange(0, self.end_time, 0.01)
        return self.amp * np.cos(2*np.pi*self.freq*self.t) + self.bias
    
    def draw_cos(self):
        y = self.calc_cos()
        plt.figure(figsize=(12,6))
        plt.plot(self.t, y)
        plt.grid()
        plt.show()

class 클래스명(상속받을 클래스) 이렇게 작성하면 상속이 가능하다.

이후 다음 코드를 보면 dc라는 이름으로 객체화하였고, 던더 init이 없음에도 상속받았기에 다음과 같은 결과가 나온다.

dc = DrawSinusoidal(1,1,0,3)
dc.__dict__

dc.__dir__()

따라서 다음 코드를 작성하면 cos과 sin 둘 다 잘 작동함을 알 수 있다.

dc.draw_cos()

dc.draw_sin()

 

4. 메서드 오버라이딩 Method Overriding

오버라이딩이란 덮어쓰기이다. 앞의 그래프는 설명이 없고, 이후 로버라이딩해서 설명을 추가해주고자 한다.

이때는 상속하는 것처럼 클래스를 작성한 뒤 이후 안에 같은 이름의 함수를 사용한다면 덮어쓰기가 된다.

class DrawSinusoidal2(DrawSinusoidal):
    def draw_sin(self):
        y = self.calc_sin()
        plt.figure(figsize=(12,6))
        plt.plot(self.t, y)
        plt.title('Sin Graph  ')
        plt.ylabel('Sin')
        plt.xlabel('time  (sec)')
        plt.grid()
        plt.show()

이후 이를 실행하면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있다.

dc2 = DrawSinusoidal2(1,1,0,3)
dc2.draw_sin()

 

5. 클래스에서 super()의 사용

이런 클래스들을 만들면서 이제 sin/cos, A, f, t, B를 정할 수 있었는데 도메인인 t의 간격은 변경한 적이 없다.

따라서 이를 변경 가능한 함수를 작성하고자 한다.

class DrawSinusoidal3(DrawSinusoidal2) :
    def __init__(self, amp, freq, bias, end_time, ts):
        self.ts = ts

ds3 = DrawSinusoidal3(1,1,0,3, 0.01)
ds3.__dict__

 

이렇게 코드를 작성하면 생기는 문제점은 앞에서 던더 init을 오버라이딩을 진행했는데, 변수를 ts만 넣어줬기 때문에 ts만 남는 문제점이 생긴다.

이를 해결하기 위해서 super()를 이용해 상속된 속성들을 끌어오는 것이다.

 

class DrawSinusoidal3(DrawSinusoidal2):
    def __init__(self, amp, freq, bias, end_time, ts):
        super().__init__(amp, freq, bias, end_time)
        self.ts = ts

ds3 = DrawSinusoidal3(1,1,0,3,0.01)
ds3.__dict__

 

class DrawSinusoidal3(DrawSinusoidal2):
    def __init__(self, amp, freq, bias, end_time, ts):
        super().__init__(amp, freq, bias, end_time)
        self.ts = ts
        
    def calc_sin(self):
        self.t = np.arange(0, self.end_time, self.ts)
        return self.amp * np.sin(2*np.pi*self.freq*self.t) + self.bias
    
    def draw_sin(self):
        y = self.calc_sin()
        plt.figure(figsize=(12,6))
        plt.plot(self.t, y)
        plt.title('Sin Graph  ')
        plt.ylabel('Sin')
        plt.xlabel('time  (sec)')
        plt.grid()
        plt.show()

 

\이렇게 최종적으로 class를 작성한 뒤 다음과 같이 코드를 돌려 그래프를 돌려보았다.

ds3 = DrawSinusoidal3(1,1,0,3,0.1)
ds3.draw_sin()

이 그래프를 보면 데이터 간격이 0.1이 되어서 총 데이터 개수가 60개가 되었기 때문에 조금은 뭉개진 것처럼 보일 수 있다.

 

6. 마무리

다음에는 Ch7의 내용인 패키지 만들고 토픽 다루기에 대해서 적어볼 예정이다.

아래 파일은 위에서 작성한 코드들을 한 파일로 만든 파일이다.

Class Study.ipynb

0.58MB