{ "cells": [ { "cell_type": "markdown", "metadata": {}, "source": [ "# Python入門：変数" ] }, { "cell_type": "markdown", "metadata": {}, "source": [ "コンピュータは「0」と「1」だけからなる機械言語を使って動いています。人がコンピュータと会話するためには、人間と機械両方が分かる「プログラミング言語」が必要です。\n", "\n", "コンピュータが発明されてから、多くのプログラミング言語が作られています。Python言語のほかに、有名なものでは、Fortran言語、C言語、Java言語、JavaScript言語などがあります。\n", "\n", "本日は、以下のPython言語の基礎概念を解説します。\n", "\n", "- 変数（変数の役割、変数の使用方法）\n", "- 制御構文（for文）\n", "\n", "（教科書「Python超入門」のChapter 1,3を参照してください。）" ] }, { "cell_type": "markdown", "metadata": {}, "source": [ "### 補足\n", "\n", "CESに限らず、Windows、MacOS、Linuxの中でPythonのコードを実行することも可能です。教科書の4-5ページを参考にしてください。34-39ページにもコードの実行方法の説明があります。" ] }, { "cell_type": "markdown", "metadata": {}, "source": [ "## 1. Python言語の変数\n", "\n", "プログラミングの変数は、**プログラムで利用するデータを一時的に保存する入れ物**のようなものです。\n", "\n", "「x=5」というプログラムでは、「=」の右辺の値５を左辺の変数「x」に代入します。「=」は「**代入演算子**」と呼ばれています。\n", "\n", "以下の例で、変数x, yに他の値を代入してみましょう。変数の値を確認するために、「print()」という関数を使って値を出力することができます。" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 1, "metadata": {}, "outputs": [ { "name": "stdout", "output_type": "stream", "text": [ "51\n", "151\n", "1000\n" ] } ], "source": [ "# 例 ( x,y に他の値を代入してみましょう。)\n", "x=51\n", "print(x)\n", "\n", "y=x+100\n", "print(y)\n", "\n", "x=1000\n", "print(x)" ] }, { "cell_type": "markdown", "metadata": {}, "source": [ "## 1.1 変数の役割\n", "\n", "コンピュータのプログラミングでは、機械的な考え方が必要です。必ず「値をどの変数に格納するか」を意識してください。\n", "\n", "### 例：変数の値の入れ替え\n", "以下では、二つの変数の値の入れ替えの例によって、変数の役割を体験してみます。\n", "\n", "下記のコードでは、変数x, yはそれぞれ値を持っています。二つの変数の値の入れ替えを行います。\n" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 2, "metadata": {}, "outputs": [], "source": [ "x=100\n", "y=200" ] }, { "cell_type": "markdown", "metadata": {}, "source": [ "以下の失敗の例を実行してみて、値の入れ替えが正しくできていない理由を考えてください。" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 3, "metadata": {}, "outputs": [ { "name": "stdout", "output_type": "stream", "text": [ "200 200\n" ] } ], "source": [ "x=100\n", "y=200\n", "\n", "#失敗の例１\n", "x=y\n", "y=x\n", "print(x,y)" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 4, "metadata": {}, "outputs": [ { "name": "stdout", "output_type": "stream", "text": [ "100 100\n" ] } ], "source": [ "x=100\n", "y=200\n", "\n", "#失敗の例２\n", "y=x\n", "x=y\n", "print(x,y)" ] }, { "cell_type": "markdown", "metadata": {}, "source": [ "変数の値が無くならないように、第3変数を用意することが必要です。以下は値の入れ替えの成功の例です。" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 5, "metadata": {}, "outputs": [ { "name": "stdout", "output_type": "stream", "text": [ "200 100\n" ] } ], "source": [ "x=100\n", "y=200\n", "\n", "#成功の例\n", "z=x # xの値を一時的にzに格納します。\n", "x=y\n", "y=z # zが保持している元々のxの値をyに代入します。\n", "print(x,y)\n" ] }, { "cell_type": "markdown", "metadata": {}, "source": [ "### 補足\n", "
\n", " a) 変数に関わる用語
\n", " 変数に関する処理には一般的に「プログラミング用語」が使用されます。以下の用語を覚えてほしいです。\n", "\n", "- 変数を作成して、（初めて）値を代入することを**初期化**と言う。\n", "- 変数を作成すること　－＞ 変数を「**宣言**」する。変数を「**定義**」する。\n", "- 値を変数に入れること　－＞変数に値を「**代入する**」「**格納する**」。変数が値を「**保持する**」。\n", "\n", "
\n", "\n", "
\n", " b) 変数名のルール
\n", " \n", " 変数の名前付けには、以下のルールがあります。\n", "\n", "- 大文字・小文字のアルファベットと数字、\"_\"（アンダーバー）を組み合わせる。\n", "- 数字から始まらないこと。\n", "- Python言語の文法で既に使用している単語（「予約語」）でないこと。例えば「if」。\n", " \n", "
\n" ] }, { "cell_type": "markdown", "metadata": {}, "source": [ "## 演習1 \n", "\n", "変数a, b, c, dはそれぞれ値を持っています。変数の値を以下のように入れ替えてください。\n", "\n", "$$\n", "\\left(\\begin{array}{c} a \\rightarrow b \\\\ b \\rightarrow c\\\\ c \\rightarrow d\\\\ d \\rightarrow a\\end{array} \\right) \n", "$$\n", "例えば、最初に$a=1,b=2,c=3,d=4$の場合、入れ替え後には$b=1,c=2,d=3,a=4$となります。" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 4, "metadata": {}, "outputs": [ { "name": "stdout", "output_type": "stream", "text": [ "1 2 3 4\n" ] } ], "source": [ "# 演習の答えをここに書いてください。\n", "a=1; b=2; c=3; d=4\n", "print(a,b,c,d)" ] }, { "cell_type": "markdown", "metadata": {}, "source": [ "## 1.2 変数の「型」\n", "\n", "Python言語では、数字を扱うことができます。数字の中にも「整数(int)」「浮動点小数(float)」の区別があります。\n", "\n", "数字以外に、「文字列(str)」「リスト(list)」などの変数の型があります。「type()」を使えば、変数の型を調べることができます。\n" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 8, "metadata": {}, "outputs": [ { "data": { "text/plain": [ "int" ] }, "execution_count": 8, "metadata": {}, "output_type": "execute_result" } ], "source": [ "a=100\n", "type(a)" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 9, "metadata": {}, "outputs": [ { "data": { "text/plain": [ "float" ] }, "execution_count": 9, "metadata": {}, "output_type": "execute_result" } ], "source": [ "b=10.1\n", "type(b)" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 6, "metadata": {}, "outputs": [ { "name": "stdout", "output_type": "stream", "text": [ " \n" ] } ], "source": [ "c1=\"計算機演習A\"\n", "c2='計算機演習B'\n", "print(type(c1), type(c2))" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 13, "metadata": {}, "outputs": [ { "data": { "text/plain": [ "list" ] }, "execution_count": 13, "metadata": {}, "output_type": "execute_result" } ], "source": [ "d=[1,2,3]\n", "type(d)" ] }, { "cell_type": "markdown", "metadata": {}, "source": [ "変数の型によって、同じ演算子でも演算の意味は変わります。\n", "\n", "以下の二つの例では、「+」という演算子は異なる意味を持っています。\n", "最初の例では、「+」は「足し算」を意味しています。2番目の例では、「+」は「文字列の結合」を意味しています。" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 14, "metadata": {}, "outputs": [ { "name": "stdout", "output_type": "stream", "text": [ "110.01\n" ] } ], "source": [ "a=100\n", "b=10.01\n", "print(a+b)" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 3, "metadata": {}, "outputs": [ { "name": "stdout", "output_type": "stream", "text": [ "計算機演習A\n" ] } ], "source": [ "c1 = \"計算機演習\"\n", "c2 = \"A\"\n", "print(c1+c2)" ] }, { "cell_type": "markdown", "metadata": {}, "source": [ "### キャストを使った型の変換" ] }, { "cell_type": "markdown", "metadata": {}, "source": [ "文字列と数値を結合する場合、同じ型にしないといけません。以下のコードでは、course_name と score は異なる型であるため、実行するとエラーとなります。" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 17, "metadata": {}, "outputs": [ { "ename": "TypeError", "evalue": "can only concatenate str (not \"int\") to str", "output_type": "error", "traceback": [ "\u001b[0;31m---------------------------------------------------------------------------\u001b[0m", "\u001b[0;31mTypeError\u001b[0m Traceback (most recent call last)", "\u001b[0;32m\u001b[0m in \u001b[0;36m\u001b[0;34m\u001b[0m\n\u001b[1;32m 1\u001b[0m \u001b[0mcourse_name\u001b[0m \u001b[0;34m=\u001b[0m \u001b[0;34m\"計算機演習の成績＝\"\u001b[0m\u001b[0;34m\u001b[0m\u001b[0;34m\u001b[0m\u001b[0m\n\u001b[1;32m 2\u001b[0m \u001b[0mscore\u001b[0m \u001b[0;34m=\u001b[0m \u001b[0;36m100\u001b[0m\u001b[0;34m\u001b[0m\u001b[0;34m\u001b[0m\u001b[0m\n\u001b[0;32m----> 3\u001b[0;31m \u001b[0mcourse_name\u001b[0m \u001b[0;34m+\u001b[0m \u001b[0mscore\u001b[0m\u001b[0;34m\u001b[0m\u001b[0;34m\u001b[0m\u001b[0m\n\u001b[0m", "\u001b[0;31mTypeError\u001b[0m: can only concatenate str (not \"int\") to str" ] } ], "source": [ "course_name = \"計算機演習の成績＝\"\n", "score = 100\n", "course_name + score" ] }, { "cell_type": "markdown", "metadata": {}, "source": [ "「str()」という関数を使ってscoreを文字列に変換すれば、問題が解消します。" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 18, "metadata": {}, "outputs": [ { "data": { "text/plain": [ "'計算機演習の成績＝100'" ] }, "execution_count": 18, "metadata": {}, "output_type": "execute_result" } ], "source": [ "course_name + str(score)" ] }, { "cell_type": "markdown", "metadata": {}, "source": [ "代わりに、\"100\"のような文字列を数字に変換することも可能です。" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 19, "metadata": {}, "outputs": [ { "name": "stdout", "output_type": "stream", "text": [ "\n", " 100\n", " 90.5\n" ] } ], "source": [ "score = int(\"100\")\n", "print(type(\"100\"))\n", "print(type(score), score)\n", "score = float(\"90.5\")\n", "print(type(score), score)" ] }, { "cell_type": "markdown", "metadata": {}, "source": [ "### 補足\n", "\n", "以下の例では、a, bはそれぞれ整数ですが、割り算のときにa, bが一度小数（float）に変換されて値が計算されています。" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 2, "metadata": {}, "outputs": [ { "name": "stdout", "output_type": "stream", "text": [ " 5.0\n" ] } ], "source": [ "a = 1\n", "b = 2\n", "x = a/b\n", "print(type(x), x)" ] }, { "cell_type": "markdown", "metadata": {}, "source": [ "## 1.3 リストの使用\n", "\n", "リスト(list)はデータの並びを扱うための型です。以下の例では、リストの初期化ができます。" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 4, "metadata": {}, "outputs": [], "source": [ "name_list = [\"taro\", \"jiro\",\"saburo\"]\n", "age_list = [12,7,4]" ] }, { "cell_type": "markdown", "metadata": {}, "source": [ "リストに値を追加するためには、appendという関数を使います。" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 5, "metadata": {}, "outputs": [ { "name": "stdout", "output_type": "stream", "text": [ "['taro', 'jiro', 'saburo', 'shirou']\n", "[12, 7, 4, 3]\n" ] } ], "source": [ "name_list.append(\"shirou\")\n", "age_list.append(3)\n", "print(name_list)\n", "print(age_list)" ] }, { "cell_type": "markdown", "metadata": {}, "source": [ "リストの各要素はインデックス番号によってアクセスできます。特に、リスト内の要素は０から数え始めます。" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 6, "metadata": {}, "outputs": [ { "name": "stdout", "output_type": "stream", "text": [ "taro\n", "jiro\n", "saburo\n" ] } ], "source": [ "print(name_list[0])\n", "print(name_list[1])\n", "print(name_list[2])" ] }, { "cell_type": "markdown", "metadata": {}, "source": [ "リストの各要素に順番にアクセスするために、for文を使うことができます。" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 7, "metadata": {}, "outputs": [ { "name": "stdout", "output_type": "stream", "text": [ "taro\n", "jiro\n", "saburo\n", "shirou\n" ] } ], "source": [ "for name in name_list:\n", " print(name)" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 8, "metadata": {}, "outputs": [ { "name": "stdout", "output_type": "stream", "text": [ "12\n", "7\n", "4\n", "3\n" ] } ], "source": [ "for age in age_list:\n", " print(age)" ] }, { "cell_type": "markdown", "metadata": {}, "source": [ "### rangeの使用\n", "\n", "連続した数字の並びを作成するために、range関数が便利です。" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 9, "metadata": {}, "outputs": [ { "name": "stdout", "output_type": "stream", "text": [ "0\n", "1\n", "2\n", "3\n" ] } ], "source": [ "numbers = range(4)\n", "for x in numbers:\n", " print(x)" ] }, { "cell_type": "markdown", "metadata": {}, "source": [ "### rangeの使用例\n", "\n", "以下のコードの表示結果を確認してください。" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 10, "metadata": {}, "outputs": [ { "name": "stdout", "output_type": "stream", "text": [ "taro\n", "jiro\n", "saburo\n", "shirou\n" ] } ], "source": [ "# 名前を順番に出力します。\n", "for index in range(4):\n", " print(name_list[index])" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 23, "metadata": {}, "outputs": [ { "name": "stdout", "output_type": "stream", "text": [ "12\n", "7\n", "4\n", "3\n" ] } ], "source": [ "# 年齢を順番に出力します。\n", "for index in range(4):\n", " print(age_list[index])" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 24, "metadata": {}, "outputs": [ { "name": "stdout", "output_type": "stream", "text": [ "The age of taro is 12.\n", "The age of jiro is 7.\n", "The age of saburo is 4.\n", "The age of shirou is 3.\n" ] } ], "source": [ "for index in range(4):\n", " print(\"The age of \" + name_list[index] + \" is \" + str(age_list[index]) + \".\")" ] }, { "cell_type": "markdown", "metadata": {}, "source": [ "## 演習2\n", "\n", "forループによって、以下のような結果を出力してください。\n", "\n", "```\n", "The score of taro is 100.\n", "The score of jiro is 90.\n", "The score of saburo is 80.\n", "The score of shirou is 70.\n", "```" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 88, "metadata": {}, "outputs": [], "source": [ "#　ここに解答を書いてください。\n" ] }, { "cell_type": "markdown", "metadata": {}, "source": [ "## 演習3\n", "\n", "range()を使って、以下のような数列のリストを作成してください。\n", "```\n", "[1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81, 100]\n", "```" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 89, "metadata": {}, "outputs": [], "source": [ "#　ここに解答を書いてください。\n" ] }, { "cell_type": "markdown", "metadata": {}, "source": [ "\n", "## レポートの提出について\n", "\n", "本授業の演習1、2、3を解き、新しいNotebookに演習の内容と解答を書いて、提出してください。" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": null, "metadata": {}, "outputs": [], "source": [] } ], "metadata": { "kernelspec": { "display_name": "Python 3", "language": "python", "name": "python3" }, "language_info": { "codemirror_mode": { "name": "ipython", "version": 3 }, "file_extension": ".py", "mimetype": "text/x-python", "name": "python", 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