devkuma – Python

Python 入門 | Python 開発環境

kc@example.com (kc kim) — Wed, 20 Sep 2017 00:31:23 +0900

まず、GAE を利用するために知っておきたい Python の基本知識をまとめる。これによって「Python とは何か」という概念を理解しよう。

Python 入門 | Python 開発環境 | IDLE の起動

kc@example.com (kc kim) — Wed, 20 Sep 2017 00:31:23 +0900

IDLE の起動

それでは、実際に Python を使ってみよう。Python プログラム自体はインタープリターであり、GUI を持たないコマンドプログラムにすぎない。このほかに、Python を利用するための簡単なツールとして IDLE がある。ここでは IDLE を使って Python を実行する。

Windows の場合は、スタートメニューから「Python 3」のショートカットを探し、その中にある「IDLE」を選択して起動する。macOS の場合は、アプリケーションフォルダーにインストールされた「Python 3」フォルダーから IDLE を起動する。

IDLE は非常にシンプルなテキストエディターのようなツールであり、実際にテキストエディターとしても利用できる。ただし、IDLE の特徴は「対話型シェル（interactive shell）」という機能を備えている点にある。

対話型シェルとは、Python を対話形式で実行できる機能である。IDLE で Python の文を入力して Enter または Return キーを押すと、その文だけをその場で実行し、結果を表示できる。文を 1 つずつ実行しながら Python の動作を確認できる。

開いている IDLE ウィンドウに次のように入力し、Enter または Return キーを押してみよう。

print("Hello Python!")

次の行に「Hello Python!」と表示される。

このように Python コードを実行して結果を確認する作業を繰り返せる。対話型シェルは Python を学び始めるときに特に便利である。

Python 入門 | 値と計算

kc@example.com (kc kim) — Wed, 20 Sep 2017 00:31:23 +0900

プログラミングの基本は、まず値と計算である。Python で使われる基本的な値と計算方法について説明する。

Python 入門 | 文

kc@example.com (kc kim) — Wed, 20 Sep 2017 00:31:23 +0900

Python の大きな特徴の一つは、独特な文のスタイルにある。インデントを利用した文の書き方と基本的な制御文について説明する。

Python 入門 | 文 | 文とインデントの関係

kc@example.com (kc kim) — Wed, 20 Sep 2017 00:31:23 +0900

文とインデントの関係

プログラミング言語では、値と演算が基本である。もう 1 つ重要なものが制御である。

命令を順番に実行するだけでは、限られたプログラムしか作れない。状況に応じて特定の処理を実行したり、指定した回数だけ処理を繰り返したりして流れを制御すると、より複雑なプログラムを作成できる。

プログラムの動きを指示するために用意されているものが文である。中でも、プログラムの流れを制御するものを制御文と呼ぶ。

Python の構文には、インデントという特徴がある。インデントとは、行の開始位置を空白やタブで右に移動することである。

Python では、多くの文でインデントを使ってブロックを表現する。ある条件で処理を実行する場合、その処理を右にインデントする。同じインデント位置にある行は、その文に属する処理だと判断される。

ブロックを終了するときは、インデントを元の位置に戻す。Python は行の開始位置に基づいて、その行がどの文の処理であるかを認識する。

次の例で構造を確認しよう。

Python の文の記述

通常の文 ......
文 1
     文 1 の処理 ......
     文 1 の処理 ......
     文 1 の中にある文
         入れ子になった文の処理 ......
         入れ子になった文の処理 ......
     文 1 の処理 ......
文 2
     文 2 の処理 ......
通常の文
通常の文
...... 省略 ......

このように行の開始位置を変えて文の構造を表す。インデントを間違えると構文エラーになることがある。

Python のインデントには、一般にタブではなく空白を使う。空白の幅そのものは構文で固定されていないが、4 文字が広く使われている。重要なのは一貫性である。

空白が少なすぎると構造が読みにくくなり、ミスも起こりやすい。空白が多すぎると行が右に移動しすぎる。扱いやすい幅を選び、一貫して使おう。

Python 入門 | 文 | 条件による while の繰り返し

kc@example.com (kc kim) — Wed, 20 Sep 2017 00:31:23 +0900

もう 1 つ重要な制御構文が繰り返しである。Python には 2 種類の繰り返し文がある。最初に説明するものは、条件を確認する while 文である。

while 文の基本形 1

while 条件:
    繰り返す処理 ......

while 文の基本形 2

while 条件:
    繰り返す処理 ......
else:
    繰り返し終了時の処理 ......

条件は if 文で使ったものと同じである。True か False かを評価する式、変数、または値を指定する。

while 文は条件を確認し、その結果が True である間、処理を繰り返す。条件が False になるとループを終了し、次の処理へ進む。else ブロックがある場合は、ループの終了時に実行する。

次の例を見てみよう。

x = 100
count = 1
total = 0
while count <= x: 
    total = total + count 
    count = count + 1
else: 
    print(str(x) + "까지 합계는 " + str(total) +"이다.") 
print(".....end.")

この例は 1 から x までの合計を計算して表示する。x の値を変えて結果を確認してみよう。

条件は while count <= x: である。count が x 以下である間は繰り返し、x より大きくなるとループを終了する。

繰り返し処理の中で count の値を増やす必要がある。そうしなければ while 文は終了しない。この状態を無限ループと呼ぶ。while 文を使うときは、条件と、繰り返しの中で値がどのように変化するかを考える必要がある。

Python 入門 | 文 | 多数の値を順番に繰り返す for 文

kc@example.com (kc kim) — Wed, 20 Sep 2017 00:31:23 +0900

Python には、もう 1 つの繰り返し文として for 文がある。for 文は、多数の値を順番に処理するときに使う。

for 文の基本形 1

for 変数 in 多数の値:
    繰り返す処理 ......

for 文の基本形 2

for 変数 in 多数の値:
    繰り返す処理 ......
else:
    繰り返し終了時の処理

プログラミング言語には、多数の値を 1 か所にまとめて扱う機能が用意されている。for 文は、そのような値の集まりを処理するための繰り返し文である。用意された値を順番に取り出し、それぞれに処理を行う。

次の例は、前の記事で使った while 文の例を for 文で書き直したものである。

x = 100
total = 0
for n in range(1, x + 1): 
    total = total + n 
else: 
    print(str(x) + "까지의 합계는 " + str(total)) 
print("....end.")

range(...) 関数は、1 から x までの数値をまとめたものを作成する。ループでは 1, 2, 3, ... 100 という数値を 1 つずつ取り出し、total に加算している。

ここで重要なのは、多数の値をまとめたものが何かという点である。一般には配列と呼ばれる。次の記事では、配列と関連する機能について説明する。

Python 入門 | リスト、タプル、range、set、辞書

kc@example.com (kc kim) — Wed, 20 Sep 2017 00:31:23 +0900

Python には複数の値を扱うためのコンテナがいくつか用意されている。ここでは基本的な使い方を説明する。

Python

kc@example.com (kc kim) — Wed, 20 Sep 2017 00:31:23 +0900

Python は PHP や Ruby などと同様に、誰でもすぐに学び始められるスクリプト言語である。AI 開発などにより近年さらに注目されている Python の基礎を説明する。

Python 入門 | リスト、タプル、range、set、辞書 | 配列とリスト

kc@example.com (kc kim) — Wed, 20 Sep 2017 00:31:23 +0900

多くのプログラミング言語には、複数の値を 1 か所にまとめて扱うための特別な変数のような機能がある。一般に配列と呼ばれ、値を番号で管理できる。たとえば、1 番の値を変更したり、3 番の値を取り出したりする。

Python では、この機能をリストとして提供している。次のように記述する。

変数 = [値1, 値2, ...]

角かっこの中に値をカンマ区切りで書く。すると、値が順番に並んだリストが作成される。各値に割り当てられる番号をインデックスと呼ぶ。

重要なのは、インデックスが 0 から始まる点である。最初の値は 0 番、2 番目は 1 番、3 番目は 2 番となる。値が 10 個ある場合、インデックスは 0 から 9 であり、1 から 10 ではない。

リスト内の要素にアクセスするときは、変数[番号] と記述する。

arr[0] = "OK"
val = arr[1]

この構文を使うと、指定したインデックスの要素を変更したり、取り出したりできる。

次の例を見てみよう。

arr = ['hello','welcome','good-bye']
for n in arr:
    print(n)
 
print("....end.")

前に説明した for ... in ... 構文を使い、リスト内のすべての要素を繰り返し処理している。

for 変数 in リスト:

リストから順番に値を取り出し、変数に代入して処理を繰り返す。リストと for 文は組み合わせて頻繁に使うため、両方を覚えておこう。

Python 入門 | リスト、タプル、range、set、辞書 | リストとテキストの関係

kc@example.com (kc kim) — Wed, 20 Sep 2017 00:31:23 +0900

リストはさまざまな場所で使われるが、意外なものにも利用できる。それはテキストである。

Python では、テキストの値を文字のリストのように扱える。たとえば "Hello" というテキストは、次のような 5 つの文字のリストとして考えることもできる。

str = ['H', 'e', 'l', 'l', 'o']

たとえば str[0] と書くと、文字 'H' を取り出せる。

ただし、この方法が使えるのは文字を取り出すときだけである。同じ方法で文字列の中の文字を変更することはできない。テキストとリストは同じものではない。あくまで、テキスト内の文字を取り出すためにリストのようなアクセス方法を利用できると考えればよい。この仕組みを使うと、テキスト内の文字を簡単に検索できる。

次の例では、"Hello" から文字を取り出して新しいテキストを作成する。

str = "Hello"
str2 = ""
for n in str:
    str2 = str2 + (n * 2) + '~'
print(str2)

実行すると "HH~ee~ll~ll~oo~" と表示される。テキスト内の文字を扱うときに、リストのような操作を利用できることを覚えておこう。

Python 入門 | リスト、タプル、range、set、辞書 | タプルは変更できないリストか

kc@example.com (kc kim) — Wed, 20 Sep 2017 00:31:23 +0900

Python には、リストに似たタプルもある。次のように記述する。

変数 = (値1, 値2, ...)

値を取り出すときは、リストと同じように角かっこ内にインデックスを指定する。たとえば str[0] と書く。

リストとタプルの違いは何だろうか。タプルの値は変更できない。変数ではなく定数のように扱われる。

プログラミングでは、値を自由に変更できることが重要である。一方で、値が変更されないことを保証することも重要である。予期しない更新が問題になる値には、リストは適していない。

タプルは値が変化しないことを保証する。最初は不要に見えるかもしれないが、値を安定させたい場合に役立つ。

変更できないコンテナーには、ほかにも range などがある。変更できないオブジェクトをイミュータブルなオブジェクトと呼ぶ。変更できるオブジェクトをミュータブルなオブジェクトと呼ぶ。リストは代表的なミュータブルコンテナーである。

タプルの値を後でリストとして使う場合は、関数で変換する。

タプルをリストへ変換

変数 = list(タプル)

リストをタプルへ変換

変数 = tuple(リスト)

次の例では、タプルとリストを利用する。

tp = (0,1,2,3,4)
ls = list(tp)
for n in range(0,5):
    ls[n] = ls[n] * 2
for n in tp:
    print(ls[n])

タプル tp を作成し、そこからリスト ls を作って値を変更する。ls と tp がどのように使われるか確認しよう。

Python 入門 | 関数

kc@example.com (kc kim) — Wed, 20 Sep 2017 00:31:23 +0900

関数は、スクリプトの一部を切り出していつでも再利用できるようにする。関数を活用すると、大きなプログラムを構造的に組み立てられる。ここでは基本を説明する。

Python 入門 | 関数 | 関数とは

kc@example.com (kc kim) — Wed, 20 Sep 2017 00:31:23 +0900

スクリプトでは、同じ処理を何度も繰り返すことがある。そのたびに同じコードを書くのは面倒である。あらかじめ定義した処理を、必要なときにいつでも呼び出せるようにするものが関数である。

例 1 を見てみよう。変数に名前を代入し、"Hello, OO. How are you?" という形式でメッセージを表示するスクリプトである。似たテキストを表示するために、似た print 文を何度も書いている。

例 1

a = "Taro" 
b = "Hanako" 
c = "Ichiro" 
   
print("Hello, " + a + ". How are you?") 
print("Hello, " + b + ". How are you?") 
print("Hello, " + c + ". How are you?")

このようなときに関数が役立つ。例 2 は関数を使って書き直したものである。まず、決まった形式のメッセージを表示する関数を用意する。その後は showMsg("Taro") のように書けば、いつでも呼び出せる。

例 2

def showMsg(str): 
    print("Hello, " + str + ". How are you?") 
   
showMsg("Taro") 
showMsg("Hanako") 
showMsg("Ichiro")

ここでは短いメッセージを表示するだけだが、処理が複雑になるほど、一度書いたコードを必要なときに呼び出して実行できることが便利になる。

print も関数なのか

実は、すでに関数を使っている。値を表示する print である。Python では多くの機能があらかじめ用意されており、その多くを関数として利用できる。

Python 入門 | 関数 | 戻り値

kc@example.com (kc kim) — Wed, 20 Sep 2017 00:31:23 +0900

関数名と引数が分かれば関数を定義できる。ただし、関数名や引数には現れない重要な要素がもう 1 つある。それが戻り値である。

戻り値は、関数を実行した後で呼び出し元に値を返す役割を持つ。戻り値は return を使って指定する。

関数の定義 2

def 関数名(引数1, 引数2, ...):
    ...... 実行する処理 ......
    return 値

処理を実行した後、最後に return 値 と書くことで値を返し、呼び出し元に渡す。

実際に戻り値を使ってみよう。前の例を戻り値を返す形に書き直すと、次のようになる。

def showMsg(str): 
    return "Hello," + str + ".How are you?"
   
res = showMsg("Taro") 
print(res) 
res = showMsg("Hanako") 
print(res)

showMsg 関数では return を使ってテキストを返している。次の呼び出し部分を見てみよう。

res = showMsg("Taro")

showMsg の結果を変数 res に代入している。戻り値が res に代入され、その後で res を使って結果を表示している。

Python 入門 | 関数 | キーワード引数

kc@example.com (kc kim) — Wed, 20 Sep 2017 00:31:23 +0900

引数は、関数を構成する要素の中でも意外に多くの機能を持っている。通常の値の受け渡し以外にも、いくつかの指定方法がある。

その 1 つがキーワード引数である。引数にキーワード、つまり名前を付けて利用できる。

関数の定義 3

def 関数(キー1=初期値1, キー2=初期値2, ...):

キーと初期値を指定する。すると、キーを使って引数を渡せる。通常の引数には決まった順序があるが、キーワード引数では順序に関係なく値を指定できる。

初期値が設定されているため、引数を省略することもできる。省略するとデフォルト値が使われる。通常の引数には必ず値を渡す必要があるが、キーワード引数は省略可能な引数として扱える。

実際の例を見てみよう。

def showMsg(name, header='Hello', footer='How are you?'): 
    print(header + "," + name + ". " + footer) 
   
showMsg("Taro") 
showMsg("철수", '안녕', '건강하니?') 
showMsg("영희", footer='잘지내니?', header='야')

このコードでは、3 通りの指定方法で showMsg を呼び出している。showMsg("Taro") のように最初の引数だけを渡しても動作し、2 番目と 3 番目の引数には初期値が使われる。

キーワードは付けても付けなくてもよい。ただし、キーワードを付けない場合は、引数を定義した順番で指定する必要がある。キーワードを付ける場合は、どの順番で指定してもよい。

この例では、初期値を持たない引数とキーワード引数が混在している。この場合は、初期値を持たない引数を先に定義し、その後にキーワード引数を定義する。キーワード引数の後に初期値を持たない引数を定義すると構文エラーになる。

Python 入門 | 関数 | 可変長引数

kc@example.com (kc kim) — Wed, 20 Sep 2017 00:31:23 +0900

引数について、もう 1 つ覚えておきたい機能が可変長引数である。可変長引数は、受け取る値の個数を変えられる引数である。つまり、いくつでも引数を渡せる。

引数の数が決まっていないのに、どのように値を受け取るのかと疑問に思うかもしれない。可変長引数は、多数の値をコンテナーにまとめて受け取る。リストのようなコレクションを受け取る引数だと考えると分かりやすい。コレクションをあらかじめ作る必要はなく、値を 1 つずつ渡すと Python が自動的にまとめる。

可変長引数は次のように定義する。

関数の定義 4

def 関数(*引数):

引数を定義する変数名の前にアスタリスク（*）を付ける。渡された複数の値は、その変数にまとめて格納される。その後は、必要な値を取り出して処理すればよい。

次の例を見てみよう。

def calc(*num): 
    total = 0
    for n in num: 
        total += int(n) 
    print('합계 : ' + str(total)) 
    print('평균 : ' + str(total // len(num))) 
   
calc(123, 456, 789, 246, 357, 910)

関数を calc(*num) と定義している。渡されたすべての引数が num にまとめられる。その後は for 文で num を繰り返し処理すればよい。

Python 入門 | クラスの利用

kc@example.com (kc kim) — Wed, 20 Sep 2017 00:31:23 +0900

クラスは、関数やさまざまな変数を含む大きなプログラム要素を一つのまとまりとして定義する。ここではクラスの基本的な使い方から説明する。

Python 入門 | クラスの利用 | 関数とクラス

kc@example.com (kc kim) — Wed, 20 Sep 2017 00:31:23 +0900

関数は 1 つの処理をまとめたものだが、関数が増えると、それぞれの役割が分かりにくくなる。数百個の関数が並んでいたら、すべてを理解するのは難しい。

そこで、似た役割を持つものを 1 か所にまとめることを考える。

たとえば、データ処理を作るとしよう。データを管理する関数、追加する関数、削除する関数、表示する関数などが個別に並んでいると扱いにくい。

代わりに、データ処理に必要なものを 1 つにまとめる。データを保存する変数、ファイルに読み書きする関数、追加や削除を行う関数、表示する関数などを、大きなデータ関連のまとまりに格納する。

すると、データ処理に関するものはそのまとまりの中にあると分かるため、各所に散らばった関数を探す必要がなくなる。

これがクラスの考え方である。クラスは、ある目的に必要な値と処理を 1 つにまとめたものである。

クラスは次のように定義する。class クラス名: で始め、その下にクラスが提供する変数と関数をインデントして記述する。

クラスの定義

class クラス名:
  変数1
  変数2
  ...... 必要な数だけ変数を用意 ......

  def メソッド1(引数):
      ...... メソッドの処理 ......
   
  def メソッド2(引数):
      ...... メソッドの処理 ......
   
  ...... 必要な数だけメソッドを用意 ......

クラスに必要な値を保存する変数をメンバー変数、クラスが提供する関数をメソッドと呼ぶ。

書き方は、基本的に通常の変数や関数と同じである。class の定義内に記述すると、メンバー変数やメソッドとして扱われる。

Python 入門 | クラスの利用 | クラスの作成

kc@example.com (kc kim) — Wed, 20 Sep 2017 00:31:23 +0900

実際にクラスを作成して使ってみよう。次の例では、名前を使ってメッセージを表示する処理を Member クラスにまとめる。

class Member: 
    name = "" 
   
    def showMsg(self): 
        print("Hello, " + self.name + ". How are you?")

メンバー変数 name は名前を保存する。showMsg メソッドはメッセージを表示する。

ソースコードには、これまで登場しなかった self がある。showMsg の引数として使われているが、通常の引数ではない。

メソッド内では self.name という式でメンバー変数を参照している。

self は現在のインスタンス自身を表す特別な値である。クラスそのものを表すわけではない。

インスタンスと self

クラスは設計図のようなものである。通常、設計図そのものを直接操作するのではない。クラスからインスタンスを作成し、そのインスタンスを操作する。

クラスを直接使うと、1 つの name 変数に "Taro" と "Hanako" のデータを個別に保存できない。代わりに、別々の Member インスタンスを作成し、それぞれに名前を設定する。

self は現在のインスタンスを指す。メソッドから、そのインスタンスに保存されたメンバー変数を使う場合は、self.name のように指定する。

Python のメソッドは、最初の引数としてインスタンス自身を受け取る。メンバー変数やメソッドには、self の後にドットを付けてアクセスする。

self.変数

たとえば、name メンバー変数にアクセスするには self.name を使う。

Python 入門 | クラスの利用 | クラスの利用

kc@example.com (kc kim) — Wed, 20 Sep 2017 00:31:23 +0900

作成した Member クラスを使ってみよう。次のソースコードが使用例である。

class Member: 
    name = "" 
   
    def showMsg(self): 
        print("Hello," + self.name + ".How are you?") 
   
taro = Member() 
taro.name = "Taro"
taro.showMsg() 
   
hanako = Member() 
hanako.name = "Hanako"
hanako.showMsg()

この例では、Taro と Hanako という 2 人分のデータを処理するために、2 つのインスタンスを作成して使用している。

インスタンスは、クラス名() のようにクラス名の後に括弧を付けて呼び出すことで作成する。この例では次のように呼び出している。

taro = Member()

これで Member クラスのインスタンスが作成され、変数 taro に保存される。インスタンスのメンバー変数やメソッドを利用するには、変数名の後にドット（.）を付け、対象の変数名やメソッド名を記述する。たとえば次のようにする。

taro.name = "Taro"
taro.showMsg()

これは、taro インスタンスのメンバー変数 name に "Taro" を設定し、その後で showMsg メソッドを呼び出して実行している。インスタンスを作成して変数に代入しておけば、そのクラスに定義された要素を自由に利用できる。

また、name のようにインスタンスごとに値を保存して利用するメンバー変数を、インスタンス変数とも呼ぶ。

self はどこに行ったのか

この例を見ると、showMsg を呼び出している箇所について疑問が生じるかもしれない。呼び出しは taro.showMsg() と記述されている。

showMsg の最初の引数には self が用意されていたはずである。その self はどうなったのだろうか。

実際には、メソッドの最初の引数として渡されるインスタンス自身の値は、Python によって自動的に渡される。そのため、メソッドの呼び出し時に最初の引数である self を指定する必要はない。2 番目以降の引数だけを記述する。この例では追加の引数がないため、呼び出し時の括弧内は空になる。

このように、インスタンスを作成し、そのメンバー変数を設定し、メソッドを呼び出す。これがクラスを利用する基本である。この基本操作を理解すれば、クラスを簡単に使えるようになる。

Python 入門 | クラスの利用 | コンストラクターの利用

kc@example.com (kc kim) — Wed, 20 Sep 2017 00:31:23 +0900

それでも、この Member クラスはあまり便利ではない。インスタンスを作成し、name を設定してから showMsg を呼び出すという手順を毎回実行する必要があり、クラスを使わない場合と大きな違いがない。さらに、インスタンスを作成した後でメンバー変数の設定を忘れると、期待したとおりに動作しなくなる。少なくとも、必要な値は最初から正しく設定できるようにしたい。

このような場合に役立つのがコンストラクター（constructor）である。コンストラクターは、インスタンスの作成時に自動的に呼び出される、インスタンス初期化用の特別なメソッドである。次のように定義する。

def __init__(self, 引数...):
    ... 初期化処理 ...

コンストラクターは __init__ という名前のメソッドとして定義する。値を引数として渡す場合は、2 番目以降の引数に指定する。最初の引数は必ず self である。

コンストラクターを用意すると、インスタンスの作成時にこのコンストラクターが使われる。次の例を見てみよう。

class Member: 
    name = "" 
   
    def __init__(self, str): 
        self.name = str
   
    def showMsg(self): 
        print("Hello," + self.name + ".How are you?") 
   
taro = Member("Taro") 
taro.showMsg() 
   
hanako = Member("Hanako") 
hanako.showMsg()

この例では、str という引数を受け取るコンストラクターを定義している。

def __init__(self, str):

これで、インスタンスを作成するときに name の値を指定する必要がある。実際にインスタンスを作成している箇所を見てみよう。

taro = Member("Taro")

括弧の中に名前を引数として渡している。このように、インスタンスの作成時に引数を指定できるようにすると、必要なメンバー変数も同時に初期化できるため便利である。