はじめに

今回はPythonに慣れるのが目的です。

Pythonを電卓として使う

python3.8

上のようにコマンドを打ってPythonを対話モードで起動しましょう。出来ましたか？次に10/3と打ち込みましょう。(これ以降注意ですが、プログラミングする時は半角文字を使いましょう。全角スペースが原因でバグらせた初心者を見るのはもう嫌だ...)

>>> 10 / 3
3.3333333333333335

最後の桁が3じゃないのが気になる人がいるかもしれないですね。コンピュータ上で小数を扱う時、あるいはとても大きい数値を扱う時には誤差が生じます。...ですがその話はまたいずれ。四則演算は多分皆さんが思ったとおり書けます。

>>> (5 + 2) * (2 - 3) / 7
-1.0

ちなみに/を使うと必ず小数になります。計算途中に小数がどこかに含まれると結果は小数になります。

もし、小数を切り捨てした整数が欲しい場合は//を、余りは%を用いればいいです。また、**でべき乗を計算する事も可能です。

>>> 5 ** 3
125

では、3分くらい自由に打ち込んでみましょう。

...

...

どうですか。飽きました？何か意味のある複雑な事をしようとした人は分かると思うのですが、計算した数とかを記録できたら楽だなぁって思いませんか？そんな時使えるのが変数・定数です。

>>> pi = 3.141592
>>> length = 30 * pi
>>> length + 100
194.24776

簡単ですね。変数と定数の違いは値が変化するかしないかです。今回piは定数として良いですね。Pythonでは定数を指定する為の特別な構文は無いですが、分かりやすさのために全て大文字で書く事が多いです。一方変数は小文字で書く慣習があります。

ここらへんの細かい部分は人や環境によって違うかも？例えば、is_usedって書く人もいればisUsedって書く人もいたり。言語が推奨している書き方を調べたり、共同開発しているならチームの書き方を統一した方がいいでしょう。

注意点として、変数名は分かりやすいものにして、もし分かりにくい操作をするなら適宜コメントを書きましょう。

#以下はコメントであり、プログラムとして認識されずに無視されます。適宜活用しましょう。

>>> PI = 3.141592 # 円周率
>>> length = 20
>>> length = 30 # 再代入します
>>> length += 20 # 予想できるかもしれませんが、lengthに20を足します。*=などもあります。

では、3分くらい自由に遊んでみましょう。

...

はい。どうでしょうか。同じ様な計算を何度もする時、抽象化してまとめる事ができると便利だとは思いませんか？とても単純な例として各商品に対して消費税の計算をしたい時、計算式は同じなんだからまとめたいなと思ったり...

そんな時に使えるのが関数です。数学の関数より広義での関数ですが、今は同じと考えて大丈夫です。つまり、f(x)=x+10→関数fは数xを受け取り10を足した値(これを返り値と呼びます)を返す関数みたいな感じで。ここでxの事を引数と言います。引数は複数個取る事も可能ですし、0個でも大丈夫です。また、引数の名前は自由に付ける事ができます。

これをPythonのコードで書くと

>>> def f(x):
...   return x + 10
...

2行目にspaceが2個入っていますね。これはインデントと呼ばれるもので、実行文をグループにまとめています。詳しくは後で説明します。spaceの数は何個でもいいですが、統一しましょう。tabを使ってもいいです。

また、最後に空行がありますね。複数行入力する際、ここで終了だよという意味を込めて空行を入れます。これも後ほどインデントの説明の時に話します。

これにより関数fが定義されました。実際に使ってみましょう。

>>> f(100)
110

はい。関数の定義の方法は直感的では無いけど、使い方は数学と同じだなと思って貰えればけっこうです。

では、より実用的(かもしれない)例として、商品の値段を入れると消費税(簡単のため10%とします)込の値段を返す関数を作ってみましょう。

>>> def add_tax(n):
...   return n * 1.1
...

関数を呼び出してみましょう。

>>> add_tax(100)
110.00000000000001

小数が出てきましたね。欲しい値は恐らく整数値でしょう。整数が出るようにadd_tax関数を書き換えてみて下さい。

>>> def add_tax(n):
...   return n * 11 // 10  # //は切り捨て除算
...

正しく動くかどうか確かめてみて下さい。先程も話したとおり、小数を含む計算の結果は小数になって、途中に誤差が入る事もあるので、途中の計算を全て整数でやるのが一番ラクだと思います。

ではもう一つ関数を作りましょう。商品の原価の1.2倍した値を定価として売ることにします。原価が与えられる時、定価を返す関数get_list_priceを作って下さい。

>>> def get_list_price(n):
...   return n * 12 // 10
...

上のと殆ど同じですね。面白みに欠けますがまあいいでしょう。では、原価が与えられた時、消費税込みの値段を計算するにはどうすればいいでしょうか。

>>> add_tax(get_list_price(100))
132

できました。

しかし、毎回これを書くのは面倒ですよね。

>>> def compose_function(f, g):
...   return lambda n: f(g(n))
...

>>> get_price = compose_function(add_tax, get_list_price)
>>> get_price(100)
132

>>> def f(x=0):
...   return x + 10
...

>>> f(100)
110
>>> f() # 引数なし
10

>>> def f(x, y):
...   return x + y
...

>>> f(x=100, y=10)
110
>>> f(y = 10, x = 100)
110
>>> f(100, 10) # いつもの
110

>>> 97**3-209**2
868992

>>> def cube(x):
...   return x * x * x
...
>>> cube(3)
27

>>> def sum(x, y):
...   return x * x + y * y
... 
>>> sum(2, 3)
13

>>> DX = 0.0000001
>>> def div(f):
...   return lambda x: (f(x+DX) - f(x)) / DX
... 

>>> def div2(f):
...   return div(div(f))
... 

>>> g = div(cube)
>>> h = div2(cube)
>>> g(5)
75.00000165805432
>>> h(5)
31.263880373444408