情報処理 I - 第１３回

今回の目標

1. Python で条件分岐処理について理解する
2. Python で繰り返し処理について理解する

１．条件分岐

１．１　対話的処理

前回はスクリプトの引数をデータに使う方法を紹介しました．

#!/usr/bin/python
# -*- coding: utf-8 -*-

import sys

argv = sys.argv

x = int(argv[1])
y = int(argv[2])

print x, '+', y, '=',
print x + y

このスクリプトを保存したファイル名を sample.py とすれば，これは次のように実行します．

% ./sample.py 2 3[Enter]
2 + 3 = 5

しかし，このスクリプトを引数を付けずに実行すると，エラーになってしまいます．これはリスト argv に argv[1] という要素がないというエラーです．

% ./sample.py[Enter]
  File "./sample.py", line 8, in <module>
    x = int(argv[1])
IndexError: list index out of range

そこで今回は，このスクリプトを引数を付けずに実行したときに，不足するデータをキーボードから入力するよう求めるよう，スクリプトを変更します．

１．２　キーボード入力

Python スクリプトの実行中にキーボードからデータの入力を行うには，raw_input() という関数が便利です．例えば，次の内容の name.py というスクリプトがあったとします．

#!/usr/bin/python
# -*- coding: utf-8 -*-

name = raw_input('May I your your name, please? ')
print 'Hi! ' + name + '. Nice to meet you.'

このスクリプトを実行すると，関数 raw_input() の （〜) の間に置いた引数の文字列をプロンプトとして出力して，データの入力を待ちます．入力されたデータは文字列として得られます．これを変数 name に格納しています．

% ./name.py[Enter]
May I your your name, please? Kentaro[Enter]
Hi! Kentaro. Nice to meet you.

１．３　if 文

必要な数のデータが引数に与えられているかどうかは，引数の数を関数 len() を使って変数 sys.argv の要素数を調べればわかります．その結果，引数の数が２以外の場合に処理を変更するようにすれば，（引数の数の違いによる）エラーを避けることができます．このような判断には if を使います．引数を２個与えたときには，sys.argv の要素数は３（実際の引数の数より１多い）になりますから，それ以外の場合はメッセージを出力することにします．

#!/usr/bin/python
# -*- coding: utf-8 -*-

import sys

argv = sys.argv
argc = len(argv)     # 引数の数

if argc == 3:        # 引数の数が２個なら以下を実行する
    x = int(argv[1])
    y = int(argv[2])

    print x, '+', y, '=',
    print x + y
else:                # そうでなければ以下を実行する
    print u"引数が足りません"

if や else に続く行の行頭の空白    は必ず入れてください．emacs なら，[Tab] キーをタイプすれば自動的に必要な数の空白が入ります．このように行頭に空白を入れてプログラムの行をずらすことを，インデント（字下げ）といいます．インデントされた部分は，直前の if の条件によって実行されたりされなかったりします．このように Python では，このインデントによってプログラムの実行順序の制御を行います．

% ./sample.py[Enter]        # 引数なし
引数が足りません
% ./sample.py 2[Enter]      # 引数１個
引数が足りません
% ./sample.py 2 3[Enter]    # 引数２個
2 + 3 = 5
% ./sample.py 2 3 4[Enter]  # 引数３個
引数が足りません

if および elif は，その右から : （コロン）までの間に置かれた条件にしたがって，プログラムの実行を制御します．条件が True（真＝成立する）とき，それに続くインデントされた行が実行されます．else: に続くインデントされた行は，すべての条件が False（偽＝成立しない）ときに実行されます．

if 条件１:
    # 条件１が True（真）なら
    # この部分の処理が実行される
elif 条件２:
    # 条件１が False（偽）のとき（成立しなかったとき）条件２が True（真）なら
    # この部分の処理が実行される
elif 条件３:
    # 条件１・２が False（偽）のとき（成立しなかったとき）条件３が True（真）なら
    # この部分の処理が実行される

...

else:
    # 上のいずれの条件も False（偽）のとき
    # この部分の処理が実行される


# この部分はインデントされていないので条件にかかわり無く実行される

この条件としては，次のようなものが使用できます．

最初に，引数の数が２個かどうかを確かめていた部分を，２個以下かどうかに変更します．そうすると，else: 以降が処理されるのは引数の数が３個以上のときになるので，その場合に出すメッセージも変更します．

#!/usr/bin/python
# -*- coding: utf-8 -*-

import sys

argv = sys.argv
argc = len(argv)

if argc <= 3:              # 引数の数が２個以下なら以下を実行する（== を <= に変更）
    x = int(argv[1])
    y = int(argv[2])

    print x, '+', y, '=',
    print x + y
else:                      # そうでなければ（３個以上）以下を実行する
    print u"引数が多すぎます"

そうすると，最初の if 以降の部分では，引数の数が 0，1，2 の三つの場合を処理する必要が出てきます．そこで，ここでもう一度 if （および elif）を使って場合分けをします．引数の数が 3 の場合の処理は以前と変わりません．ただし，二つ目の if によって実行される部分を，更にもう一段階インデントします．emacs であれば，そこで [Tab] をタイプします．

#!/usr/bin/python
# -*- coding: utf-8 -*-

import sys

argv = sys.argv
argc = len(argv)

if argc <= 3:
    if argc == 3:           # 引数の数が２個のとき
        x = int(argv[1])
        y = int(argv[2])

    print x, '+', y, '=',
    print x + y
else:
    print u"引数が多すぎます"

引数が１個しかないときは，x にそれを使い，y は改めてキーボードから入力してもらうようにします．これを行うために，raw_input() を使います．入力された文字列ですから，これを int() を使って整数値に変換して，y に代入します．

#!/usr/bin/python
# -*- coding: utf-8 -*-

import sys

argv = sys.argv
argc = len(argv)

if argc <= 3:
    if argc == 3:
        x = int(argv[1])
        y = int(argv[2])
    elif argc == 2:                 # 引数の数が１個のとき
        x = int(argv[1])
        y = int(raw_input('y = '))  # キーボードからの入力．'y = ' はプロンプト

    print x, '+', y, '=',
    print x + y
else:
    print u"引数が多すぎます"

引数が０個の場合は，x も y もキーボードから入力してもらうようにします．raw_input() を使って得た文字列を，int() により整数値に変換して，x および y に代入します．

#!/usr/bin/python
# -*- coding: utf-8 -*-

import sys

argv = sys.argv
argc = len(argv)

if argc <= 3:
    if argc == 3:
        x = int(argv[1])
        y = int(argv[2])
    elif argc == 2:
        x = int(argv[1])
        y = int(raw_input('y = '))
    elif argc == 1:                 # 引数の数が０個のとき
        x = int(raw_input('x = '))  # キーボードからの入力．'x = ' はプロンプト
        y = int(raw_input('y = '))  # キーボードからの入力．'y = ' はプロンプト

    print x, '+', y, '=',
    print x + y
else:
    print u"引数が多すぎます"

それでは，このスクリプトを実行してみましょう．引数の数を変えて実行して，期待通りの動作をするでしょうか．

% ./sample.py[Enter]
x = 10[Enter]
y = 20[Enter]
10 + 20 = 30
% ./sample.py 10[Enter]
y = 20[Enter]
10 + 20 = 30
% ./sample.py 10 20[Enter]
10 + 20 = 30
% ./sample.py 10 20 30[Enter]
引数が多すぎます

raw_input() と input()

実は Python には，raw_input() とは別に input() という便利な関数があります．これを使うと int() で整数に変換する必要もなくなります．ただし，これはキーボードからの入力を単なる文字列としてではなく，Python のプログラムとして実行してしまいます（正確には「評価する」と言います）．したがって，そのことを考慮せずにこれを使うと非常に危険です．多くの場合，input() は使わないほうが無難です．なお，これは Python 2.x の機能であり，Python 3.x の input() は raw_input() と同じになります．

>>> x = input('x を入れてください: ')[Enter]
x を入れてください: 1+1[Enter]
>>> x[Enter]
2               ← raw_input() なら '1+1' という文字列が入っている

２．繰り返し

２．１　for 文

コンピュータでは同じことを繰り返す処理が頻繁に現れます．Python の繰り返し処理を行う仕組みには，for 文や while 文があります．sample.py は二つの数値 x と y を入力して，その和を出力していますが，これをもとに，x 個の * からなる文字列の行を y 行出力することを考えてみます．以下に例を示します．

% ./sample.py 5 4[Enter]
*****
*****
*****
*****

'*' という文字列を x 回繰り返して出力するには，'*' * x とします．したがって，sample.py を次のように変更します．

#!/usr/bin/python
# -*- coding: utf-8 -*-

import sys

argv = sys.argv
argc = len(argv)

if argc <= 3:
    if argc == 3:
        x = int(argv[1])
        y = int(argv[2])
    elif argc == 2:
        x = int(argv[1])
        y = int(raw_input('y = '))
    elif argc == 1:
        x = int(raw_input('x = '))
        y = int(raw_input('y = '))

    print '*' * x        # '*' を x 回繰り返して出力する
else:
    print u"引数が多すぎます"

これを実行すると，次のようになります．

% ./sample.py 5 4[Enter]
*****

この出力を y 回繰り返せば，x 個の * が y 行出力されます．このような繰り返しには for 文が使います．for は，for の右に置いた変数に，in の右に置いた反復子（タプルやリストなど）の要素を一つ一つ代入して，次行以降のインデントされた行を繰り返します．

for 変数 in 反復子:
    # 反復子の一つ一つの要素を変数に代入して
    # この部分の処理が実行される

# この部分はインデントされていないので繰り返し終了後に実行される

例えば，反復子として 'abc' という３文字の文字列を指定すれば，３回繰り返されます．print '*' * x の行の前に，for 〜 in による繰り返しを追加します．また，print '*' * x の行はインデントを一段追加します．

#!/usr/bin/python
# -*- coding: utf-8 -*-

import sys

argv = sys.argv
argc = len(argv)

if argc <= 3:
    if argc == 3:
        x = int(argv[1])
        y = int(argv[2])
    elif argc == 2:
        x = int(argv[1])
        y = int(raw_input('y = '))
    elif argc == 1:
        x = int(raw_input('x = '))
        y = int(raw_input('y = '))

    for i in 'abc':    # 反復子として３文字の文字列を指定する
        print '*' * x
else:
    print u"引数が多すぎます"

これを実行すると，次のように文字列の長さ（文字数）だけ繰り返されます．

% ./sample.py 5 4[Enter]
*****
*****
*****

したがって，反復子を y 文字の文字列にすれば，y 回繰り返すことができます．

#!/usr/bin/python
# -*- coding: utf-8 -*-

import sys

argv = sys.argv
argc = len(argv)

if argc <= 3:
    if argc == 3:
        x = int(argv[1])
        y = int(argv[2])
    elif argc == 2:
        x = int(argv[1])
        y = int(raw_input('y = '))
    elif argc == 1:
        x = int(raw_input('x = '))
        y = int(raw_input('y = '))

    for i in 'a' * y:    # 反復子として y 文字の文字列を指定する
        print '*' * x
else:
    print u"引数が多すぎます"

これを実行すれば，期待したどおりの動作をするはずです．

% ./sample.py 5 4[Enter]
*****
*****
*****
*****

反復子としては，文字列以外にタプルやリストも使えます．タプルの場合は (1,) *y，リストの場合は ['a'] * y で同じことができます．しかし，反復子には通常 range() か xrange() を使います．

#!/usr/bin/python
# -*- coding: utf-8 -*-

import sys

argv = sys.argv
argc = len(argv)

if argc <= 3:
    if argc == 3:
        x = int(argv[1])
        y = int(argv[2])
    elif argc == 2:
        x = int(argv[1])
        y = int(raw_input('y = '))
    elif argc == 1:
        x = int(raw_input('x = '))
        y = int(raw_input('y = '))

    for i in xrange(y):    # 反復子として xrange(y) を指定する
        print '*' * x
else:
    print u"引数が多すぎます"

これを実行すれば，先ほどと同じ動作をするはずです．

% ./sample.py 5 4[Enter]
*****
*****
*****
*****

range() と xrange()

range() は引数に指定した数の整数の要素をもつリストを生成します．range(5) は [0, 1, 2, 3, 4] というリストを生成します．range() は最大で三つの引数を指定できます．range(x, y, z) のように指定した場合，x は初期値として y を超えない最大の整数まで z ずつ増加させながら値を生成します．xrange() は range() と同様に反復子として使用しますが，単体ではリストを生成しません（その分メモリの節約します）．なお，Python 3.x では range() は xrange() と同じになります．

>>> range(5)[Enter]
[0, 1, 2, 3, 4]
>>> range(3,8,2)[Enter]
[3, 5, 7]
>>> xrange(8,3,-2)[Enter]
xrange(8, 2, -2)    # xrange() は 'xrange オブジェクト' を生成する
>>> list(range(8,3,-2))[Enter]
[8, 6, 4]           # list() の引数に使うとリストが生成される

２．２　while 文

繰り返しを行う方法には，他に while があります．else: 以降は省略できます．

while 条件:
    # 条件が True（真）の間（成立している限り），
    # この部分の処理が実行される
else:
    # 条件が False（偽）になって繰り返しが終了したら，
    # この部分の処理が実行される

# この部分はインデントされていないので繰り返し終了後に実行される

次のような使い方をします．

>>> i = 0
>>> while i < 5:
...     print i
...     i += 1        # i に 1 を足す
... else:
...     print u"おわり"
...
0
1
2
3
4
おわり

宿題

次の (1) の作業を行ってください．完了したら，作成したスクリプトの内容をメールの本文にコピー＆ペーストし，その後に (2) の内容を追加して tokoi@sys.wakayama-u.ac.jp に送ってください．メールの件名 (Subject) は shori1-13 にしてください．期限は次週の水曜日中までです．

% ./sample.py 5 4[Enter]
*****
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*   *
*****
% ./sample.py 8 7[Enter]
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