文系でも分かる！Pythonプログラミング - module / import / random
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module
prime
>> prime ( プライム )
= 主要な。最上の。〔数〕素数。
「素数」というものを覚えておいででしょうか。
「1」と「その数」でしか割り切れない数の事でしたね。
素数は「2,3,5,7,11,13,17,19,23...」こんな風に続いていきます。
テキトーに選んだ数字が
素数かどうかを確認するのには
かなり時間が掛かってしまいます。
例えばテキトーな数「643」が
素数かどうかを判定するには
(643÷1)
643÷2
643÷3
(643÷4)
643÷5
(643÷6)
643÷7
...
(643÷640)
643÷641
(643÷642)
643÷643
こんな風に「2」〜「643」の範囲内で
「643」を割り切れる数が見つかるまで
割り算を繰り返さなければなりません。
※4で割り切れるけど
2で割り切れない数というものは無いので
割る数が素数でないものは括弧書きになっています。
「100000」までの素数を全て調べるということは
「2÷2」
「3÷2」「3÷3」
「4÷2」「4÷3」「4÷4」
「5÷2」「5÷3」「5÷4」「5÷5」
「6÷2」「6÷3」「6÷4」「6÷5」「6÷6」
...
「100÷2」〜「100÷100」
「101÷2」〜「101÷101」
...
「99998÷1」〜「99998÷99998」
「99999÷1」〜「99999÷99999」
「100000÷1」〜「100000÷100000」
こんな風に物凄い量の計算を
しなければならないということ。
以下のような記述をすることで
100000までの素数をリスト化して
その個数を調べることができるのですが
実行してもすぐに結果は出ません。
11inch iPad Proでは40秒くらいかかりました。
stop = 100000
primes = []
for i in range(2,stop+1): # 1
primes.append(i). # 2
for p in range(2,i): # 3
if i % p == 0: # 4
primes.remove(i) # 5
break # 6
print(primes)
print(f"{len(primes)}個")
#-----------------------------------#
# 1. 2~100000の中から値を取り出して変数(i)に代入
# 2. 「取り出した数(i)」をリストに追加する
# 3. 「2」から「i」までの範囲の値を取り出して変数「p」に代入
# 4. もし、「i」を「p」で割り切れるなら、以下の処理を実行
# 5. リストから「i」を削除
# 6. (もう素数じゃないことが分かったので)繰り返しを強制終了これが「stop = 1000000 (100万) 」になったら
処理に数十分〜1時間近くかかってしまうと思います。
(マシンの性能による)
( 前々回 appendメソッド を学びましたが、
リストから特定の値を削除する
removeメソッド というものもあります。
記述方法は appendメソッド と同様なので
今回は説明しません。)
こんな風に、自分で考えて時間をかけて
プログラムコードを書くこともできます。
しかし、正しい計算結果が得られるコードを書くためには
それなりの知識や試行錯誤が必要です。
自分にとってプラスになるのは間違いありません。
しかし、これから料理をしようというときに
調理器具や材料を作るところから始める人がいないように
ゲームを作ろうという時に
わざわざ計算ができるシステムから作ろう
なんて人はいません。
そんな時に「モジュール」というものを使います。
module
>> module ( モジュール )
= 交換可能な部品等の集まり。(構成要素)
ハードウェアやソフトウェアにおいて、
まとまった機能や要素を持ったもの。
〔略〕MOD(モッド)。
例えば、
科学計算をする機能を持った
「 numpy ( ナムパイ/ナンパイ ) 」
記号計算をする機能を持った
「 sympy ( シムパイ ) 」
データグラフなどを作成する機能を持った
「matplotlib ( マットプロットリブ ) 」
などがある。
import
import
>> import ( インポート )
= 輸入。外部にあるファイルを読み込む作業の事。
モジュールを使いたい時は、
「 import文 」というものを書いて
そのモジュールを先に読み込んでおく必要があります。
例えば、先程紹介した
「numpy」を呼び出してみましょう。
import numpyこれだけです。
numpyの中にある関数(メソッド)を呼び出すには
import numpy
print(numpy.sqrt(2)) # square root : 平方根
# >>> 1.41421356237「 numpy.関数名( 引数 ) 」
このような形で記述します。
import ○○ as 〜
>> as 〜 ( アズ )
= 〜として。
インポートした(読み込んだ)モジュールの
関数(メソッド)を使うには
numpy.array( )
numpy.sqrt( )
numpy.arange( )
のように「numpy.○○( )」という形で書くわけですが...
それが「matplotlib」のような長い名前のモジュールだった場合、
関数を使うたびに「matplotlib.○○( )」と書くことになります。
文字数が長いとスペルミスをする確率が上がりますし、
その分間違いを見つけるのが困難になります。
そこで、「as」という記述を使います。
この「as」を使うことで
モジュール名に〔略称〕を付ける事ができます。
そしてそれ以降、
〔略称〕でモジュールを呼び出せるようになります。
import numpy as np
import matplotlib as plt
print(np.sqrt(2)) # 略称.関数名(引数)
# >>> 1.41421356237このように
「import モジュール名 as 略称」
という書き方をすればOK。
「 モジュール を 〔略称〕 として 読み込む 」
という意味になります。
from ○○ import △△ as 〜
>> from 〜 ( フロム )
= 〜から、〜より。
例えば、
「科学計算をするMOD」「データグラフを作成するMOD」など
モジュールごとに機能が異なるわけですが、
「科学計算」「データグラフ」自体にも
様々な種類があるわけです。
モジュールの中にある特定の
「クラス(※)」や「関数」だけを呼び出す方法もあります。
※「クラス」は別記事で説明します。
簡単に言えば、メソッドの集まりがクラスで
クラスの集まりがモジュールです。
from sympy import sqrt as rt
print(rt(2)) # モジュール名は書かなくていい。
# >>> 1.41421356237この記述では、
「sympyモジュールからsqrt関数を「rt」として読み込む」
という命令を意味しています。
primerange( )
sympyには素数を扱う機能も用意されています。
その中でも今回使いたいのは
「primerange( )」というものです。
range( )のように、
「開始位置」「終了位置」を指定してやると
その範囲内の素数を返してくれます。
試しに1〜100の範囲で
素数がどれくらいあるのか調べてみましょう。
※ range( )がそうだったように
primerange( )も リ ス ト で は な い ので
リストにしたい時はlist関数を使って
リスト化してやる必要がある事には注意しましょう。
from sympy import primerange # primerange関数だけを読み込む
primes = list(primerange(1,101)) # リスト化を忘れないで。
print(primes)
print(len(primes))
# >>> [2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 29, 31, 37, 41,
# 43, 47, 53, 59, 61, 67, 71, 73, 79, 83, 89, 97]
# >>> 25 個import sympy as sp # sympyをspという略称で読み込む
primes = list(sp.primerange(1,101)) # リスト化を忘れないで。
print(primes)
print(len(primes))
# >>> [2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 29, 31, 37, 41,
# 43, 47, 53, 59, 61, 67, 71, 73, 79, 83, 89, 97]
# >>> 25 個上記のどちらの記述でも結果は同じになります。
処理速度も先程のプログラムよりも圧倒的に早いです。
結果が出るまで数時間かかっていた計算が
数秒〜数分でできるくらい早いです。
これは使わないわけにはいかないでしょう。
random_module
random.randint( )
>> random ( ランダム )
= デタラメの。乱数。
「ゾロ目が出たらもう一本！」
と書かれた自動販売機で飲み物を買った事はありますか？
規則性が無くテキトーに選ばれるため
予測する事ができない数字を「乱数」と言います。
pythonでランダムな整数を扱うには
randomモジュールのrandint関数を使います。
import random
print(random.randint(1,10))
# >>> 6 などここで注意してほしいことがあります。
range( 1, 10 )では、「1〜9」の数を扱っていましたが
randint( 1, 10 )では、「1〜10」の数が扱われます。
range( )が「 範囲 」を示しているのに対して
randint( )は
「 ここからここまでのint型オブジェクト 」
を示しています。
range( )はrange型オブジェクト
もっとイメージしやすく書くと、
randint( 1 , 10 ) では
1〜10の数字が書かれたボールが
ボックスだったりビンゴマシーン内に
ゴチャゴチャと入っている
という感じ。
もしrange( )のように
エンドポイントの「10」を含まないなら、
「10」というint型オブジェクトが確実にそこにあるのに
絶対に選ばれないということになってしまいます。
これがオーディションなら
「10」番になっただけで落選確定です。
可哀想過ぎる。
注意点はまだあります。
ランダムな整数を1つ返す randint( ) は
range( )のように
スタートポイントを省略する事ができません。
もしも、
「選択肢1〜10番の中から1つ選んでください」
と言われたら選べますが
「選択肢10から1つ選んでください」
と言われたら「は？」と思いますよね。
しっかりと最初と最後の数を指定してやりましょう。
range( )に関しては、「10の範囲」ですから、
イメージ的には数直線の方が近いかもしれません。
そしてもう一つ注意点が。
randint( ) は int型オブジェクト になるので、
[ iterable_object ] ではありません。
つまりfor文には使えませんし、
list関数を使ってリストにする事もできません。
もし、
「 1〜10の中からランダムに1つ選ぶ 」
という処理を5回繰り返して、
さらに、選ばれたint型オブジェクトをリストにまとめる
という処理がしたければ、
以下のような書き方をする必要があります。
import random # 1
int_list = [] # 2
for i in range(5): # 3
number = random.randint(1,10) # 4
int_list.append(number) # 5
print(int_list)
# >>> [3, 10, 4, 5, 8] など
#------------------------------------#
# 1. randomモジュールを読み込み
# 2. 空のリストを生成
# 3. 以下の処理を5回繰り返す
# 4. 1~10の中から1つ選んで変数(number)に代入
# 5. numberに代入された値を空のリストに追加random.randrange( )
range( )の時にチラッとだけ紹介したのですが、
range( )は開始位置、終了位置、差分を指定する事ができます。
しかし、randint( ) は 第3引数(差分)が設定できません。
そこは気をつけたいですね。
しかしそれでは、
「 偶数、奇数の中からランダムに1つ数字を選ぶ 」
みたいな処理をしたい時に困ってしまいます。
1つ飛ばし、10個飛ばしみたいな
差分を設定したい時は、
randomモジュール の
randrange関数 を使いましょう。
import random # importを忘れずに。
int_list = []
for i in range(100): # 以下の処理を100回繰り返す
number = random.randrange(10,100,10) # 差分も設定
int_list.append(number)
print(int_list)
# >>> [40, 40, 80, 70, 20, 30, 30, 10, 80, 20,
# 80, 40, 60, 80, 70, 40, 10, 30, 30, 20,
# 60, 40, 30, 50, 80, 90, 10, 70, 40, 60,
# 70, 60, 60, 10, 40, 80, 70, 60, 90, 60,
# 10, 60, 30, 20, 60, 20, 90, 30, 30, 20,
# 20, 10, 40, 50, 50, 20, 90, 80, 90, 30,
# 90, 40, 20, 50, 20, 30, 20, 20, 60, 60,
# 50, 40, 60, 30, 70, 80, 40, 50, 10, 60,
# 60, 50, 60, 90, 30, 70, 20, 20, 70, 30,
# 40, 50, 30, 60, 40, 80, 80, 60, 90, 70]range( )と同じ範囲や差分が適用されるので
randrange( 10, 100, 10 ) と書くと
範囲 : 10〜99 , 差分 : +10
になります。
エンドポイントの「100」は含まれないわけですね。
10,20,30,40,50,60,70,80,90
の中から1つ選ぶということになりますから
もし「100」も含めたい場合は、
randrange( 10, 101, 10 )
と書けばよいですね。
random.choice( )
>> choice ( チョイス )
= 選ぶこと。選択。
ランダムに選びたいのは
整数型オブジェクトだけではありませんよね。
リストやタプルなどの [ iterable_object ] の中から
値を1つ選びたい事もあります。
そんな時に使うのが、
randomモジュール の choice関数 です。
import random
menu = ["肉じゃが","餃子","すき焼き","鯖の味噌煮","お好み焼き"]
print(f"今日は、{random.choice(menu)}にしましょう。")
# >>> 今日は、お好み焼きにしましょう。これは非常に分かりやすくて使い勝手も良さそうですね。
ちなみに、str型オブジェクトや
range型オブジェクト も [ iterable ] なので
引数にする事ができます。
import random
print(random.choice("あいうえお")) # >>> え など
print(random.choice(range(10))) # >>> 4 などこんな風に書くこともできます。
random.sample( )
random.choice( )を使っていると、
ランダムに選ぶのはいいけれど、
一度に複数の値を取り出したいと思う事があります。
そんな時に使えるのが sample( ) です。
import random
data = ["a","b","c","d","e","f","g"]
abc = random.sample(data,k=3)
print(abc) # >>> ['g', 'a', 'b']この sample( ) は、上記コードのように
第2引数に「 k = ○ 」というように書くことで
1度に取り出したい値の個数を指定する事ができます。
第1引数の [ iterable_object ] から取り出せる値の
個数を超えた数を指定する事は当然ながらできません。
random.random( )
random.random( ) は、
0.0以上 ,1.0未満 のランダムな
float型オブジェクトを返してきます。
引数を設定することはできません。
import random
print(random.random()) # >>> 0.3123680149089294
print(random.random()) # >>> 0.4801883690729809
print(random.random()) # >>> 0.5774704498417526
print(random.random()) # >>> 0.14955135247513962
print(random.random()) # >>> 0.7359531830715661
print(random.random()) # >>> 0.49511801817114287
print(random.random()) # >>> 0.40449507162237786「いつ使うん？」と思うかもしれませんが、
僕にもよくわかりません。
その時が来たら喜んで使いましょう。
random.uniform( )
>> uniform ( ユニフォーム )
= 同じ形の、揃いの。一定の、一様な、均一の。
〔数〕 一様な、平等な。
任意の範囲の連続一様分布から
浮動小数点数の乱数を生成する関数です。
という説明なのですが、
簡単に言えば、この関数を使うと
さっきのrandom( )とrange( )が
組み合わされたような乱数が得られます。
random( ) が 0以上1未満だったのに対して、
uniform( )は
自分で範囲を好きに決めることができます。
import random
print(random.uniform(1,100)) # >>> 45.38149671505253
print(random.uniform(1,100)) # >>> 6.93682021373735
print(random.uniform(1,100)) # >>> 3.419903836414667
print(random.uniform(1,100)) # >>> 38.562237009388845
print(random.uniform(1,100)) # >>> 23.65635214197221
print(random.uniform(1,100)) # >>> 98.71768565399249Program : randomモジュールを使ってクジを作る
こんなプログラムを作ってみましょう。
● 000〜999の中からランダムに1つの数が選ばれる
● 3つの数字がゾロ目になったら「当たり！」と表示
● 当たりが出た場合、月咬ライト、月咬コイト、月咬ミライの中から1つをランダムに選ぶ
● その後にマグカップ、ぬいぐるみ、クリアファイル、マグネット、
ストラップ、タオルの中からランダムにグッズを3つ選択
● ゾロ目出ない場合「ハズレ...😭 また挑戦してね！」と表示
● ゾロ目が出た場合 「当たり！🥳 月咬○○○の(グッズ名)をプレゼント！」と表示
import random
tukigami = ("月咬ライト","月咬コイト","月咬ミライ")
merchandise = ("マグカップ","ぬいぐるみ","クリアファイル","マグネット","ストラップ","タオル")
for i in range(100):
n_1 = random.randint(0,9)
n_2 = random.randint(0,9)
n_3 = random.randint(0,9)
print(f"結果 👉 {n_1}{n_2}{n_3}")
if n_1 == n_2 == n_3:
print("当たり！🥳")
tuki = random.choice(tukigami)
merch = random.sample(merchandise,k=3)
a,b,c = merch
print(f"{tuki}の\n{a}、{b}、{c}\nをプレゼント！")
#else:
#print("ハズレ...😭 また挑戦してね！")
random.sample( )の使い勝手の良さが光っていますね。
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