【 超 重 要 】小学生でも分かる！Pythonプログラミング - for文 / 多重ループ / iterable_object / range関数 / list関数
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useless
今回は、この九九の表を
作ってみたいと思いまーす。👇
どうすれば作れると思いますか？
考えてみましょう。
今まで得た知識では...
「ひたすら81個のprint文を書く」とかしか
思いつかないでしょうか...。
print(1*1)
print(1*2)
print(1*3)
...(中略)
print(5*1)
print(5*2)
...(中略)
print(9*7)
print(9*8)
print(9*9)何という無駄な労力でしょう。
そういえば、今までの記事でも
とても面倒な記述がありました。
これは面倒だ。ホセ・メンドーサ。
>> list_a * list_b ...?
例えば、リスト×リストをしたら
もっと効率良く九九の表を作れないだろうか？
a = [1,2,3,4,5,6,7,8,9]
b = [1,2,3,4,5,6,7,8,9]
print(a*b) # >>> Errorになっちった。発想はいいですね。
しかし、リストとリストの計算は、
値を1個1個取り出さないとする事ができません。
エラーになってしまいます。
リスト + リスト あるいは
リスト × 整数(回数) ならできるのですが...
a = [1,2,3,4,5]
b = [1,2,3,4,5]
print( a + b )
# … [2,4,6,8,10]
👆こういう結果を期待してたのに...
# >>> [1,2,3,4,5,1,2,3,4,5]
👆実際はこうなってしまいます。
ただの連結だ！！
"リスト同士の連結" は出来ても、
"リスト同士の計算" は出来ないのです。
>> list型のオブジェクトを計算に使いたい
「 効率の悪い行為を繰り返す 」というのは、
人間にとってかなりの苦行です。
面倒な事を機械に任せるために
プログラミングをしてるのに、
手入力で何十、何百回もの
print文を書くなんて愚の骨頂。
スプーンで油田を採掘して
醤油ちゅるちゅるでちゅるちゅるして
石油を採取するようなものです。
「3度目は言わせないでくださいよ」
と頼んだはずだ。
何度も言わせるってことは......無駄なんだ。
無駄だから嫌いなんだ。無駄無駄...。
先ほどアイディアとして出た
「リスト×リスト」なのですが、
非常に惜しいんですよ。
リストは「list型オブジェクト」という
まとまった1つのオブジェクトです。
a = [1,2,3,4,5]
b = [1,2,3,4,5]
👆この変数a,bが預かっているのは
リスト全体のオブジェクトIDであって
リスト内の値のオブジェクトIDではない！
中に何が入っているのかは
取り出してみないと分からない。
だから "[リスト]自体" は計算に使えない。
リストの中の値を計算に使いたいなら
値を1個1個取り出そう！！
ということです。
"取り出せれば" 計算に使える。
しかしながら...
index[n]で取り出す手法を使うと...
a = [1,2,3,4,5]
b = [1,2,3,4,5]
print( a[0] * b[0] )
print( a[0] * b[1] )
print( a[0] * b[2] )
print( a[0] * b[3] )
待て待て待て待て
待て待て待て待て
待て待て待て待て
待て待て待て待て待て待て待て待て！！！！
これじゃ81個のprint文を
書くことになるじゃないか！！
...というところで「 for文 」の出番です。
for ...
>> for i in [ iterable_object ] :
〔 for文 ( フォーぶん ) 〕
「for文」とは、同じ処理を一定回数
繰り返すための命令文です。👇
リストの要素が順番に
改行されて出力されていますよね。
これはどういうことでしょうか？
この図を見てください。👇
"B" のオブジェクトID を「 i 」へ代入して処理を実行
...
"E" のオブジェクトID を「 i 」へ代入して処理を実行
見てわかる通り、
変数「 i 」に何度も
オブジェクトIDを代入していますね。
1つの変数に代入できるのは
1つのオブジェクトIDだけなのに。
と思うかもしれませんが、こう考えて下さい。
私たち人類は、
家族が5人だった時に
お風呂を5つも作るだろうか？
ってね。
1つのお風呂に
順番に入ればいいじゃないですか。
前の人が使い終わったら
次の人が使えばじゃないですか。
animal = [ "こぶた", "たぬき", "きつね", "ねこ" ]
for i in animal :
print( i )
#処理...
#処理...
#処理...
#処理...animal から値が1つ取り出される
取り出された値のオブジェクトIDが変数 i に代入される
for i in animal : 以降の処理が行われる
一連の処理が終わったら 1. に戻る
animal に格納されている値が尽きたら終了
このように
1つの変数に対して
1つのオブジェクトIDを預ける
という決まりを守りつつ、
1つの変数を使い回すことによって
効率良く処理を行なっていますね。
私は → ( 最初の値のIDは )
お風呂に → ( 変数に )
入って → ( 代入して )
身体洗ったから → ( 処理し終わったから )
次の人 → ( 次の値のIDを )
お風呂に → ( 変数に )
入って → ( 代入して )
身体洗って → ( 処理を始めて )
っていうのと似ています。
ちなみに、
変数に1つ値が代入されれば
処理が1回始まるので、
変数に代入した値は
別に使わなくても大丈夫です。
>> multiple_loops = 多重ループ
〔 multiple_loops ( マルティプル_ループス ) 〕
例えば、規模を少し小さくして...
a = [1,2,3,4,5]
b = [5,6,7,8,9]
この2つのリストを使って掛け算表を作る事を考えましょう。
"リストから値を取り出さないと掛け算できない"
というPythonルールを考慮するなら...
aから「 1 」を取り出して...
bから「 5 」を取り出して掛ける
bから「 6 」を取り出して掛ける
bから「 7 」を取り出して掛ける
bから「 8 」を取り出して掛ける
bから「 9 」を取り出して掛ける
aから「 2 」を取り出して...
bから「 5 」を取り出して掛ける
bから「 6 」を取り出して掛ける
bから「 7 」を取り出して掛ける
bから「 8 」を取り出して掛ける
bから「 9 」を取り出して掛ける
aから「 3 」を取り出して...
bから「 5 」を取り出して掛ける
bから「 6 」を取り出して掛ける
... (中略)
bから「 9 」を取り出して掛ける
これをa,bそれぞれの要素が尽きるまで
繰り返せばいいわけですよね。
つまり、
「aから値を取り出すfor文」と
「bから値を取り出すfor文」の
2種類のfor文が必要ということであります。
👆このように、
for文の処理内容の中に
別のfor文を書くことを
「 多重ループ(multiple_loops) 」と言います。
この多重ループを使う事によって、
九九の表が作れそうですね。
a = [1,2,3,4,5,6,7,8,9]
b = [1,2,3,4,5,6,7,8,9]
リストの内容を変更すれば、
9×9=81までの一覧が出てきます。
やってみましょう。
iterable
>> iterable_object = 反復可能なオブジェクト
〔 iterable_object ( イテラブル_オブジェクト ) 〕
for文を使うときは、
"何か"から値を1つ1つ取り出して
そのオブジェクトIDを変数に代入する必要があります。
その「 値が取り出される"何か" 」のことを
「 反復可能なオブジェクト 」と言います。
「 iterable_object ( イテラブルなオブジェクト ) 」
と書かれる事も多いですね。
そのため今後 [ iterable ] などと表記する事があります。
(※僕独自の表記です。真似する必要はありません)
反復可能なオブジェクト[ iterable_object ]
とは何でしょう？
「値を1つ1つ取り出す事ができるオブジェクト」のことを
「反復可能」と言っているのですが、
少しモヤッとするというか、
具体的にどんなオブジェクトなのか分かりにくい。
僕なりの判断基準ではありますが、
もう少し具体的に書くと...
'''
複数の値が区切られているオブジェクト
値を区切って分けることができるオブジェクト
index[n]で要素を呼び出す事ができるオブジェクト
(辞書の場合はindex[key])
''''
こうですね。
複数の値が既に区切られている、
あるいは値を区切っても問題ないのなら
それらを個別に取り出す事だってできますよね。
っていう理屈です。
取り出す要素が何であっても、
[反復可能なオブジェクト]から
「1つ」要素を取り出す事ができたのなら、
for文以降の処理がちゃんと「1回」行われます。
宇宙空間でタンクが真空の水鉄砲を撃っているみたいだ。
>> [ iterable_object ] 一覧
for i in array :
👆これを詳しく書くと
for ( 値を受け取る変数 ) in [ iterable_object ] :
となります。
以下はその [ iterable_object ] 部分に
実際使う事ができるオブジェクトの型たちです。
● シーケンス型(sequence)
range型オブジェクト (※説明あり)
" str型 " オブジェクト
[ list型 ] オブジェクト
( tuple,型 ) オブジェクト
○ 非シーケンス型(non-sequence)
{ dict:型 } オブジェクト
{ set型 } オブジェクト
※ 「シーケンス型」とは、順序を持つ型の事です。
dict型、set型と共に別記事で詳しく説明します。
「非シーケンス型(順序がない)」であっても
イテラブルなオブジェクトが存在するので
混同しないように注意してください。
>> not_iterable = イテラブルではない
(真の愛は分つ事ができない。)
int / float / bool 型のオブジェクトは、
反復可能オブジェクトではありません。
これには少し気をつけたいですね。
何故なのかは、
考えればすぐ分かると思います。
「12345」を「1,2,3,4,5」のように
区切る事ができないからです。
もし整数や浮動小数点数を区切れるのなら、
「 1+2+3+4+5 = 12345 」
「 1+2+3+.+4+5 = 123.45 」
👆これが成り立つ
という事になってしまいます。
あり得ません。
数学者に12345回殴られます。
一方 "str"型オブジェクトは、反復可能になっています。
「"12345"」と
「"1"+"2"+"3"+"4"+"5"」が同じだからですね。
「"12345"」「str(12345)」のような
文字列(str型)オブジェクトであれば、
値を区切って1つ1つ取り出す事ができる。
だから"str"型オブジェクトは
[ iterable_object ] なのです。
1つ1つ値を取り出す事ができている。
ちなみに、
str型オブジェクトの特定の文字の取り出しは、
リストやタプルなどと一緒。
index[n]で呼び出す事ができます。
文字列と配列だもんね。
1個1個を繋げるからこそ列になるのだわ。
love = "アイシテル"
print( love[0] ) # >>> ア
print( love[1] ) # >>> イ
print( love[2] ) # >>> シ
print( love[3] ) # >>> テ
print( love[4] ) # >>> ルindex[n]で格納されている要素を
呼び出せるならば、
そのオブジェクトは [iterable_object] である
という判断基準は間違ってはいなさそうです。
※ しかし、これはあくまで「 十分条件 」です。
index[n]が使えないけれど、
[iterable_object]であるオブジェクトは存在します。
例えば、非シーケンス型であるdict型、set型は
順序が存在しないため、list_name[3] のような
index[n] は通用しません。
range
>> range = 範囲
〔 range ( レンジ ) 〕
「九九」の一覧表を作るには
「1〜9」の数字が必要ですよね。
a = [1,2,3,4,5,6,7,8,9]
b = [1,2,3,4,5,6,7,8,9]
このようにリストやタプルを作って
for文の多重ループを使ってやれば、
作りたかった九九の一覧を
作ること自体はできましたよね。
しかし...もしも、
「『100×100=10000』までの一覧表を作ってよ」
と言われたらどうしますか？
a = (1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,.....,97,98,99,100)
b = (1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,.....,97,98,99,100)
このように1〜100までの
リストやタプルを手入力で作りますか？
普通作りません。
馬鹿馬鹿しいですよね。
そこで使うのが、「 range関数 」です。
>> range( start , stop, step )
range関数とは、
特定の範囲の連続した整数の列や
特定の範囲で一定の差分がある整数の列を
得る時に使われる関数です。
カンタンに書くと、
a = [0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,....,97,98,99,100]
b = [1900,1910,1920,...,2000,2010,2020]
c = [-10,-5,0,5,10,15,20,25,30,35]
d = [1,2,4,8,16,32,64,128,256,512,1024]
e = [0.99, 0.87, 0.75,...,0.39, 0.27, 0.15, 0.03]
👆こんな数列を、手入力しなくても
生み出してくれる大変便利な関数です。
「 range( 開始位置, 終了位置, 差分 ) 」
この順番で値を入れて使います。
これからは
開始位置 → start ( スタートポイント )
終了位置 → stop ( ストップポイント )
人により → end ( エンドポイント )差分 → step (※今回は説明しません)
このように表記したいと思います。
range関数の( )内に書けるのは
整数( int型 ) のオブジェクトだけです。
例えば、浮動小数点数( float型 ) などは
使う事ができません。
もし使いたい場合は、
int関数を使って変換してあげれば大丈夫です。
実は「 bool型オブジェクト 」も
int型として判断できるんですよ.....。
だから比較演算子を用いた式も
range関数に入れる事ができるんですよね...。
「a==2」「a==3」と書かれてますが、
これは「代入」ではなく「比較」です。
つまり、「a==2」の比較結果(真偽値)である
「True」か「False」が書かれたのと一緒の意味になります。
じゃあそれって
どういう意味なのと思いますよね。
int( True ) / int( False ) と書くとわかるんですが
True == 1
False == 0
このようになっている事がわかります。
「 True は 1 と等価 」
「 False は 0 と等価 」です。
「1」や「0」と同じものとして扱えるので
range( int( a==2 ) ) のように書かずに
range( a ==2 ) と書けます。
実際の現場で積極的に使われてるかは分かりませんが
覚えておきましょう。
「 range( 12 ) 」のように
「 start 」は省略することもできます。
その場合は、startが自動的に「 0 」になります。
range( 12 ) → range( 0, 12 )
「 stop 」だけは省略できないので
必ず設定しましょう！
では試しに「 print( range( 12 ) ) 」を
実行してみましょう...👇
整数列が表示されるのかと思いきや
「 range(0, 12) 」と表示されました。
そうなんですよね。
range型オブジェクトは
リストやタプルではないので、
こういう結果が返ってくるのは仕方ありません。
range関数で知る事ができるのは、
あくまで「範囲」です。
しかし、そのままでは
どんなものか説明しにくいので、
オブジェクトの型を変換したいと思います。
>> list( ) = list関数 /
>> tuple( ) = tuple関数
list関数 / tuple関数とは、
( )の中身をリストやタプルに変換する関数です。
list( ) / tuple( ) の( )内に入れるのは、
[ iterable_object ] でなければなりません。
int( ) / float( ) / str( ) / bool( )
などの関数と一緒に説明しなかったのはそういう理由です。
[イテラブルなオブジェクト]が何なのか
知らずには扱えませんから。
list関数 / tuple関数 は使えない！
👆これは結構間違えがち。注意です。
>> start / stop
では、list関数を使って
range型オブジェクトをリストに変換します。
「 range( 0,10 ) 」でやってみましょう。
list( range( 0, 10 ) )
>>> [ 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ]
という結果が返ってきました。
エンドポイントの「10」どこに行った？
って思いません？...君のような勘のいいガキは嫌いだよ
何でこんな仕様？？？
おかしくないか？？？
Python制作者頭悪くないか？？？？
Python制作者は頭悪いィッ！！！！
Pythonの仕様に不満ができました。
頭の悪いヤツはPython開発者なんかやめてまえ！！！
それをきっかけに、
僕たちは開発者をブッ倒し、
Pythonの仕様に好きに変えられる権限を掌握した....
...としましょう。
とある整数列を用意してみました。👇
array = [ 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 ]
この整数列を range( ) で表す時に、
start, stopをどう書く仕様にしますか？
以下の4候補から選んで下さい。
※「 i 」はリストの各要素です。
range( 1, 13 ) … 1 < i < 13 ( start超過 / stop未満 )
range( 1, 12 ) … 1 < i ≦ 12 ( start超過 / stop以下 )
range( 2, 13 ) … 2 ≦ i < 13 ( start以上 / stop未満 )
range( 2, 12 ) … 2 ≦ i ≦ 12 ( start以上 / stop以下 )
頭の悪い人間が作った
Pythonでは「3」の仕様ですが、
頭の良い僕は「4」の仕様が一番良いと思います。
[ 13, 14, 15, 16, 17 ] <<< range( 13, 17 )
[ 1234, 1235, 1236 ] <<< range( 1234, 1236 )
ほら、start と stop が
そのまま最初と最後の数字になってて
分かりやすいですもんね。
じゃあ、「4」の仕様にしましょう！
こんな分かりやすい仕様にしない
Python開発者は頭悪いですよね。
Python開発者に言ってやりましょうよ
「なんでお前が正しいんだ？？？」
「お前が正しいコンキョを言えェ！！！！！」
ってね。
あれ、ところで...
arrayって要素の数いくつでした？？
array = [ 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 ]
えーと...
「12 - 2 = 10」だから「10個」....
じゃない！！！？「11個」やんけ！！！
ハァ？！！！？！ ウッッザ！！！！！
.......そうなんですよね。
range( 5 ) と書くと、
スタートポイントが自動的に「 0 」になり、
range( 0, 5 ) の扱いになりますよね？
そしたら、我々の選んだ仕様の場合、
[ 0, 1, 2, 3, 4, 5 ]
👆こんな整数列が出来上がりますよね？
要素数を数えてみてください。
「 6個 」なんです。
本当だからだ！！！！！！
...じゃない
本当だ！！！！！！！
つまり、「 range( n ) 」と書いた時に
「 n個 」の要素が出てくると思いきや
「 n+1個 」の要素が出てきてしまうのです。
これは面倒ですよ。
処理を 10回繰り返す 命令をする時に
for i in range( 10 ):
# 処理内容
👆普通はこう書きます。
ですが我々が仕様を勝手に決めたせいで、
for i in range( 10 - 1 ):
# 処理内容
👆こう書かないと
いけなくなってしまいました。
失 脚 不 可 避 ★
まあ...どの仕様でも、
我々が今まで自然数「1」を使って
「1つ(のオブジェクト)」「1回(の処理)」
と数えてきたものを
CPUと同じようにバイナリ「0」を使って
「1つ(のオブジェクト)」「1回(の処理)」を数えない限り、
この問題は解消されませんけどね。
正しい姿はこうです。
start以上 / stop未満
この仕様になったのは
色々な理由が考えられます。
例えば、Pythonでは
list( range( 0, 0 ) ) >>> [ ]
👆この記述で [空リスト] が作れます。
[空リスト] とは「要素が0個」の状態ですよね。
start以上 / stop以下 という「4」の仕様で
[空リスト] を作るためには、
list( range( 0, -1 ) ) >>> [ ]
👆 このように「-1」を書く必要が出てくる。
なんか分かりにくいしカッコ悪い。
というのがネット界隈(?)で
よく言われる理由の一つです。
Python開発者は頭悪くなかった。
俺が悪かったよ...
>> 僕の解釈
※ 読み飛ばして結構です。
range関数は「 start以上 / stop未満 」
ということに関して。
間違えやすいのでイメージで補足をしたいと思います。
例えば、「range(0,10)」だと
「end_point」は「10」になりますよね。
「end」とは「終わり」なわけですが、
「死」みたいな意味もあります。
「1〜9」が道路で「10」から先は崖(奈落)と捉えれば
使える道路は「1〜9」ということになりますよね。
「stop」の場合でも、
「10から先に規制線が張られている」
「10より先に行ってはいけない」と解釈すれば
行けるのは「1〜9の範囲」ということになります。
「end」から先は「終わりの始まり」。
「stop」から先は「立入禁止区域」。
「『end_point』に入ったら死んだも同然」
「『stop_point』に入ろうとしたら手前で止められる」
と思っていれば間違えにくいのではないでしょうか。
Program : range型オブジェクトを使用したfor文の多重ループで九九の表を作る
先ほど、range型オブジェクトを
list関数 / tuple関数に変換しましたよね。
list関数 / tuple関数に変換できるのは
[ iterable_object ]だけってことは、
list関数で変換できたrange型オブジェクトは
[ iterable_object ]である
ということになりますね。
つまり、
for i in range( n ):
という記述をする事ができる
ということです。
演繹法だ 演繹法。
では最後に「 for i in range(n): 」を使って
九九一覧を作ってみましょう。
「無駄だ」と思うレベルの長い説明になりましたが、
愚直に「for i in range( ):」や
「list( ) / tuple( )」だけ覚えるのではなく、
どんな型が使えるのか
[ iterable_object ] とはなんぞや
という事をしっかり抑えた上で使った方が
圧倒的に応用が利きますし、
エラーが起きてもすぐ原因が分かって対処できます。
後になって学び直すくらいなら
最初からしっかり理解している方がいいですよね。
ってことです。
次回もfor文に関する記事になります。
次の記事へ。