Pythonの配列・分岐・ループ【標準ライブラリ】

こんにちは。Taka です。

前回、Python の標準ライブラリの組み込み型（数値と文字列) について説明をしました。
組み込み型としてすべて１記事に収めたかったのですが、ものすごく長文になってしまったので、分けて説明します。本記事では続きの 配列・分岐・ループ について説明します！

それではどうぞ！

what you learn

配列（タプル・リスト・辞書・セット）について
分岐
- - 比較演算子
  - ブール演算
ループ (for, while)
- for文
- while ループ
次のトピックについて

配列（タプル・リスト・辞書・セット）について

Python ではリスト・タプル・辞書・セットという配列（コレクション）が存在しており、それぞれ意味や用途が微妙に異なります。

リスト
複数の型のデータをまとめて１つの変数内で管理できます。
リストの要素は、角括弧 ([ ]) で囲み、読点 (,) で区切ります。
また要素の変更は可能です。
タプル
リスト同様に要素をまとめて管理できますが、一度定義すると要素の変更ができません。
そのため、プログラム実行中に要素を変更してほしくない場合に使います。
タプルの要素は、括弧 (( )) で囲み、読点 (,) で区切ります。
辞書
リストやタプルは要素に順番があります。(0,1,2,3..)
辞書は要素に順番がない代わりに、キー (key) を持ちます。
辞書の要素は 波括弧 ({})で囲み、コロン(<キー>:<値>) でキーと値を定義します。
セット
キーも持たず、順番も持たないコレクションです。
他のコレクションと異なる点は、セット内で同じ値の要素を 2つ以上持つことができない点です。
つまり、要素に 1 が定義されたら、もう一度 1 を含むことができない、ということです。
セットの要素は波括弧 ({ }) で囲み、カンマ (,) で区切ります。

上記 1 ~ 4 をまとめると以下なサンプルコードになります。

### リスト ###
# リストの要素を定義
list_elements = [1, 2, 3, "test", 5.12]
print(list_elements) # [1, 2, 3, 'test', 5.12]

# リストは要素を追加できる
list_elements.append("last") #末尾に追加
print(list_elements) # [1, 2, 3, 'test', 5.12, 'last']

### タプル ###
# タプルの要素を定義
tuple_elements = (1, 4, "tuple", 9.99)
print(tuple_elements) #
# 追加はできないのでエラーになる
tuple_elements.append("last") # AttributeError: 'tuple' object has no attribute 'append'

### 辞書 ###
# 辞書の要素を定義
dictionary_elements = {"a":"alpha", "b":"beta", "c":"theta"}
print(dictionary_elements) # {'a': 'alpha', 'b': 'beta', 'c': 'theta'}

# 辞書の b の要素だけを抜き出し
print(dictionary_elements["b"]) # beta

# 辞書に要素を追加
dictionary_elements.update (d="delta") 
print(dictionary_elements) # {'a': 'alpha', 'b': 'beta', 'c': 'theta', 'd': 'delta'}

### セット ###
# セットの要素を定義
set_elements = {1, 2, 4, 1, "set",3 ,"set"}
print(set_elements) # {1, 2, 3, 4, 'set'}
# セットに要素を追加
set_elements.add("big")
print(set_elements) # {1, 2, 3, 4, 'set', 'big'}

分岐

if や else で単数や複数の条件を定義して処理を分岐します。条件として用いられるのが、比較演算子やブール演算になります。

分岐については以下のように書きます。
※ 条件式の最後のコロン(:)と、処理を定義する行の改行は忘れないようにしてください。

condition1 = 10 
condition2 = True 
condition3 = "japan" 

if condition1 > 10: #条件式1
    print("条件１") # 条件式1 が True ならこの処理をする
elif condition2 is condition1: # 条件式2
    print("条件２") # 条件1 が False で 条件2 が True ならこの処理をする
elif condition3 == "japan": # 条件式3
    print("条件３") #条件1,2 が False で 条件3 が True ならこの処理をする
else:
    print("その他") # すべての条件が False ならこの処理をする

## 出力結果 ##
## 条件３

条件式で使われるのが、比較演算子やブール演算になります。

比較演算子

比較演算子は、A は B より大きい、A と B は同じである、など A と B を比較する際に使われる演算子で
プログラミング言語により微妙に使い方が変わります。Python での比較演算子は以下のように使います。

演算子	意味
>	より大きい
>=	～以上
<	より小さい
<=	～以下
==	～と等しい
!=	～と等しくない
is	同じオブジェクトである
is not	同じオブジェクトでない

==, != と is, is not の違いについては少しわかりづらいですが、以下の公式サイトの文言を引用します。

異なる型のオブジェクトは、異なる数値型を除き、決して等価になりません。さらに、型には、 (例えば関数オブジェクトのように) その型のどの 2 つのオブジェクトも等しくないという、退化した比較の概念しかサポートしていないものもあります。複素数とその他の組み込み数値型を比較するときや、オブジェクト同士が異なる型で比較できないときや、その他順序づけが定義されていないとき、演算子 < 、 <= 、 > 、 >= は TypeError 例外を送出します。

引用元： Python 3.7.1 比較

ブール演算

ブール演算は、and や or, not を使い、結果として True か False を返します。

条件1 and 条件2：条件1 と 2 の両方が True なら True を返す。それ以外は False。
条件1 or 条件2：条件1 と 2 の両方が False なら False を返す。それ以外は True。
not 条件1：条件1 が True なら False に、False なら True を返す。

サンプルコードはこんな感じです。

bool_condition1 = True
bool_condition2 = True
bool_condition3 = False
bool_condition4 = False

# and 演算子
bool_check1 = bool_condition1 and bool_condition2
bool_check2 = bool_condition1 and bool_condition3
bool_check3 = bool_condition3 and bool_condition2
bool_check4 = bool_condition3 and bool_condition4

print("and演算子の結果は ",  bool_check1)
print("and演算子の結果は ",  bool_check2)
print("and演算子の結果は ",  bool_check3)
print("and演算子の結果は ",  bool_check4)

## 結果 ##
# and演算子の結果は  True
# and演算子の結果は  False
# and演算子の結果は  False
# and演算子の結果は  False

# or 演算子
bool_check1 = bool_condition1 or bool_condition2
bool_check2 = bool_condition1 or bool_condition3
bool_check3 = bool_condition3 or bool_condition2
bool_check4 = bool_condition3 or bool_condition4

print("or演算子の結果は ",  bool_check1)
print("or演算子の結果は ",  bool_check2)
print("or演算子の結果は ",  bool_check3)
print("or演算子の結果は ",  bool_check4)

## 結果 ##
# or演算子の結果は  True
# or演算子の結果は  True
# or演算子の結果は  True
# or演算子の結果は  False

# not 演算子
bool_check1 = bool_condition1
bool_check2 = not bool_condition1
bool_check3 = bool_condition3
bool_check4 = not bool_condition3

print("not演算子の結果は ",  bool_check1)
print("not演算子の結果は ",  bool_check2)
print("not演算子の結果は ",  bool_check3)
print("not演算子の結果は ",  bool_check4)

## 結果 ##
# not演算子の結果は  True
# not演算子の結果は  False
# not演算子の結果は  False
# not演算子の結果は  True

ループ (for, while)

定義した式が True である限り反復処理を行うために、ループ（繰り返し）を使います。
ループには、for文と while文があり、それぞれ用途が少し異なります。

for文

for文によるループ処理は、リストやタプル、文字列などの反復可能なオブジェクト（イテラブルオブジェクト）に対して使用されます。リストの要素が続く限り処理が繰り返されることが基本であり、もし処理を途中で止めるためには、break文を使用します。

for文の基本構造です。※ else は必須ではないです。

また、break を使う場合はこのように if を使って break の条件を定義します。
もし break で処理が止まると、後述の else は処理されないことに注意してください。

# for と else
for '変数名' in '反復可能なオブジェクト' :
   '反復したい処理'
else:
   '最後に行いたい処理。else は必須ではない'

# for と break (else は処理されないパターン)
for '変数名' in '反復可能なオブジェクト' :
  '反復したい処理'
   if 'ループを止める条件':
     break: # 条件が True ならループが停止
else:
  '最後に行いたい処理。上記 break が処理されると else はスキップされる'

サンプルコードは以下のようになります。

# リストの作成
lists = [1,2,3,4,5]

# リストの値が 4 になるまで処理をする for文
for listvalue in lists:
    print(listvalue)
    if(listvalue == 4):
        break   # ここでストップ
else:
  print("ここは処理されません")

### 結果 ###
# 1
# 2
# 3
# 4

# 文字列を作成
string_value = "ABCDEF"

# 文字列を使ったループ
for alphabet in string_value:
    print(alphabet) # 文字列の1要素を出力
else:
    print("End of alphabet") # ループの最後の一文
### 結果 ###
# A
# B
# C
# D
# E
# F
# End of alphabet

while ループ

式の値が True である限り、処理を繰り返すのが while文になります。そのため、式の値が False になるように処理をしないと、無限ループになってしまうので注意が必要です。
また、for文とは違い、リストやタプルなどの反復可能なオブジェクトを必要としません。

while文の基本構造はこの通りです。


while '条件文の真偽':
  '反復したい処理'
  '条件文が False になるための処理'
else:
  '最後に行いたい処理。else は必須ではない'

サンプルコードは以下の通りです。

condition = 5

# condition が 0 になるまでループする
while condition > 0: 
    print(condition, "is not 0")
    condition -= 1 # 1 ずつ減らしている
else:
    print("end while")

### 結果 ###
# 5 is not 0
# 4 is not 0
# 3 is not 0
# 2 is not 0
# 1 is not 0
# end while