チャプター2.22: Python基礎の全て: 復習と実践ガイド

変数とデータ型

変数はデータを格納するための容器です。
Pythonでは変数の宣言が非常に柔軟で、特定のデータ型を明示的に指定する必要はありません。

数値: 整数（int）と浮動小数点数（float）があり、算術計算に使われます。

x = 10  # int
y = 20.5  # float

文字列: シングルクォート（’）またはダブルクォート（”）で囲まれたテキストデータです。

name = "Python"

リスト: 順序付けられたアイテムの集合で、異なるデータ型を含むことができます。

fruits = ["apple", "banana", "cherry"]

タプル: リストと似ていますが、一度作成すると変更できない（不変）です。

coordinates = (10, 20)

辞書: キーと値のペアを格納するデータ構造で、データに名前を付けてアクセスできます。

person = {"name": "John", "age": 30}

• AND演算子 (&): 両方のビットが1の場合に1を返します。それ以外の場合は0を返します。これは、両方の数値に共通するビットのみを抽出するのに役立ちます。
• OR演算子 (|): 少なくとも一方のビットが1の場合に1を返します。これは、ビットのセットを組み合わせるのに使用されます。
• XOR演算子 (^): 両方のビットが異なる場合に1を返します。これは、ビットの差異を見つけるのに役立ちます。
• NOT演算子 (~): 全てのビットを反転します（1は0に、0は1に）。これは、補数を求めるのに使用されます。注意点として、Pythonでは符号ビットも反転するため、結果の数値は負の数になります。
• 左シフト演算子 (<<): 指定されたビット数だけ左にシフトし、新しく空いたビットには0を挿入します。これは、数値を増やす（2の累乗倍）のに使われます。
• 右シフト演算子 (>>): 指定されたビット数だけ右にシフトし、新しく空いたビットには符号ビットのコピー（符号を保持）または0（実装依存）を挿入します。これは、数値を減らす（2の累乗で割る）のに使われます。

アイデンティティ演算子

アイデンティティ演算子は、二つのオブジェクトが同一のオブジェクトであるか（つまり、同じメモリ上の位置を指しているか）をチェックするために使用されます。
これは、特にオブジェクトが同じインスタンスかどうかを確認する場合に役立ちます。

• is: この演算子は、二つのオブジェクトが同じオブジェクトを指している場合にTrueを返します。異なるオブジェクトであれば、Falseを返します。
• is not: この演算子は、二つのオブジェクトが異なるオブジェクトを指している場合にTrueを返します。同じオブジェクトであれば、Falseを返します。

メンバーシップ演算子

メンバーシップ演算子は、ある要素がコレクション（リスト、タプル、辞書など）の中に存在するかどうかをテストするために使用されます。
これにより、コレクション内に特定の値が含まれているか簡単に確認できます。

制御構造

プログラムの流れを制御するために、Pythonでは条件分岐や繰り返しを行う構文が提供されています。

if文: 条件が真（True）の場合に、特定のブロックを実行します。

if x > 10:
    print("x is greater than 10")

forループ: リストやタプルなどのイテラブル（反復可能なオブジェクト）を通じて繰り返し処理を行います。

for fruit in fruits:
    print(fruit)

whileループ: 条件が真（True）の間、ブロック内のコードを繰り返し実行します。

count = 0
while count < 5:
    print(count)
    count += 1

関数の定義と呼び出し

関数は、コードの再利用を可能にし、プログラムをより読みやすく、管理しやすくします。Pythonで関数を定義するには、defキーワードを使用します。

引数と戻り値: 関数は引数を取ることができ、計算後の結果を戻り値として返すことができます。

def add(a, b):
    return a + b
result = add(2, 3)
print(result)  # 5

デフォルト引数: 関数を呼び出す際に引数を省略可能にすることができます。
引数に値が渡されない場合、デフォルト値が使用されます。

def greet(name="World"):
    return f"Hello, {name}!"
print(greet())  # Hello, World!
print(greet("Python"))  # Hello, Python!

キーワード引数: 関数を呼び出す際に、引数の名前を指定して値を渡すことができます。
これにより、引数の順番を自由に変更することが可能になります。

def describe_pet(animal_type, pet_name):
    print(f"I have a {animal_type} named {pet_name}.")
describe_pet(pet_name="Harry", animal_type="hamster")

モジュールの利用

モジュールは、関数、変数、クラスなどを含むPythonファイルであり、Pythonプログラムの再利用性と整理を助けます。

標準ライブラリ: Pythonには豊富な標準ライブラリが付属しており、ファイル操作、データ圧縮、ネットワーク通信など様々な機能を提供します。

import math
print(math.sqrt(16))  # 4.0

代表的な標準ライブラリ10選

サードパーティライブラリ: Pythonコミュニティは、様々な目的のためのサードパーティライブラリを提供しています。
これらはpipを使って簡単にインストールできます。

# requestsライブラリを使用してWebページを取得
import requests
response = requests.get('https://www.example.com')
print(response.text)

代表的なサードパーティライブラリ10選

問題解決のアプローチ

問題解決には、体系的なアプローチが必要です。以下のステップは、一般的な問題解決プロセスを示しています：

コード例

ここでは、Pythonを使用して解決できる簡単な問題から複雑な問題まで、幅広い例を紹介します。

def is_even(number):
    return number % 2 == 0

# 使用例
print(is_even(4))  # True
print(is_even(5))  # False

この関数は、与えられた数値が偶数か奇数かを判定します。
% 演算子を使用して2で割った余りが0かどうかをチェックします。

複雑な問題: フィボナッチ数列のn番目の数を求める

def fibonacci(n):
    if n <= 1:
        return n
    else:
        return fibonacci(n-1) + fibonacci(n-2)

# 使用例
print(fibonacci(10))  # 55

フィボナッチ数列は、各項が前の2項の和となる数列です。
この関数は再帰を使用して、指定された位置のフィボナッチ数を計算します。