Python チュートリアル：初心者から上級者まで Python プログラミングを学ぶ

By khoanc, at: 2022年12月21日22:46

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Python Tutorial: Learn Python Programming from Beginner to Advanced
Python Tutorial: Learn Python Programming from Beginner to Advanced

Pythonは、近年非常に人気が高まっている、強力で汎用性の高いプログラミング言語です。シンプルさ、可読性、使いやすさで知られており、初心者からベテランの開発者まで、理想的な選択肢となっています。このチュートリアルでは、Pythonの包括的な入門を提供することを目指しており、データ型、制御構造、関数、モジュールとパッケージ、オブジェクト指向プログラミング、例外とエラー処理、デバッグとテストなどのトピックを網羅しています。初心者でも経験豊富なプログラマーでも、このチュートリアルはPythonプログラミングの堅実な基礎を提供し、幅広いプロジェクトに取り組むためのスキルを習得するのに役立ちます。さあ、始めましょう！

 

このチュートリアルには多くの演習があり、すでにソリューションをこちらに用意しています。

 

1. Python入門：何？なぜ？どのように？

 

Pythonは、Web開発から機械学習まで、幅広いアプリケーションで開発者によって使用されている人気のプログラミング言語です。この記事では、Pythonとは何か、なぜ使用する必要があるのか、そしてPython環境をどのように設定するのかを探ります。始めましょう！

 

1.1 Pythonとは？

 

Pythonは、1991年にGuido van Rossumによって最初にリリースされた、インタプリタ型の高水準プログラミング言語です。Pythonはシンプルで読みやすい構文で知られており、初心者にとってプログラミングを学ぶのに理想的な言語となっています。Pythonの人気が長年にわたって飛躍的に向上したのは、広範なモジュールライブラリと、データ分析、Web開発、機械学習など、幅広いアプリケーションに使用できる能力によるものです。

 

1.2 なぜPythonを使うのか？

 

Pythonは世界で最も人気のあるプログラミング言語の1つになり、使用する理由がいくつかあります。Pythonを使用する際のいくつかの重要な利点を以下に示します。

 

  • 学習しやすい：Pythonのシンプルで直感的な構文により、初心者でもプログラミングを簡単に学ぶことができます。
     
  • 幅広い用途：Pythonは、Web開発、データ分析、機械学習など、さまざまなタスクに使用できます。
     
  • 大規模なコミュニティ：Pythonには、大規模で活発な開発者コミュニティがあり、学習や問題解決のための多くのリソースがあります。
     
  • オープンソース：Pythonはオープンソースの言語であるため、無料で使用でき、特定のニーズに合わせて変更できます。
     

 

1.3 Python環境の設定

 

Pythonでコーディングを開始するには、Python環境を設定する必要があります。開始するための基本手順を以下に示します。

 

  • Pythonのダウンロードとインストール：Pythonの最新バージョンは、公式のPythonウェブサイトからダウンロードできます。インストーラーをダウンロードしたら、実行してプロンプトに従ってマシンにPythonをインストールします。
     
  • エディターの選択：Pythonコードは任意のテキストエディターで記述できますが、PyCharm、VS Code、Sublime Textなど、Python開発用に特別に設計されたエディターを使用すると便利です。
     
  • インストールのテスト：Pythonをインストールしてエディターを選択したら、簡単な「Hello, World！」プログラムを実行してインストールをテストすることをお勧めします。
     

 

1.4 最初のPythonプログラム - 「Hello, World！」の例

 

「Hello, World！」は、画面に「Hello, World！」というメッセージを出力する単純なプログラムです。Pythonでプログラムを作成して実行する方法を以下に示します。

 

テキストエディターを開いて新しいファイルを作成します。次のコードをファイルに入力します。

 

print("Hello, World!")

 

ファイルを「hello.py」として保存します。

 

ターミナルまたはコマンドプロンプトを開き、ファイルを保存したディレクトリに移動します。

 

と入力してEnterキーを押します。

 

python hello.py

 

画面に「Hello, World！」というメッセージが表示されます。

 

2. 変数とデータ型

 

2.1 変数

 

Pythonでは、変数は値またはデータを格納する名前付きの記憶場所です。変数は、代入演算子「=」を使用して値を代入するときに作成されます。

 

変数を作成する方法の例を以下に示します。

 

x = 5

 

この例では、「x」という名前の変数を作成し、値5を代入しました。「x」という変数は、プログラムで値5を参照するために使用できます。

 

2.2 データ型

 

Pythonには、さまざまな種類のデータを表現するために使用できるいくつかのデータ型があります。Pythonで最も一般的なデータ型は次のとおりです。

 

  • テキスト型： str
     
  • 数値型：int, float
     
  • シーケンスタイプ：list, tuple
     
  • マッピング型： dict
     
  • セット型：set
     
  • ブール型：bool
     
  • None型： NoneType
     

さまざまなデータ型の変数を作成する方法の例を以下に示します。

 

a_str = "this is a string"
int_number = 10  # これはintです
float_number = 2.6  # これはfloatです
a_list = [1, 2, 3]  # これはリストです
a_tuple = ((1, 2), (3, 4))  # これはタプルです
a_dict = {"name": "Joe", "age": 10, "male": True, "having_car": None}  # これは辞書です
a_set = {1, 2, 3, 4}  # これはセットです。セットには一意のオブジェクト/値が含まれています
a_bool = True  # これはブール値です
a_none = None

 

2.3 型変換

 

Pythonでは、型変換関数を使用して、値をあるデータ型から別のデータ型に変換できます。一般的な型変換関数をいくつか以下に示します。

 

  • int() - 値を整数に変換します。
     
  • float() - 値を浮動小数点数に変換します。
     
  • str() - 値を文字列に変換します。
     
  • bool() - 値をブール値に変換します。
     
  • dict() - 値を辞書に変換します。
     
  • list() - 値をリストに変換します。
     
  • set() - 値をセットに変換します。
     

型変換関数を使用する方法の例を以下に示します。

 

x = 5
y = 3.14
z = "10"

# xをfloatに変換します
x_float = float(x)

# yを整数に変換します
y_int = int(y)

# zを整数に変換します
z_int = int(z)

2.4 変数の出力

 

Pythonでは、print()関数を使用して変数の値を出力できます。文字列連結または文字列フォーマットを使用して、テキストやその他の値を出力に含めることもできます。

 

文字列連結を使用して変数を出力する方法の例を以下に示します。

 

x = 5
y = 3.14
z = "Python"

# 文字列連結を使用して変数を出力します
print("x is " + str(x) + ", y is " + str(y) + ", and z is " + z)

# 文字列フォーマットを使用して変数を出力します
print("x is {}, y is {}, and z is {}".format(x, y, z))

# f-文字列を使用して変数を出力します
print(f"x is {x}, y is {y}, and z is {z}")

 

2.5 練習問題

 

  1. 長方形の面積を計算するプログラムを作成します。プログラムはユーザーに長方形の幅と高さを求め、面積を出力する必要があります。
     
  2. キロメートルをマイルに変換するプログラムを作成します。プログラムはユーザーにキロメートル単位の距離を求め、マイル単位の等価距離を出力する必要があります。
     
  3. 文字列を入力として受け取り、その文字列が数字のみで構成されているかどうかを出力するプログラムを作成します。
     
  4. 整数リストを入力として受け取り、そのリスト内の奇数の合計を出力するプログラムを作成します。
     
  5. 文字列を入力として受け取り、その文字列内の単語数を印刷するプログラムを作成します。
     
  6. 文字列のリストを入力として受け取り、リスト内の最短の文字列を印刷するプログラムを作成します。
     
  7. 好きな食べ物のタプルを作成し、タプルの長さを出力します。
     
  8. 数値のリストから一意の数値のセットを作成し、セットを出力します。
     
  9. 国とその首都都市をマッピングする辞書を作成し、キーでソートした辞書のキーと値を出力します。
     
  10. 文字列のリストをアルファベット順にソートし、ソートされたリストを出力します。
     
  11. 数値のリストを作成し、数値の平均を計算します。
     
  12. 浮動小数点数を整数に変換し、整数を印刷します。
     
  13. 数値のタプルを作成し、特定の数値がタプル内にあるかどうかを確認します。
     
  14. 単語とその定義の辞書を作成し、特定の単語の定義を出力します。
     
  15. 数値のリストを降順にソートし、ソートされたリストを出力します。
     
  16. 数値のセットを作成し、セットから偶数を削除します。
     

解決策はこちらにあります。

 

3. 演算子と式

 

Pythonでは、演算子は変数または値に対して特定の操作を実行する記号またはキーワードです。式は、結果を生成する変数、値、演算子の組み合わせです。演算子と式を理解することは、効果的で効率的なPythonコードを作成するために不可欠です。

 

3.1 算術演算子

 

算術演算子は、加算、減算、乗算、除算、剰余、累乗などの数学演算を実行するために使用されます。

 

例：

 

# 加算
x = 10
y = 5
result = x + y
print(result) # 出力：15

# 減算
x = 10
y = 5
result = x - y
print(result) # 出力：5

# 乗算
x = 10
y = 5
result = x * y
print(result) # 出力：50

# 除算
x = 10
y = 5
result = x / y
print(result) # 出力：2.0

# 剰余
x = 10
y = 3
result = x % y
print(result) # 出力：1

# 累乗
x = 2
y = 3
result = x ** y
print(result) # 出力：8

 

3.2 比較演算子

 

比較演算子は、2つの値を比較し、比較の結果に基づいてブール値（TrueまたはFalse）を返します。

 

例：

 

# 等しい
x = 10
y = 5
result = x == y
print(result) # 出力：False

# 等しくない
x = 10
y = 5
result = x != y
print(result) # 出力：True

# より大きい
x = 10
y = 5
result = x > y
print(result) # 出力：True

# より小さい
x = 10
y = 5
result = x < y
print(result) # 出力：False

# 以上
x = 10
y = 5
result = x >= y
print(result) # 出力：True

# 以下
x = 10
y = 5
result = x <= y
print(result) # 出力：False

 

3.3 論理演算子

 

論理演算子は、2つ以上の条件を組み合わせ、組み合わせの結果に基づいてブール値を返します。

 

例：

 

# AND演算子
x = 10
y = 5
z = 8
result = (x > y) and (y < z)
print(result) # 出力：True

# OR演算子
x = 10
y = 5
z = 3
result = (x < y) or (y > z)
print(result) # 出力：True

# NOT演算子
x = 10
y = 5
result = not(x > y)
print(result) # 出力：False

 

3.4 演算子の優先順位

 

演算子の優先順位は、式で演算子が評価される順序を決定します。優先順位の高い演算子は、優先順位の低い演算子よりも先に評価されます。

 

例：

 

# 乗算は加算よりも優先順位が高い
result = 10 + 5 * 3
print(result) # 出力：25

# 丸括弧を使用して評価の順序を変更できます
result = (10 + 5) * 3
print(result) # 出力：45

# 比較演算子は論理演算子よりも優先順位が高い
result = 10 > 5 and 5 < 3
print(result) # 出力：False

# 論理演算子を使用して、異なる演算子の優先順位を持つ複数の条件を組み合わせることができます
result = (10 > 5) or not(5 < 3) and (4 == 4)
print(result) # 出力：True

 

3.5 練習問題

 

  1. 2つの整数をinputとして受け取り、それらの和、差、積、商を返すPythonプログラムを作成します。
     
  2. 整数リストを受け取り、リスト内のすべての偶数の合計を返すPythonプログラムを作成します。
     
  3. 文字列を入力として受け取り、逆順の文字列を返すPythonプログラムを作成します。
     
  4. 整数リストを受け取り、リスト内の最大数と最小数を返すPythonプログラムを作成します。
     
  5. 文字列のリストを受け取り、文字「a」を含む文字列の数を返すPythonプログラムを作成します。
     
  6. 整数リストを受け取り、元のリストから偶数のみを含む新しいリストを返すPythonプログラムを作成します。
     
  7. 文字列を入力として受け取り、文字列内の母音の数を返すPythonプログラムを作成します。
     
  8. 2つの整数リストを受け取り、2つのリストの共通要素のみを含む新しいリストを返すPythonプログラムを作成します。
     
  9. 整数リストを受け取り、元のリスト内の各数値の2乗を含む新しいリストを返すPythonプログラムを作成します。
     
  10. 辞書を入力として受け取り、値が文字列であるキーと値のペアのみを含む新しい辞書を返すPythonプログラムを作成します。
     

解決策はこちらにあります。

 

4. 制御構造

 

4.1 条件文（if-else）

 

条件文は、特定の条件が真であるかどうかを確認するためにプログラミングで使用されます。Pythonでは、ifとelseキーワードを使用して条件文を作成します。

 

例：

 

age = 25
if age >= 18:
    print("あなたは大人です")
else:
    print("あなたはまだ大人ではありません")

 

4.2 ループ（for、while）

 

ループは、値のシーケンスを反復処理するためにプログラミングで使用されます。Pythonでは、forとwhileキーワードを使用してループを作成します。

 

forループを使用した例：

 

num_list = [1, 2, 3, 4, 5]
for num in num_list:
    print(num)


whileループを使用した例：

 

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

 

4.3 制御文（break、continue）

 

制御文は、実行の流れを変更するためにプログラミングで使用されます。Pythonでは、breakとcontinueキーワードを使用して制御文を作成します。

 

breakを使用した例：

 

num_list = [1, 2, 3, 4, 5]
for num in num_list:
    if num == 3:
        break
    print(num)


continueを使用した例：

 

num_list = [1, 2, 3, 4, 5]
for num in num_list:
    if num == 3:
        continue
    print(num)

 

4.4 練習問題

 

  1. forループを使用して、1から20までのすべての偶数を印刷するプログラムを作成します。
     
  2. whileループを使用して、1から50までの3または5で割り切れるすべての数値を印刷するプログラムを作成します。
     
  3. 数値のリストを受け取り、forループを使用して奇数のみを印刷するプログラムを作成します。
     
  4. 名前のリストを受け取り、forループを使用して「S」で始まる名前のみを印刷するプログラムを作成します。
     
  5. 文字列を受け取り、forループを使用して文字列内の母音の数を印刷するプログラムを作成します。
     
  6. 数値のリストを受け取り、forループを使用してすべての偶数の合計を返すプログラムを作成します。
     
  7. 文字列のリストを受け取り、forループを使用して最長の文字列を返すプログラムを作成します。
     
  8. whileループを使用して、数値のリストを受け取り、すべての数値の積を返すプログラムを作成します。
     
  9. 数値のリストを受け取り、正の数値のみを含む新しいリストをforループを使用して返すプログラムを作成します。
     
  10. 品目とその価格の辞書を受け取るプログラムを作成します。
     

解決策はこちらにあります。

 

5. 関数

 

5.1 関数の定義

 

Pythonの関数は、特定のタスクを実行するコードブロックです。コードを整理し、より読みやすく、モジュール化するために役立ちます。Pythonで関数を定義するには、defキーワード、関数の名前、括弧、コロンを使用します。関数に属するコードはインデントされます。

 

例：

 

def greet(name):
    print(f'Hello, {name}!')


この例では、1つのパラメーターnameを受け取るgreetという関数を定義しています。関数は、nameの値を使用してあいさつを出力します。

 

5.2 パラメーターと引数

 

パラメーターは、関数シグネチャで定義され、関数内で使用される変数です。引数は、関数が呼び出されたときに関数に渡される値です。

 

例：

 

def add_numbers(num1, num2):
    sum = num1 + num2
    print(f'The sum of {num1} and {num2} is {sum}')
add_numbers(2, 3)

 

この例では、2つのパラメーターnum1とnum2を受け取るadd_numbers関数を定義しています。引数2と3で関数が呼び出されると、関数は2つの数値を加算し、結果を出力します。

 

5.3 値の返却

 

関数は、returnキーワードを使用して値を返すこともできます。返された値は、コードの他の部分で使用できます。

 

例：

 

def multiply(num1, num2):
    product = num1 * num2
    return product
result = multiply(2, 3)
print(result)

 

この例では、2つのパラメーターnum1とnum2を受け取るmultiply関数を定義しています。関数は2つの数値の積を計算して返します。引数2と3で関数が呼び出されると、返された値はresult変数に格納されて出力されます。

 

5.4 再帰

 

再帰は、関数が自身を呼び出して問題を解決するテクニックです。これは、より小さく類似した部分問題に分割できる問題を解決するのに役立ちます。

 

例：

 

def factorial(num):
    if num == 1:
        return 1
    else:
        return num * factorial(num-1)


result = factorial(5)
print(result)

 

この例では、再帰を使用して数値の階乗を計算するfactorial関数を定義しています。再帰の基本ケースは、numが1に等しい場合であり、その場合は関数は1を返します。それ以外の場合は、関数はnumにnum-1の階乗を掛けます。引数5で関数が呼び出されると、結果は再帰的に計算され、result変数に格納されます。

 

5.5 練習問題

 

  1. 2つのパラメーター（文字列と数値）を受け取り、指定された回数だけ文字列を繰り返して返す関数を作成します。
     
  2. 数値のリストを受け取り、リスト内のすべての数値の合計を返す関数を作成します。
     
  3. 単語のリストを受け取り、リスト内の最長の単語を返す関数を作成します。
     
  4. 整数のリストを受け取り、元のリスト内のすべての偶数を含む新しいリストを返す関数を作成します。
     
  5. 文字列を入力として受け取り、すべての母音が削除された新しい文字列を返す関数を作成します。
     
  6. 2つのパラメーター（文字列と文字）を受け取り、文字列内に文字が表示される回数を返す関数を作成します。
     
  7. 文字列のリストを受け取り、すべての文字列が逆順になった新しいリストを返す関数を作成します。
     
  8. 2つのパラメーター（数値のリストと数値）を受け取り、リスト内で数値の最初の出現のインデックスを返す関数を作成します。数値がリストにない場合は-1を返します。
     
  9. 数値のリストを受け取り、降順にソートされた新しいリストを返す関数を作成します。
     
  10. 文字列を入力として受け取り、各単語の最初の文字が大文字になった新しい文字列を返す関数を作成します。
     

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