現役文大生がつまづいたPython疑問【発展編】

はじめに

はじめまして！文系慶應SFCの1年生のナベと申します！

これは、情報基礎1・2などでPythonを触り始めてつまずいた疑問まとめの【発展編】です。【入門編】では型・リストと辞書・条件分岐などを扱いましたが、こちらは関数・クラス・importなど、少し抽象度が上がる疑問を集めました。

分からないたびにAIへ質問していたログをもとに、当時の素朴な疑問をそのまま見出しにしています。入門編よりは難しめですが、引っかかった順番に読めばつながるように並べました。

1. 「クラス」と「オブジェクト」の違いがわからん

ここはかなり長く止まりました。

結論から書くと、こうです。

• クラス = 設計図
• オブジェクト = 設計図から作られた実物

たい焼きの例が一番しっくりきました。型がクラスで、焼き上がったたい焼きがオブジェクトです。あんこでもカスタードでも、同じ型から作れます。

a = [10, 20, 30]
b = [40, 50, 60]
print(type(a))  # <class 'list'>

この場合、list がクラスです。a と b は、同じ list という設計図から作られた別々のオブジェクトです。

さらに混乱したのが、「じゃあリストの中の 10 とかは何なの？」という点でした。

答えは、10 もオブジェクトです。

print(type(a[0]))  # <class 'int'>

Pythonでは、数値も、文字列も、リストも、全部オブジェクトです。リストというオブジェクトの中に、int のオブジェクトが入っている。そういう世界観です。

最初は大げさに聞こえたんですが、この考え方を押さえると、次の「メソッド」の話がかなり分かりやすくなります。

2. 「関数」と「メソッド」って何が違うの？

関数もメソッドも、処理を実行する仕組みです。違いは呼び出し方です。

fruits = ["apple", "banana", "orange"]
print(len(fruits))      # 関数
fruits.append("grape")  # メソッド

• 関数は len(fruits) のように、そのまま呼ぶ
• メソッドは fruits.append("grape") のように、オブジェクトにくっつけて呼ぶ

メソッドは、「そのオブジェクトができること」です。fruits.append("grape") は、「fruits が grape を追加する」と読めます。英語の文みたいです。

ここで大事なのは、メソッドは種類によって使えるものが違うということです。

a = [10, 20]
a.append(30)  # OK

b = 10
b.append(30)  # エラー。intにappendはない

リストには append() があるけれど、整数にはありません。当然といえば当然ですが、「クラスが使える操作を決めている」という話とつながると、かなり納得感がありました。

辞書の items() もメソッドです。つまり、「クラスとオブジェクト」と「関数とメソッド」はセットで理解したほうがいいです。

3. 「pop()」で取り出したものが変数に入るのはなんで？残りじゃないの？

fruits = ["apple", "banana", "orange", "grape"]
last_item = fruits.pop()
print(last_item)  # grape
print(fruits)     # ['apple', 'banana', 'orange']

ここも引っかかりました。

fruits.pop() で最後の要素を取り出したなら、last_item には「残ったリスト」が入りそうな気がしたんです。でも実際に入るのは、取り出した "grape" です。

ポイントは、メソッドには2つの顔があることです。

1. 元のデータをどう変えるか
2. 結果として何を返すか

pop() は、

• リストの末尾を削除する
• 削除した要素を戻り値として返す

という動きをします。

だから last_item = fruits.pop() は、「右側を実行して、その戻り値を左側に入れる」という意味になります。= は「変更後のリストを保存する」という意味ではありません。

メソッド	データへの変更	戻り値
append(x)	末尾に追加する	None
pop()	末尾を削除する	削除した要素
sort()	並べ替える	None

append() が何も返さないのも、ここでようやく腑に落ちました。「変更したこと」と「返したもの」は別々に決まっている。これが分かると、メソッドの見え方が変わります。

4. 「f-string の f」は数字を文字に変えるものじゃないの？あと「return の string」って何？

def greet(name):
    string = f'{name}さん、こんにちは'
    return string

s = greet('佐藤')
print(s)  # 佐藤さん、こんにちは

ここでは2つの勘違いが重なっていました。

まず f です。f は「数字を文字列に変える記号」ではありません。f-string の f は、文字列の中に変数の値を埋め込むためのものです。

name に '佐藤' が入っていれば、f'{name}さん、こんにちは' は '佐藤さん、こんにちは' になります。name がもともと文字列でも問題ありません。

次に string です。これは特別な命令ではありません。ただの変数名です。自分でつけた名前です。だから x でも message でも動きます。

return string は、「string に入っている値を関数の外へ返す」という意味です。

そして return と print の違いも、ここで整理できました。

	return	print
役割	関数の結果を外に返す	画面に表示する
結果を変数に保存	できる	できない
関数を終了する	する	しない

この違い、分かっている人には当たり前なんでしょうけど、初心者にはかなり重要でした。print は「見せるだけ」、return は「渡すもの」です。

5. 関数の中と外で「同じ変数名」を使ってもいいの？「グローバル変数」は関数の中で使える？

使っても大丈夫です。関数の中の変数と、外の変数は別物として扱われます。

x = 5

def test():
    x = 100
    print(x)

test()     # 100
print(x)   # 5

関数の中で x = 100 と書いても、それは関数の中だけの x です。外の x は 5 のままです。

この「変数が使える範囲」をスコープと呼びます。名前は難しそうですが、要するに「内側と外側は別の作業スペース」というイメージです。

グローバル変数は、関数の中から読むだけなら使えます。

x = 10

def show():
    print(x)

show()  # 10

関数の中に x がなければ、Pythonは外側を探しに行きます。

ただし、関数の中で同じ名前の変数に代入すると、それはローカル変数として扱われます。外側の変数を書き換えたい場合は global x と書く方法もありますが、基本的には「引数で渡して、return で返す」ほうが分かりやすいです。

引数もローカル変数の一種です。だから、関数の外にある r と、関数の引数の r が同じ名前でも問題なかったわけです。

6. 「def my_sum(a, b=10):」の b=10 は、先に定義しちゃってるってこと？

def my_sum(a, b=10):
    return a + b

print(my_sum(5, 8))  # 13
print(my_sum(5))     # 15

最初は、「b には最初から10が入っているの？」と思いました。

正確には違います。b=10 は、「何も指定されなかったら10を使う」という意味です。これをデフォルト引数と呼びます。

my_sum(5, 8) と呼べば、b は 8 になります。my_sum(5) と呼んだときだけ、b に 10 が自動で使われます。

C++にも同じ仕組みがあります。Pythonだけの謎ルールではありませんでした。こういうのを知ると、少し安心します。

7. import の「as」と「from」が分からない

最後は import です。ここは序盤でかなり混乱しました。

import numpy as np
from sklearn.linear_model import LinearRegression

まず as です。これは「別名をつける」という意味です。

import numpy as np
print(np.pi)

numpy を読み込んで、それを np という短い名前で呼べるようにしています。機能は変わりません。名前が短くなるだけです。

別名は自由につけられますが、普通は慣習名を使います。

ライブラリ	慣習名
NumPy	np
pandas	pd
matplotlib.pyplot	plt

次に from です。これは英語の from そのままで、「〜の中から取り出す」という意味です。

import math
print(math.pi)

この書き方だと、math.pi のように毎回 math. を書きます。

from math import pi
print(pi)

こちらだと、pi を直接使えます。

import random と from random import choice の違いも同じです。

• import random は、random 全体を使えるようにする
• from random import choice は、random の中の choice だけを直接使えるようにする

ここで自分がつまずいたのが、from p import pi の話です。

import math as p と書いたら、math は p という名前で呼べるようになります。じゃあ from p import pi でいいのでは、と思いました。

でも違いました。p はあくまでプログラムの中でつけた呼び名です。モジュールそのものの名前が p に変わったわけではありません。from の後ろには、本当のモジュール名を書く必要があります。

import math as p
from math import pi

この形なら、math 全体は p で呼べて、pi は直接呼べます。

覚え方はこれです。

from A import B as C = AからBを取り込んで、Cという名前で使う

import 文はこの形に分解すると、だいぶ読めるようになりました。

まとめ

発展編のつまずきは、言葉の意味が曖昧なまま進んでいたことが原因でした。

• クラスは設計図、オブジェクトは実物。メソッドはオブジェクトにくっついた関数
• メソッドには「変更」と「戻り値」という2つの側面がある
• 変数にはスコープがあり、import にも分解できる形がある

「関数とクラスの違いがわからない」と思っていた頃よりは、だいぶ地図が描けるようになってきました。

次は、勉強していてつまずいた「機械学習って結局ただの計算じゃないの？」という疑問についてまとめます。線形回帰、訓練用データとテスト用データ、誤差の話です。