Python基礎まとめ

はじめに

Pythonは、シンプルで読みやすい構文を持つ高水準プログラミング言語です。本記事では、Pythonの基礎から実践的な使い方まで、幅広くカバーしています。これからPythonを学び始める方や、基礎を固めたい方にとって有用な情報をまとめました。

Pythonの基本を身につけよう

Pythonプログラミングを始めるための予備知識

Pythonとはどんな言語？
Pythonは1991年に開発された高水準プログラミング言語です。以下の特徴を持っています:

• シンプルで読みやすい構文
• 幅広い用途(Web開発、データ分析、AI開発など)
• 豊富なライブラリとフレームワーク
• 大規模なコミュニティサポート

Pythonの導入とPowerShellの使い方(Windows)

1. Python公式サイトからインストーラーをダウンロード
2. インストーラーを実行し、「Add Python to PATH」にチェックを入れてインストール
3. PowerShellを開き、Python --version コマンドでインストールを確認

Pythonの導入とターミナルの使い方(macOS/Linux)

1. Homebrewを使用してPythonをインストール:brew install Python
2. ターミナルを開き、Python3 --version コマンドでインストールを確認

Pythonをインタラクティブモードで実行
ターミナルやPowerShellでPythonコマンドを実行すると、インタラクティブモードを起動します。ここで簡単なコードを試すことができます。

>>> print("Hello, World!")
Hello, World!
>>> 2 + 3
5

Pythonの基本

Pythonプログラムを作成
テキストエディタを使用して、.py拡張子のファイルを作成します。例えば:

hello.py

# hello.py
print("Hello, Python!")

ターミナルでpython hello.pyを実行すると、プログラムが動作します。

変数の取り扱いを理解
Pythonでは、変数の型を明示的に宣言する必要がありません。

x = 5
y = "Hello"
z = 3.14

いろいろな組み込み型
Pythonには様々な組み込み型があります:

• 数値型(int,float,complex)
• シーケンス型(list,tuple,range)
• テキスト型(str)
• マッピングがた(dict)
• セット型(set,frozenset)
• ブール型(bool)

モジュールをインポートしてクラスや関数を利用

import math
print(math.pi)

from datetime import datetime
print(datetime.now())

• mathモジュールをインポートし、円周率piを表示
• datetimeモジュールからdatetimeクラスを直接インポートし、現在の日時を表示

プログラムの処理を分岐する・繰り返す

条件判断はif文

x = 10
if x > 0:
    print("Positive")
elif x < 0:
    print("Negative")
else:
    print("Zero")

• ifを使って、xの値に応じたメッセージを表示

if文を活用

age = 20
is_student = True

if age >= 18 and is_student:
    print("Adult student")

• andを使ってageが18以上かつis_studentがTrueの場合に"Adult student"を表示

処理を繰り返す

# for loop
for i in range(5):
    print(i)

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

• range(5)で0から4までをループし、iを出力
• whileループでcountが5になるまで繰り返す

ループを活用

fruits = ["apple", "banana", "cherry"]
for fruit in fruits:
    print(fruit)

• リストの要素を1つずつ取り出して表示

例外の処理について

try:
    result = 10 / 0
except ZeroDivisionError:
    print("Cannot divide by zero")
finally:
    print("This always executes")

• try内でゼロ除算エラー(10/0)が発生
• exceptでエラーをキャッチして"Cannot divide by zero"を表示
• finallyは例外の有無に関係なく実行される

組み込み型の活用方法

文字列を活用

text = "Hello, Python!"
print(len(text))
print(text.upper())
print(text.split(","))

• len(text):文字列の長さを取得
• text.upper():すべて大文字に変換
• text.split(","):,を区切りとしてリストに分割

リストとタプルを活用

# List
fruits = ["apple", "banana", "cherry"]
fruits.append("date")
print(fruits[0])

# Tuple
coordinates = (10, 20)
x, y = coordinates

• append("date"):リストに新しい要素を追加
• fruits[0]:インデックス0の要素を取得("apple")
• coordinates:(10,20)のように値の変更ができない(immutable)
• x,y=coordinates:タプルの要素を変数に展開

辞書と集合の操作

# Dictionary
person = {"name": "Alice", "age": 30}
print(person["name"])

# Set
unique_numbers = {1, 2, 3, 3, 4, 5}
print(unique_numbers)

• {"key": value} のペアでデータを管理
• person["name"]: キー "name" の値 "Alice" を取得
• {} で要素を囲む
• 重複する要素は自動的に排除される

リスト、辞書、集合を生成する内包表記

squares = [x**2 for x in range(10)]
even_squares = {x: x**2 for x in range(10) if x % 2 == 0}

• 結果: [0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]
• 結果: {0: 0, 2: 4, 4: 16, 6: 36, 8: 64}
  → 偶数のみをキーにして平方値を格納

Pythonプログラミングを実践してみよう

オリジナルの関数を作成

関数を作成

def greet(name):
    return f"Hello, {name}!"

print(greet("Alice"))

• def 関数名(引数): 関数を定義
• return: 値を返す

可変長引数と無名関数の取り扱い

def sum_all(*args):
    return sum(args)

print(sum_all(1, 2, 3, 4))

# Lambda function
square = lambda x: x**2
print(square(5))

• *args: 可変長引数（タプルとして扱われる）
• lambda 引数: 戻り値の計算 の形式
• square(5) で 5**2 を計算

関数を活用

def apply_operation(func, x, y):
    return func(x, y)

add = lambda x, y: x + y
multiply = lambda x, y: x * y

print(apply_operation(add, 5, 3))
print(apply_operation(multiply, 5, 3))

• 関数を引数として受け取る
• apply_operation(add, 5, 3) → 5 + 3
• apply_operation(multiply, 5, 3) → 5 * 3

テキストファイルの読み書き

テキストファイルを読み込む

with open("example.txt", "r") as file:
    content = file.read()
    print(content)

• "r": 読み取りモード
• with open(...) as file:: 自動でファイルを閉じる

テキストファイルに文字列を書き込む

with open("output.txt", "w") as file:
    file.write("Hello, File I/O!")

• "w": 書き込みモード（上書き）

JSONファイルに読み込み

import json

with open("data.json", "r") as file:
    data = json.load(file)
    print(data)

• json.load(file): JSONデータを辞書として取得

オリジナルのクラスを作成

クラス作成

class Person:
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age
    
    def introduce(self):
        return f"My name is {self.name} and I'm {self.age} years old."

alice = Person("Alice", 30)
print(alice.introduce())

• init: コンストラクタ
• self.name: インスタンス変数
• introduce(): メソッド

オリジナルのクラスの活用方法

class BankAccount:
    def __init__(self, balance=0):
        self.balance = balance
    
    def deposit(self, amount):
        self.balance += amount
    
    def withdraw(self, amount):
        if self.balance >= amount:
            self.balance -= amount
        else:
            print("Insufficient funds")
    
    def get_balance(self):
        return self.balance

account = BankAccount(1000)
account.deposit(500)
account.withdraw(200)
print(account.get_balance())

• deposit(amount): 入金
• withdraw(amount): 出金（残高不足ならエラーメッセージ）

クラスを継承する

class Animal:
    def __init__(self, name):
        self.name = name
    
    def speak(self):
        pass

class Dog(Animal):
    def speak(self):
        return "Woof!"

class Cat(Animal):
    def speak(self):
        return "Meow!"

dog = Dog("Buddy")
cat = Cat("Whiskers")
print(dog.name, dog.speak())
print(cat.name, cat.speak())

• Animal: 親クラス
• Dog, Cat: 子クラスで speak() をオーバーライド

まとめ

この記事では、Pythonの基礎から実践的な使い方まで幅広くカバーしました。Pythonの特徴である読みやすい構文と豊富なライブラリを活かすことで、様々な分野でプログラミングを活用できます。継続的な学習と実践を通じて、Pythonの力を最大限に引き出しましょう。最後まで読んでくださり、ありがとうございました。もし改善点や質問があれば、ぜひコメントしてください！