第4回 - 条件式のつづき、リストの使い方

0. 前回の復習
1. 条件式について・つづき
   • not による否定
   • and, or による組み合せ
2. リストとは?
   • 通常の変数を使うとなにが問題か?
   • リストの使い方
3. リストの応用例
   • ベクトルとして利用する
   • データベースとして利用する
   • 画像として利用する
   • 集合として利用する
4. 本日の課題
   • 小課題 5. maxi.py を完成させる (10月29日締切)
   • 中課題 2. 循環小数の「循環」を検出する (11月5日締切)

雑談

航空機が安全性をどれほど真剣に考えているかについて。

• 航空機事故における乗客の生存確率は 95% である。
  • ちなみに、航空機事故で死ぬ確率よりも、雷に打たれて死んだり、 サメに食べられて死んだりする確率のほうが高い。
• 航空機事故で亡くなった人の 80% は、離陸時の 3分間・ 着陸時の 8分間で死んでいる。これは全体の飛行時間のうち、わずか 6% である (資料1, 資料2)。 この間に乗客が注意していれば、多くの死亡事故が防げる。
  • 離陸時に携帯電話をオフにさせるのは電波障害のためでなく、実は乗客を冷静にさせるため。
  • 夜間の着陸時に機内のライトを消すのは、実は万が一避難のときに乗客の目を暗闇に慣れさせるため。
• さらに、多くの人は衝撃ではなく火災で死んでいる。 火災の多くは焼け死ぬのではなく、煙による窒息死。 → つまり、さっさと逃げることが重要。
  • しかし事故が起きたときは機内はめちゃくちゃで、 天地が逆になっていることもある。 ほとんどの人は目が見えず、息ができないため、頭がパニックしてしまう。 シートベルトをはずせなくなる人も多い。
  • 緊急時には、90秒以内に機内から脱出しなければならない。 考えこんでいたら死んでしまう。
  • 考えなくても行動できるようにするには、避難訓練が重要。
  • 救命胴衣はほとんど役に立たない。 1996年の事故では、救命胴衣が邪魔になって逃げ遅れた犠牲者が大勢いた。
• しかし普通の人は飛行機の避難訓練などしたことがない。→ 安全ビデオで「ヴァーチャル避難訓練」させる。
• 最近の安全ビデオは、わざと奇抜にして人の注意を引きつけるようにできている。
  • 全日空 (ANA) - 古いバージョン
  • Virgin America (米国) - 奇抜
  • Turkish Airlines (トルコ) - ウケ狙い
  • カンタス航空 (オーストラリア) - 泣かせる
  • 全日空 (ANA) - 新しいバージョン
• 避難訓練・安全ビデオをあなどってはならない。
  (飛行機にかぎらず) 出先ではつねに非常口の場所をチェックすること。

0. 前回の復習

• Python では、四則演算を使った計算ができる。
• 使える演算子の種類: +, -, *, //, %, /, **
• 文字表示を使ったアニメーションをおこなった。

ok = 0
while ok == 0:
    x = int(input("password?"))
    if x == 1234:
        print("good")
        ok = 1
    else:
        print("bad")

1. 条件式について・つづき

1.1. not による否定

ある条件式があるとき、その条件式の「否定」は以下のようにして表せる:

構文:

if not (条件式1):
    条件式1が真でないときに実行される文
    ...

例1:

if not (x < 0):
    print("x is non-negative.")

これは、以下と同じである:

if x >= 0:
    print("x is non-negative.")

1.2. and, or による組み合せ

複数の条件式を and、or 演算子によって 組み合わせることができる。

構文:

if (条件式1) and (条件式2):
    条件式1および条件式2の両方が真のときに実行される文

if (条件式1) or (条件式2):
    条件式1または条件式2の一方が真のときに実行される文

例1:

if (a < 0) and (b < 0):
    print("both a and b are negative.")

例2:

if (10 <= x) and (x <= 20):
    print("x is between [10,20].")

例3:

if (0 < a) or (0 < b):
    print("either a or b is positive.")

例4:

if (x < 10) or (20 < x):
    print("x is out of [10,20].")

例5:

if ((10 <= x) and (x <= 20)) or (y == 0):
    print("x is between [10,20] or y is zero")

例6:

if (a == 1) and (a != 1):
    print("impossiburu!")

2. リストとは?

たとえば以下のようなプログラムを考えてみる:

• 3人の候補 (a, b, c) の投票結果を集計するプログラム。
• 候補者の番号 1〜3 の数値で入力する。
• 0 が入力されたら、3人の投票結果を表示する。

# 3人の得票数をゼロにする。
a = 0
b = 0
c = 0
x = 1
while x != 0:
    # 数をひとつ入力する。
    x = int(input("vote?"))
    if x == 1:
        a = a + 1  # 1が入力された場合。
    elif x == 2:
        b = b + 1  # 2が入力された場合。
    elif x == 3:
        c = c + 1  # 3が入力された場合。
# 3人の得票数を表示する。
print(f"a={a}")
print(f"b={b}")
print(f"c={c}")

if文 (パターン3):

if〜else のパターンをさらに発展させたもの。

if 条件式1:
    条件式1が真であるときに実行される文
elif 条件式2:
    そうではなく、条件式2が真であるときに実行される文
elif 条件式3:
    そうではなく、条件式3が真であるときに実行される文
    ...
else:
    どの条件式も真でなかったときに実行される文

if〜else と if〜elif〜else の違い

elif 句は else + if を ひとつにまとめたもので「そうではなく…」という意味を含んでいる。 個々の elif は上から見ていくため、最初に真であった条件式に 対応する部分が実行され、それ以降の部分は実行されない。 たとえば

if 条件式1:
    print("X")
if 条件式2:
    print("Y")

if 条件式1:
    print("X")
elif 条件式2:
    print("Y")

2.1. 通常の変数を使うとなにが問題か?

上の例では、候補者それぞれに a, b, c という変数を使っていた。 もし候補者が10人とか、100人だったらどうする?

v1 = 0
v2 = 0
...
v100 = 0
...
if x == 1:
   v1 = v1 + 1  # 1が入力された場合。
elif x == 2:
   v2 = v2 + 1  # 2が入力された場合。
...
elif x == 100:
   v100 = v100 + 1  # 100が入力された場合。

ここでは、a や v1 などの決まった名前の変数ではなく、 「“i番目の変数”に代入する」などと言えるようにしたい。 これを可能にするのが リスト (list) である。 (一般的には、配列 (array) とか ベクタ (vector) などとも呼ぶ。)

2.2. リストの使い方

構文:

• リスト名 = [0, 0, ...] … リストを準備する。
• 変数名 = リスト名[i] … リストの i番目の値を変数に入れる。
• リスト名[i] = 変数名 … 変数の値をリストの i番目の要素に入れる。
• リスト名 = リスト名 + [0, 0, ...] … 2つのリストを連結する。
• len(リスト名) … リストの長さ (要素の数) を計算する。

例1:

a = [0, 0, 0, 0]
a[0] = 4
a[1] = 6
a[2] = 4
a[3] = 9
x = a[1]  # x は 6 になる

リストの中の各変数を 要素 (element) と呼ぶ。 また、リストの要素はつねに 0番目から始まる。 なお、[ ] のようなカッコを ブラケット (bracket) という。

例2:

a = [4, 6, 4, 9]
print(a[0], a[1], a[2], a[3])

リストの中身を直接書いてもよい。

例3:

a = [4, 6, 4, 9]
i = 0
while i <= 3:
    print(a[i])
    i = i + 1

ループの中でリストを使うことにより、 リストa の i番目の要素 を表示できる。 なお、このときの i のような値を、添え字 (index) と呼ぶ。

例4:

b = [4, 6, 4, 9]
x = 0
while x <= 3:
    print(b[3 - x])
    x = x + 1

リストの添え字として、式を使ってもかまわない。 また、リスト名や添え字として任意の変数名を使うことができる。

例5:

a = [4, 6, 4, 9]
print(a[7])  # エラー!
a[4] = 2     # エラー!

存在しない要素を代入・参照することはできない。 また、添え字はつねに 0 から始まるので、 4個の要素があるリストの場合、添え字の範囲は 0 〜 3 である。

例6:

a = [4, 6]
b = 9
print(a + b)  # エラー!

リスト名と変数名は区別すること。 一般的には、リストと通常の整数を演算することはできない。

例7:

a = [4, 6]
b = [4, 9]
c = a + b

リストどうしは + 演算子を使って連結することができる。

例8:

z = [4, 6, 4, 9, 7]
print(len(z))  # 5を表示する。

len() 関数を使うことで、リストの長さを知ることができる。

例9:

e = []
print(len(e))  # 0を表示する。

要素がひとつもない「空のリスト」というものも存在する。

##  投票集計プログラム

# 3人の得票数をゼロにする。
votes = [0, 0, 0]
x = 1
while x != 0:
    # 数をひとつ入力する。
    x = int(input("vote?"))
    # x番目の得票数を増やす。
    votes[x] = votes[x] + 1
# 3人の得票数を表示する。
i = 0
while i < 3:
    print(votes[i])
    i = i + 1

3. リストの応用例

リストはコンピュータにおける 処理の中心ともいえる機能であり、さまざまな用途が存在する。

3.1. ベクトルとして利用する

# ベクトルの計算
p = [-2, 3]  # (X座標, Y座標)
q = [1, 4]   # (X座標, Y座標)
r = [p[0]+q[0], p[1]+q[1]]  # ベクトルの和
n = p[0]*q[0] + p[1]*q[1]   # ベクトルの内積

3.2. データベースとして利用する

##  座席予約システム
##  0〜4 の座席番号を与える。

# 5個の座席を仮定する。
seats = [0, 0, 0, 0, 0]
while True:  # 0 < 1 などと同じ (永久にくりかえす)
    # 座席番号を入力する。
    n = int(input("seat?"))
    if seats[n] == 0:
        # 空席の場合。
        print("available.")
        # その席を「占有」にする。
        seats[n] = 1
    else:
        # ふさがっていた。
        print("unavailable.")

3.3. 画像として利用する

つまるところ、画像とはピクセルの列である。 ひとつの数字を「ピクセル」と考えると、これは数値のリストで表せる。

# アニメーションをおこなう

import time
img = [0,0,0,0,0,0,0,0,0,0]
# 最初の画像。
img[0] = 1000000000000000000000000000
img[1] = 1000000000110000110000000000
img[2] = 1000000000110000110000000000
img[3] = 1000000000000000000000000000
img[4] = 1000001100000000000011000000
img[5] = 1000000110000000000110000000
img[6] = 1000000011000000001100000000
img[7] = 1000000000111111110000000000
img[8] = 1000000000000000000000000000
img[9] = 1000000000000000000000000000
t = 0
while t < 30:
    i = 0
    # img[0] 〜 img[9] を表示。
    while i < 10:
        print(img[i])
        i = i + 1
    # img[0] 〜 img[9] をずらす。
    while i < 10:
        img[i] = img[i] // 10
        i = i + 1
    time.sleep(0.1)
    t = t + 1

3.4. 集合として利用する

# 落第者リスト
rakudai = [1234, 4567, 7890, 1111, 9999]
# 学籍番号を入力する
gakuseki = int(input("gakuseki?"))
i = 0
while i < 5:
    # どれかの番号に一致したら留年。
    if gakuseki == rakudai[i]:
        print("あなたは留年です。")
    i = i + 1

4. 本日の課題

# リストの最大値を求める
a = [-3, 8, 19, -4]
maxi = 0
i = 0
while i < len(a):
    ???
    ...
print(f"max index = {maxi}")
print(f"max value = {a[maxi]}")

##  筆算を使って10進数の割り算をおこなう
##  入力された値xに対して1/xの小数を表示する。
##  バグ: 循環小数だと永久に止まらない。
a = 1
x = int(input("x?"))
a = a % x
# 余りがゼロになるまで続ける。
while a != 0:
    a = a * 10
    d = a // x   # 商を求める。
    a = a % x
    print(f"digit={d}, remainder={a}")

##  筆算を使って10進数の割り算をおこなう
##  入力された値xに対して1/xの小数を表示する。
##  循環小数を検出して止まる。
a = 1
x = int(input("x?"))
a = a % x
# 20個分の余りを記録できるようにする。
r = [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
# 余りがゼロになるか、循環するまで続ける。
while        ???       :
    a = a * 10
    d = a // x   # 商を求める。
    a = a % x
    print(f"digit={d}, remainder={a}")
    ???
    ...
if 循環した:
    print("junkan")