Python入門 – プログラミングの基礎から応用まで完全網羅!初心者も最短で習得

Python は、データ解析や人工知能開発など、さまざまな分野で使用されている汎用的なプログラミング言語です。本ブログでは、Python の基礎から応用まで、分かりやすく解説していきます。プログラミングの初心者の方も、ぜひ Python の魅力を感じていただければと思います。

1. Pythonとは

Python（パイソン，と読む．ギリシア神話に登場するへび．）は、近年広く使われているインタプリタ言語で、処理を1行ごとにインタラクティブに入力・実行することができる。

Pythonはソースファイルにプログラムを記述し、まとめて実行することも可能だが、基本的には1行ごとに機械語への翻訳が行われる。この言語は、C言語と同様にソースコードを記述し実行することができ、処理を行うための基本的な構文と文法が存在する。

Pythonは学習が比較的容易であり、シンプルな文法とわかりやすさが特徴である。そのため、初心者にも非常に人気のある言語である。

Pythonはインタプリタ言語であるため、ソーティングや数値計算などの基本的な処理アルゴリズムを記述・実行すると、同じ内容をC言語で記述した方が圧倒的に高速である。したがって、一般的にはPythonではすでに用意されている様々なパッケージ・ライブラリを順次組み合わせて、それをスクリプト的に実行するような書き方が一般的である。

Pythonは、汎用性の高いプログラミング言語であり、データ解析や人工知能開発など、さまざまな分野で利用されている。また、Web開発にも有力なツールとなっており、Pythonを用いて素早くアプリケーションを開発することができる。

Pythonはその特徴として、高レベルのデータ構造とシンプルなオブジェクト指向プログラミング機構を備えており、スクリプティングや高速アプリケーション開発に理想的な言語である。

Pythonには公式のウェブサイトがあり、Pythonのインタープリタや標準ライブラリのソースコードやバイナリファイルを無料で入手することができる。また、無料のサードパーティモジュールやプログラム、ツール、ドキュメントなども紹介されている。

Pythonの解説書や書籍も販売されており、初心者向けから上級者向けまで様々なレベルに対応している。特にPythonの学習を始めたばかりの初心者には、丁寧な解説やサンプルプログラムを提供している教材がおすすめである。

Pythonはデータ解析や人工知能開発など幅広い用途に使えるため、近年最も注目されているプログラミング言語の一つである。Pythonを学ぶ方法には、学習サイトを利用する、学習本を読む、プログラミングスクールを利用するなどがある。

Pythonの学習においては、基本的な構文や文法を学ぶことが重要であり、初学者がPythonを独学する場合には、学習サイトや学習本が効果的である。また、独学では自己解決能力が求められるため、何か分からないことや問題点があれば、積極的に解決方法を見つけることが必要である。

2. Pythonのインストール方法

Pythonのインストールは、Pythonを使用するために最初に行う必要がある手順です。以下にPythonのインストール方法を説明します。

1. Pythonのダウンロード

   Pythonの公式ウェブサイト（https://www.python.org/downloads/）から、最新の安定版のPythonをダウンロードします。Windowsの場合は、Windows用のインストーラを選択します。Macの場合は、Mac用のインストーラを選択します。

2. インストーラの起動

   ダウンロードしたインストーラを実行して、Pythonのインストーラを起動します。その後、インストールするPythonのバージョンを選択します。一般的には最新バージョンを選択することが推奨されます。

3. インストール設定の確認

   インストーラに従って進めると、Pythonのインストール設定が表示されます。必要な場合は、インストール先のディレクトリを変更することもできます。その他のオプションも設定できますが、通常はデフォルトのままで問題ありません。

4. インストールの実行

   インストール設定が完了したら、インストールを実行します。インストールには数分かかる場合がありますので、辛抱強く待ちましょう。

5. インストールの確認

   インストールが完了したら、Pythonが正しくインストールされたかを確認しましょう。Windowsの場合は、コマンドプロンプトを開き、「python」と入力してPythonのインタプリタが起動すれば成功です。Macの場合は、ターミナルを開き、「python3」と入力してPythonのインタプリタが起動すれば成功です。

Pythonのインストール手順は以上です。インストールが完了すれば、Pythonを使用してプログラミングを始める準備が整います。

3. 変数とデータ型

プログラムを実行する方法がわかったら、Pythonの文法について学びましょう。まずは変数とデータ型について理解しましょう。

3.1 変数とは

変数は、数字や文字列などのデータを格納するための「容器」のようなものです。これはあらゆるプログラミング言語で使用される重要な概念です。

変数については、以下の記事を参考に学習することをおすすめします。

• Pythonで変数を使う方法

3.2 データ型とは

データ型は、変数がどのような種類のデータを格納できるかを定義するものです。Pythonは「動的型付け言語」であり、実行時に変数に代入されるデータの種類に応じてデータ型が決まります。

Pythonには整数、小数、文字列などさまざまなデータ型がありますので、それぞれの使い方を理解しましょう。データ型についての詳細は以下の記事を参照してください。

• Pythonのデータ型について理解する

Pythonでは、変数の型は実行時に動的に割り当てられるため、型名を指定する必要はありません。また、変数の宣言も必要ありません。

以下に、変数の型がクラスであり、どんなデータでも代入できるというPythonの特徴を示します。C言語とは異なり、型名の指定や宣言は不要です。

python
i = 10 # 整数
print(i)
i = 'Hello' # 文字列
print(i)

実行結果:

python
10
Hello

変数の型を確認するには、type()関数を使用します。

python
print(type(10))
print(type(10.0))
print(type("10"))
print(type('10'))

実行結果:

python
<class 'int'>
<class 'float'>
<class 'str'>
<class 'str'>

変数には、文字列や数値のみならず、異なるデータ型の値を代入することもできます。

“`python
i = 100
print(‘Hello World! i =’, i)

i = ‘OMG!’
print(‘Hello World! i =’, i)
print(i)
print(i + ‘ — ‘ + i)
print(i + ‘1’)
print(i + 1)
“`

変数はプログラミングにおいて非常に重要な概念です。しっかりと理解し、使いこなしましょう。

3.3 オブジェクト指向

オブジェクト指向は、プログラム内の要素を「オブジェクト」という単位で扱う概念です。オブジェクトを作成するためには、もとになる「クラス」を定義する必要があります。

クラスはオブジェクトが持つデータ（変数）やメソッド（アクション）を定義するためのものです。オブジェクト指向は初心者にとっては理解しにくいかもしれませんが、プログラムの開発効率を高めるためには重要な概念です。

実は、変数などの基本的な概念もPythonではオブジェクトとして扱われます。オブジェクト指向やクラスに関する記事は以下のとおりです。

• Pythonにおけるシーケンス型オブジェクト

3.4 シーケンス型オブジェクト

「シーケンス型オブジェクト」とは、複数の要素（データ）をひとつにまとめたオブジェクトのことです。例えば、100人の社員の名前をプログラムで扱う場合、100個の変数を作成するのは手間ですよね。

こういった場合にシーケンス型オブジェクトを使うと、1つのオブジェクトに100人分の社員名を格納できます。別々の変数として扱うよりも、データの関連性がわかりやすくなる利点があります。また、社員の増減にも柔軟に対応できるなど、プログラムの使いやすさも向上します。

主なシーケンス型オブジェクトには以下の4種類があります。各オブジェクトの解説記事を参考にしてください。

リスト

リストは、大かっこ[ ]で要素を囲み、カンマ区切りで要素を順番に記述するシーケンス型オブジェクトです。[値1, 値2, 値3, 値4, ...]のように記述します。

要素には順序の概念があり、特定の位置の要素を取り出したり、要素の順序を変えたりすることができます。リストに関しての詳細は以下の記事を参照してください。

タプル

タプルはリストに似ていますが、大かっこではなく丸かっこ( )で要素を囲みます。(値1, 値2, 値3, 値4, ...)のように記述します。

リストとの主な違いは、後から要素を追加したり削除したりできない点です。その代わりに、リストよりも処理速度が若干高速です。タプルについて学習したい方は、以下の記事から適切なものを選んで参照してください。

集合

集合はリストやタプルと異なり、要素の順序が存在しない特徴があります。また、値が重複しないようになっています。

集合を作成するには、変数名 = set(リストやタプル)のように、リストやタプルを元に作成します。集合はsetというクラスで、set型のオブジェクトを生成しています。集合の基本的な使い方については以下の記事を参照してください。

辞書

辞書は、”キー”（値を格納する住所のようなもの）と”値”の組み合わせを一つの要素とするシーケンス型オブジェクトです。{キー1:値1, キー2:値2, キー3:値3, ...}のように記述します。

リストやタプルと比べると少し複雑ですが、キーには任意の文字列を使用できます。プログラマーが理解しやすいキー名を設定することで、辞書の要素を参照する際にミスを防ぐことができます。辞書に関しては以下の記事を参照してください。

3.5 共通で使える関数・メソッド

すべてのシーケンス型オブジェクトで使用できる共通の関数やメソッドがあります。要素数を取得するlen()関数はその一例です。シーケンス型オブジェクトを効果的に使用できるように、これらの関数やメソッドをしっかりと学習しましょう。

4. 演算子の種類と使い方

演算とは、2つ以上の変数や定数を組み合わせて計算・制御を行うことを指します。Pythonでは、さまざまな演算を行うために演算子を使用します。

演算子の基本

演算したい変数や定数どうしを演算子と呼ばれる記号で組み合わせます。Pythonで使用される演算子の種類は以下の通りです：

• 算術演算子（加算、減算、乗算、除算など）
• 代入演算子
• 比較演算子
• 論理演算子

演算子を使ってさまざまな演算を行うことができます。具体的な演算子とその使い方を見てみましょう。

算術演算子

算術演算子は、数値の計算に使用されます。Pythonでは以下の算術演算子が使用できます：

• 加算（+）
• 減算（-）
• 乗算（*）
• 除算（/）
• 切り捨て除算（//）
• 剰余（%）
• べき乗（**）

例えば、以下のような計算を行うことができます：

python
print(12 + 5) # 加算
print(12 - 5) # 減算
print(12 * 5) # 乗算
print(12 / 5) # 除算（浮動小数点で計算される）
print(12 // 5) # 切り捨て除算
print(12 % 5) # 剰余
print(12 ** 5) # べき乗

上記の計算の結果は以下の通りです：

17
7
60
2.4
2
2
248832

代入演算子

代入演算子は、変数に値を代入するために使用されます。Pythonでは以下の代入演算子が使用できます：

• 代入（=）
• 加算代入（+=）
• 減算代入（-=）
• 乗算代入（*=）
• 除算代入（/=）

例えば、以下のように使用します：

“`python
x = 5 # xに5を代入
x += 3 # xに3を加算して代入（x = x + 3と同じ）
x -= 2 # xから2を減算して代入（x = x – 2と同じ）
x *= 4 # xを4倍して代入（x = x * 4と同じ）
x /= 2 # xを2で除して代入（x = x / 2と同じ）

print(x) # 結果：7.0
“`

比較演算子

比較演算子は、数値の大小を比較するために使用されます。Pythonでは以下の比較演算子が使用できます：

• 小なり（<）
• 大なり（>）
• 小なりイコール（<=）
• 大なりイコール（>=）
• 等しい（==）
• 等しくない（!=）

比較演算子の使用例を見てみましょう：

python
print(2 > 3) # 2は3よりも大きいか？（結果：False）
print(2 < 3) # 2は3よりも小さいか？（結果：True）

論理演算子

論理演算子は、論理的な判断を行うために使用されます。Pythonでは以下の論理演算子が使用できます：

• かつ（and）
• または（or）
• でない（not）

論理演算子の使用例を見てみましょう：

python
print(1 > 2 or 1 < 2) # 1は2よりも大きいまたは1は2よりも小さいか？（結果：True）
print(not True) # Trueではないか？（結果：False）

以上が演算子の種類と使い方についての説明です。演算子をうまく利用して計算や制御を行いましょう。

5. 制御構文

制御構文は、プログラムの流れを制御して、特定の条件に応じて異なる処理を実行するための構文です。Pythonでは、条件分岐やループなど、さまざまな制御構文が用意されています。

5.1 条件分岐

条件分岐は、ある条件が「真」である場合と「偽」である場合で処理を切り替えるための構文です。Pythonでは、「if」や「else」を使用して条件分岐を表現します。

以下は、条件分岐の基本的な書式です。

if 条件式1:
条件式1が真の場合の処理
elif 条件式2:
条件式2が真の場合の処理
else:
どの条件式も真ではない場合の処理

条件式1が真の場合、条件式1が真の場合の処理が実行されます。
条件式1が偽で、条件式2が真の場合、条件式2が真の場合の処理が実行されます。
どの条件式も偽の場合は、else以下の処理が実行されます。

5.2 ループ

ループは、ある一定の条件を満たす限り、同じ処理を繰り返し実行するための構文です。Pythonでは、「for」ループと「while」ループが使用されます。

5.2.1 forループ

forループは、指定された範囲の値や要素を順次取り出して処理を繰り返すための構文です。

以下は、forループの基本的な書式です。

for 変数 in シーケンス:
処理

変数には、シーケンスから順に要素が取り出されます。
シーケンスは、リストや文字列などのイテラブルなオブジェクトを指定できます。

5.2.2 whileループ

whileループは、指定された条件が真である限り、処理を繰り返すための構文です。条件が偽になると、ループから抜けます。

以下は、whileループの基本的な書式です。

while 条件式:
処理

条件式が真の場合は、処理が繰り返されます。
条件式が偽になると、ループから抜けます。

5.3 例外処理

例外処理は、プログラムの実行中に発生する例外をキャッチし、適切に処理するための構文です。例外処理を使用することで、プログラムが停止することなく続行できます。

以下は、例外処理の基本的な書式です。

try:
例外が発生する可能性のある処理
except 例外クラス:
例外が発生した場合の処理
else:
例外が発生しなかった場合の処理
finally:
必ず実行される処理

例外が発生する可能性のある処理をtryブロックに記述し、例外クラスによって例外の種類ごとに処理を分けます。
例外が発生しなかった場合は、elseブロックの処理が実行されます。
finallyブロックの処理は、例外の有無に関係なく必ず実行されます。

以上がPythonの制御構文についての基本的な説明です。これらの制御構文を使いこなすことで、より柔軟なプログラムを作成することができます。

まとめ

Pythonは、近年最も注目されているプログラミング言語の1つです。高レベルのデータ構造やシンプルなオブジェクト指向プログラミングが特徴で、初心者でも比較的容易に学習できます。インストール方法、変数とデータ型、演算子の使い方、制御構文など、Pythonの基本的な概念をしっかりと理解することで、さまざまな分野での活用が可能となります。このブログ記事では、Pythonの基礎を解説しましたが、さらに発展的な内容を学習することで、スキルアップを図ることができるでしょう。