ゲーム開発で学ぶメリット

ゲーム開発を通してプログラミングの技術とアルゴリズムを学びます。「なぜゲーム開発なの?」という疑問に対する答えはずばり、ゲームを開発しながら学べば、楽しみながらアルゴリズムに関する知識を身に付けることができるからです。

アルゴリズム

アルゴリズムやプログラミングという言葉だけを聞くと、「難しそう」「手を出しにくい」と考える方もいらっしゃるでしょう。一方、ゲーム開発と聞くと、「難しそうだけれど興味はある」「自分にできるならやってみたい」とお考えになる方が多いと思います。

もちろん高度なゲームを作るには高い技術力が必要であり、そのようなプログラミング技術は一朝一夕には身に付きません。ですが簡単なゲームであれば、プログラミングの基礎知識を学べば誰もが作れるようになります。

シンプルなミニゲームを制作し、プログラミングに慣れながら初歩的なアルゴリズムを学びます。そして徐々に高度な内容に進んでいきます。

楽しみながら学ぶことでアルゴリズムやプログラミング技術を自然と身に付けることができます。楽しいことなら長続きすることは言うまでもなく、学習を継続的に行うことができれば、カは着実に伸びていきます。

初学者にやさしいPython

Python は各種の命令が判りやすく、記述の仕方がシンプルで、短いプログラムで処理を記述できます。Python を用いれば気軽にプログラムを組んで動作を確認できるのです。Python は初心者がプログラミングやアルゴリズムを学ぶのにうってつけだと確信を持って言えます。

Python でプログラミングの基礎を身に付ければ、C系言語やJavaなどの言語にも挑戦しやすくなります。ハードもソフトも高度複雑化の一途をたどる情報処理の世界で、Pythonという学びやすい言語の人気が高まり、広く普及したのは歓迎すべきことです。

楽しければ続けられる、納得です。

私は子供のときからコンピュータ・ゲームが大好きです。自分でゲームソフトを作りたいという気持ちからプログラミングを学び始めました。最初のうちは思うようにゲームを作れるようになりませんでした。ですが諦めずにコツコツ学ぶうちに、やがて簡単なミニゲームが作れるようになりました。そしてプログラミングを続けると、少しずつ複雑なゲームが作れるようになっていきました。

技術が未熟なうちは何でこんなこともできないのだろうと考えたこともありますが、プログラミングを学んだ過程全体を思い返せば、楽しみながら学ぶことができました。それは自分の力でオリジナルゲームを作るという夢があったからです。そのような気持ちでプログラミングを続けられたことは幸せだったと思います。

みなさんの中にはプログラミングを習得しようと、すでに苦労された方もいらっしゃるでしょう。Python の入門書を読んだけれど自分のものになった気がしないという方もおられるのではないでしょうか。みなさん、ぜひ楽しみながら本書を読み進めてくださ

い。「継続は力なり」ということわざの通り、続けるうちにカが付いてきます。技術力がぐっと伸びたと自信を持っていただけるはずです。

IDLEの使い方

Python 付属のIDLE という統合開発環境を使って、プログラムの入力と動作確認を行います。統合開発環境とはソフトウェア開発を支援するツールのことをいいます。

https://www.python.org/

上のURLにアクセスしてインストールしてください。

使い慣れたテキストエディタや統合開発環境でPython のプログラミングをしている方は、もちろんそれを、そのままお使いいただいてかまいません。その場合はこの節は飛ばして先へ進みましょう。

IDLEのシェルウィンドウとエディタウィンドウ

IDLEの使い方を説明します。IDLEを起動すると次のような画面になります。この画面をShell ウィンドウといいます(以下、カタカナで「シェルウィンドウ」とします)。

s = "Hello"
print(s)

プログラムを入力したら、エディタウィンドウのメニューバーにある【File】 → 【SaveAs...】を選び、適切なファイル名を付けて保存します。一度保存すれば、その後は【File】【Save】を選ぶか、 Ctrl+Sキーで上書き保存できます。

プログラムを保存したら、エディタウィンドウのメニューバーの

【Run】→【Run Module】

を選んで実行します。F5]キー(ファンクションボタンがあるキーボードでは[Fn]+[F5])でも実行できます。

IDLEの使い方をまとめると、次のようになります。

１、IDLEを起動するとシェルウィンドウが開く

２、エディタウィンドウを開いて、プログラムを入力する

３、ファイル名を付けてプログラムを保存する

４、Run Module で実行し、シェルウィンドウに出力される結果を確認する

print()命令

手始めに文字列を出力する print()命令を記述して動作を確認します。

IDLEを起動して、メニューバーの【File】 → 【New File] を選び、エディタウィンドウ(テキストエディタ)を開きましょう。

エディタウィンドウに次のプログラムを入力してください。1行でできたプログラムです。

入力したら名前を付けて保存し、メニューバーの【Run】 →【Run Module】

を選んで実行しましょう。

print.py

print("プログラミングを始めよう!")

実行結果

プログラミングを始めよう!

このプログラムは print()で文字列を出力しています。文字列を扱うときは、文字列の前後をダブルクォート(")でくくります。Pythonではシングルクォート)を用いることもできますが、今回は基本的にダブルクォートで統一します。

正しく動作しないときは、print() にスペルミスがないか確認してください。

プログラミングでは大文字と小文字を区別するので、例えば、print のPを大文字にしたらエラーになって動きません。

変数の値を出力してみよう

次は変数の値を出力するプログラムで、print() 命令の使い方に慣れていきます。変数とは数や文字列を入れる箱のようなものです。

次のプログラムを入力して名前を付けて保存し、実行して動作を確認しましょう。

hensu.py

a = 100
print(a)

実行結果

100

このプログラムは1行目で変数aに数を代入し、2行目でその値を出力しています。

input()命令を使ってみる

Pythonでは input() という命令で文字列を入力します。次のプログラムで input()の使い方を確認します。

このプログラムを実行すると、シェルウィンドウに「あなたの名前は?」と表示され、カーソルキーが点滅します。そこに何か文字列を入れて Enterキー(Macは、returnキー)を押すと、Pythonが「○○さん、名前を教えてくれてありがとう」と返します。

name.py

name=input("あなたの名前は?")
print(name+"さん、名前を教えてくれてありがとう")

input()命令で入力した文字列を変数に代入し、文字列を+でつなぎ出力しています。

実行結果

あなたの名前は? HaChi

HaChiさん、名前を教えてくれてありがとう

変数 = input(メッセージ)と記述すると、シェルウィンドウにメッセージが出力され、入力を受け付ける状態になります。何かを入力して「Enterキー」を押すと、入力した文字列が変数に代入されます。

2行目では、変数name の中身と、「さん、名前を教えてくれてありがとう」という文字列を、プラスの記号でつないで出力しています。Python では文字列同士を+を用いてつなぐことができます。

このプログラムでは変数名を name としています。変数名はa、s、xなどのアルファベット1文字だけでなく、名付け方のルールを守れば、任意の名称にすることができます。

printと inputの使い方を覚えておいてください。

input()で半角数字も入力できるけど、Pythonのinput() は数を入力しても文字列として扱われます。

input()で入力した文字列を数にするには、int() やfloat() という命令で整数や小数に変換します。

プログラミングの記述ルール

コンピュータのプログラムにはいくつかの記述ルールがあり、それを守る必要があります。ここでPythonの主なルールを説明します。一度に覚えることは難しいかもしれないので、一通り目を通したら先へ進み、実際にプログラムを入力しながら身に付けていきましょう。

①プログラムは半角文字で入力し、大文字、小文字を区別する

○print("こんにちは")

× Print("こんにちは")

②文字列を扱うときはダブルクォートかシングルクォート)でくくる

変数に文字列を代入する print() で文字列を出力するときなど、前後を ” か ’ でくくります。

○txt = "文字列を扱う"

×txt = 文字列を扱う

③スペースの有無について[その1]

変数の宣言、値の代入、命令の()内の半角スペースは、あってもなくてもかまいません。

○ a = 10

a=10

④スペースの有無について[その2]

命令の後ろに必ず半角スペースを入れる箇所があります。

○ if a == 1: ifの後ろにスペースを入れる

× ifa == 1:

if、for、rangeなどの命令を他のアルファベットにくっ付けてしまうと、Python はそれらが命令であると判らなくなります。

⑤プログラムの中にコメントを入れられる

コメントとはプログラム中に書くメモのことです。難しい命令の使い方や、処理の内容をコメントとして記しておくと、プログラムを見直すときなどに役に立ちます。Pythonでは#を用いてコメントします。

print("こんにちは") # ここにコメントを書く

#以降、改行するまでの記述が実行時に無視されます。

例えば #print("こんにちは")とすると、print() 命令が実行されなくなります。これをコメントアウトするといいます。実行したくない命令を残しておきたいときにもコメントアウトを用いてください。

変数

変数で数や文字列を扱う方法を学びます。

変数とは

変数とはコンピュータのメモリ上に用意された、データを入れる箱のようなものです。次の図はxという名の箱(変数)に 10 という数を、sという箱に Python という文字列を代入するイメージです。

hensu.py

x = 10
s = "Python"
print("x の値は", x)
print("s の値は", S)

意味

変数xに値を代入

変数sに値を代入、

「xの値は」という文字列と、xの値を出力

「sの値は」という文字列と、sの値を出力

実行結果

Xの値は 10

sの値は Python

このプログラムは変数xとsに値を代入し、それらの値を出力しています。Pythonのprint()命令は()の中に複数の文字列や変数をコンマで区切って記すことができます。

変数名の付け方

変数はプログラムを組む人が名称を決めて用意します。変数名はアルファベット、数字、_アンダースコア)を組み合わせて付けます。変数名の付け方には次のルールがあります。

・アルファベットとアンダースコア(_)を組み合わせ、任意の名称にできる。

例 score = 10000 my name="Python"

数字を含めることができるが、数字から始めてはいけない

○　datal = 20 × idata = 20

予約語は使えない

例 × if = 0 × for = 5

予約語とは、コンピュータに基本的な処理を命じるための語です。Pythonには、if elif else and or for while break continue def import False True などの予約語があります。

Python の変数名は小文字で付けることが推奨されております。ただし理由があるなら大文字を用いてかまいません。大文字と小文字は区別されるので、例えば book と Book は別の変数になります。

変数の値を変更する

Pythonではイコール() を用いて変数に最初の値(初期値)を代入した時点から、その変数が使えるようになります。これを変数の宣言といい、値を入れる=を代入演算子といいます。

変数の値はいつでも入れ直すことができます。変数 = の後に計算式を記述して値を変更す

ることもできます。

変数宣言時の初期値を、別の値に変更するプログラムを確認します。

hensu2.py

n=10
print("nの初期値",n)
n=n+20
print(nに20を足すと”、n,"になる”)
n=500
print("nに新たな", n,”を代入”)

意味

nという変数を宣言し、初期値を代入

nの値を出力

nの値に20を足し、nに代入

nの値を出力

nに新たな値を代入

nの値を出力

実行結果

nの初期値 10

nに20を足すと30 になる

nに新たな500 を代入

解説

1行目で変数nを宣言し、初期値を代入して、2行目でその値を出力しています。

3行目ではnの値に20を足したものをnに代入し、4行目でその値を出力しています。

5行目でnに新たな値を代入し、6行目でその値を出力しています。

プログラミング言語のイコールは変数に値を代入するために用いるのですね。

数学で左右の式が等しいという意味で使うイコールとは違います。

演算子について

hensu2.pyの3行目の n = n + 20 は、「nに 20を足した値をnに代入する」という意味です。これを n += 20 と記述することもできます。

足し算、引き算、掛け算、割り算を行う記号を演算子といいます。掛け算は*(アスタリスク)、割り算は/(スラッシュ)で記述します。

四則算の演算子

足し算 +

引き算 -

掛け算 *

割り算 /

これらの他に、累乗を求める演算子、割り算の商を求める演算子、割り算の余り(剰余)を求める演算子があります。

累乘 **

割り算の商 //

割り算の余り %

商は 20//18 で求められる

余りは 20%8 で求められる

文字列⇔数の変換

int() と float)という命令で文字列を数に変換できます。int( ) は文字列や小数を整数にfloat( ) は文字列や整数を小数にします。

int() の使い方を確認します。文字列を整数に変えるプログラムで、出力される777777は文字列、1554が数になります。

s = "777"
print("文字列の足し算", s + s)
i = int(s)
print("数の足し算", i+i )

解説

変数sに文字列777を代入

sとsの値を+でつないで出力

sの値を整数に変換して変数iに代入

iとiの値を+で足して出力

実行結果

文字列の足し算777777

数の足し算 1554

数を文字列に変換するには str()命令を用います。その使い方を確認します。

mojiretu.py

f=3.14159
s=“円周率は” + str(f)
print(s)

意味

変数を宣言し、小数を代入

「円周率は」と、文字列にしたfの値をつなぎ、sに代入の値を出力

実行結果

円周率は3.14159

解説

「円周率の値は」という文字列と、3.14159 という数をつなぐには、2行目のように str()命令を用います。 s = "円周率は" + f と記述するとエラーになるので注意しましょう。

if文の書式

if を用いて記述する処理をif文といいます。Python の if文は、次のように記述します。

Pythonのif文

if n < 0 
	print("nの値は負の数です")

if と条件式の間に半角スペースを入れます。

条件成立時に行う処理を字下げ(インデント)して記述します。字下げした部分はブロックと呼ばれる“処理のまとまり”になります。

Python には字下げによりブロックを構成する決まりがあります。

if を用いたプログラム

if文を記述したプログラムを確認します。

jouken.py

n=0
if n>0:
  print(“nは0より大きい”)
if n<0:
  print(“nは0より小さい”)
if n==0:
  print(“nの値は0”)

意味

nが0より大きいなら

「nの値は0より大きい」と出力

nが0より小さいなら

「nの値は0より小さい」と出力

nが0なら

「nの値は0」と出力

実行結果

nの値は0

解説

1行目で変数nに0を代入しています。2行目のn>0と、4行目のn<0 という条件式は成り立たず、6行目のn==0 という条件式が成り立ちます。そのため、7行目の処理が実行されます。変数がある数と等しいかを調べるには、6行目のようにイコールを2つ並べて記述します。

このプログラムの1行目をn = -10 とすると、どうなると思いますか？

2行目のn>0は成り立たず、4行目のn<0 が成り立って、「nの値は0より小さい」と出力されるのです。

条件式について

条件式の書き方を覚えましょう。条件式は次のように記述します。

条件式

a == b aとbの値が等しいかを調べる

a !=b aとbの値が等しくないかを調べる

a>baはbより大きいかを調べる

a<b aはbより小さいかを調べる

a >= b aはb以上かを調べる

a <= b aはb以下かを調べる

Pythonでは条件式が成り立つときはTrue、成り立たないときはFalse になります。Trueと False は論理型と呼ばれる値です。ここではif文は条件式がTrueのとき、ブロックに記述した処理が行われると頭に入れておきましょう。

条件分岐はの他に、if else と、if eliff else という書き方があります。それらを順に見ていきます。

if else

if ~ else という記述で条件式が成り立たったときと、成り立たなかったときに、別の処理を行うことができます。

if_2.py

n=-10
if n > 0:
	print("nは0より大きな値")
else:
	print("nは0以下の値")

意味

変数nに値を代入

nの値が0より大きいなら「nは0より大きな値」と出力

そうでなければ「nは0以下の値」と出力

実行結果

nは0以下の値

このプログラムは1行目でnに負の数を代入しており、2行目の条件式は成り立たず、elseのブロックに記述した5行目が実行されます。

elseを用いるときは、else の後ろのコロンを忘れないようにしましょう。

elif.py

n = 1000
if n = 0 :
	print("nは0です")
elif n > 0:
	print("nは正の数です"))
else:
	print("nは負の数です")

意味

nに値を代入

nが0なら

「nは0です」と出力

そうでなく0より大きいなら

「nは正の数です」と出力

いずれの条件も成り立たないなら

「nは負の数です」と出力

実行結果

nは正の数です

1行目でnに1000 を代入したので、4行目の条件式が成り立ち、5行目が実行されます。

このプログラムは elf を1つだけ記述しましたが、if ~elif ~ ... ~elif~ elseというように、elifを2つ以上記述し、複数の条件を順に判定できます。

andとor

and や orを用いて if文に複数の条件式を記述できます。and は“かつ”、orは“もしくは”の意味です。and とorを用いたプログラムを順に確認します。

if_and.py

x=1
y=2

if x>0 and y>0:
  print("変数xとyはどちらも正の値")

意味

変数xに値を代入

変数yに値を代入

xが0より大きく、かつ、yが0より大きいなら「変数xとyはどちらも正の値」と出力

実行結果

変数xとyはどちらも正の値

解説

x、yともに0より大きな数を代入したので、3行目の and を用いた条件式が成り立ち、4行目が実行されます。xやyを0や負の数にすると3行目が成り立たなくなり、何も出力されないことを確認してください。

if_or.py

v=10
w=0
if v==0 or w==0:
	print("vewのどちらかは0")

意味

変数vに値を代入

変数wに値を代入

vが0、もしくは、wが0なら「vとwのどちらかは0」と出力

実行結果

vとwのどちらかは0

解説

vに 10、wに0を代入しており、3行目の or を用いた条件式が成り立つので、4行目が実行されます。vとw ともに0以外の数を代入すると、3行目が成り立たなくなり、何も出力されないことを確認しましょう。

繰り返し

繰り返しとは、コンピュータに一定回数、反復して処理を行わせることです。

繰り返しを理解する

繰り返しは for や while という命令で行います。繰り返しを言葉で表すと、次のようになります。

・forを使った繰り返し → 変数の値をある範囲で変化させ、その間、処理を繰り返す。

・whileを使った繰り返し → ある条件が成り立つ間、処理を繰り返す。

for文の書式

forを用いて記述した繰り返しをfor文といいます。for文の流れは次のようになります。

forによる繰り返し

range() という命令で変数の値の範囲を指定します。range() には次の書き方があります。

range(繰り返す回数)

変数の値は0から始まり、指定回数、繰り返す

range(初期値, 終値)

変数の値は初期値から始まり、1ずつ増えながら、終値の1つ手前まで繰り返す

range(初期値, 終値,いくつずつ変化させるか)

初期値から終値の1つ手前まで指定の値ずつ変数を変化させながら繰り返す

※マイナスの値も指定できます。

range() は指定した範囲の数の並びを意味します。

例えば range(1, 5) は 1, 2, 3, 4 という数の並びになります。

終値の5は入らない点に注意しましょう。

forを用いたプログラム

for文の動作を確認します。繰り返しに使う変数は慣例的に i とすることが多く、このプログラムでもiを用いています。

for_1.py

for i in range(10):
print(i)

意味

繰り返しiは0から始まり10回繰り返す

iの値を出力

実行結果

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

iの値は最初0で、1ずつ増えながら9になるまで、2行目の処理を繰り返します。

最後の値は range() の引数の10でないことに注意しましょう。

range()の範囲を理解する

range(初期値, 終値)で指定する繰り返しを確認します。range() の引数の範囲を理解しましょう。

for_2.py

for i in range(1, 6):
print(i)

意味

繰り返しiは1から始まり、5まで1ずつ増えるiの値を出力

実行結果

1

2

3

4

5

変数の最後の値は終値の1つ手前になるので、このプログラムで6は出力されません。

次は range(初期値, 終値,いくつずつ変化させるか)の記述で、値を減らしていく繰り返しを確認します。

for_3.py

for i in range(12, 5, -1):
print(i)

意味

繰り返しiは12から始まり、6まで1ずつ減る

iの値を出力

実行結果

12

11

10

9

8

7

6

range(12, 5, -1)の範囲指定で値は 12 から始まり、1ずつ減りながら、終値の1つ手前の6まで出力されます。

for の面白い使い方もあります。

次のように記述して実行してみてください。

for i in "Python":
print(i)

P、y、t、h、o、nと一文字ずつ出力されます。

Pythonのfor は範囲に文字列を指定し、その文字列から一文字ずつ取り出すことができます。

こんなこともできるという豆知識の1つです。

breakとcontinue

break という命令で繰り返しを中断したり、continue という命令で繰り返しの先頭に戻ることができます。

break と continue の使い方を順に確認します。break と continue は if と組み合わせて使います。

for_break.py

for i in range (10):
if i==5:
break
print(i)

意味

繰り返しiは0から始まり、10回繰り返すiの値が5であればbreakで繰り返しを抜ける。iの値を出力する。

実行結果

0

1

2

3

4

解説

1行目で繰り返し範囲を range(10) とし、10回繰り返すように指定しています。しかし、2行目の条件式でiの値が5になったとき、その if文に記した breakで繰り返しを中断するので、5以上の数は出力されません。

for i in range(10):
if i < 5:
	continue
print(i)

意味

繰り返しiは0から始まり、10回繰り返す

iの値が5未満であれば

continueで繰り返しの先頭に戻る

実行結果

5

6

7

8

9

このプログラムも10回繰り返すように指定していますが、2~3行目のif文で、の値が5未満ならcontinueで繰り返しの先頭に戻しています。そのためiが5未満の間は4行目の処理には入らず、iが5以上になると continue は行われずに print(i) が実行されます。

while による繰り返しを説明します。while の処理の流れは、次のようになります。

whileの繰り返し

Pythonでは while文を次のように記述します。

Pythonのwhile 文

次のプログラムでwhile の動作を確認します。繰り返しに用いる変数は、whileの前で宣言します。

while_1.py

n=1
while n <= 128:
  print(n, "→", end=" ")
  n*=2

意味

繰り返しに使う変数nに初期値1を代入

whileの条件式をn<=128とし、繰り返す

nの値を出力

nの値を2倍し、nに代入

(4行目のn*2はn=n*2と同じ意味です。)

実行結果

1 →2→ 4→ 8 → 16 → 32 → 64 → 128 →

解説

1行目でwhile文の処理に使う変数nを宣言しています。2行目の条件式をnが128以下の間とし、3~4行目の処理を繰り返しています。

print() 命令には複数の引数を指定できます。このプログラムではnの値と「→」を出力し、end=“ " と指定することで出力の最後を半角スペースとし、改行せずに数を横に並べています。

print() で出力する文字列や数を改行したくないなら end=の指定を用います。

たくさんのデータを出力するときに役立つので、覚えておきましょう。

while Trueの繰り返し

while True と記述すると常に条件式が成り立ち、処理が延々と繰り返されます。

while True の動作を次のプログラムで確認します。

while_2.py

while True:
	s=input("文字列を入力してください")
	print(s)
	if s==" " or s=="end":
	break

意味

whileの条件式をTrueとし、無限に繰り返す

入力した文字列を変数sに代入

sの値を出力

何も入力しないか、endと入力したら

whileを抜ける

実行結果

文字列を入力してください Python

Python

文字列を入力してくださいプログラミング

プログラミング

文字列を入力してくださいアルゴリズム

アルゴリズム

文字列を入力してください end

>>>

解説

このプログラムは、入力した文字列をそのまま出力することを繰り返します。

何も入力せずに[Emura (return)]キーを押すか、end と入力すると、4~5行目の if と break で繰り返しを抜けて処理を終了します。

プログラムの強制中断

プログラムの記述ミスなどで処理が延々と続いてしまうとき、Windowsパソコンではctrl+ cキー、Macでは、control+cキーでプログラムを強制終了できます。このプログラムを再度、実行し、万が一のときのためにctrlキーによるプログラムの中断を確認しておきましょう。

同じ処理を延々と繰り返すことを無限ループといいます。記述ミスで無限ループに入るようなプログラムはNGだけど、もし入ってしまったときのために中断方法を覚えておきましょう。

forの多重ループ

for文中に別のfor文を入れることができます。for の中に for を記述することを、forを入れ子にするや、ネストすると表現します。

forを3つ入れ子にする、4つ入れ子にするなど、for文内に別のforをいくつも入れることができ、それらをまとめてfor の多重ループといいます。for の中にもう1つのforを入れる二重ループは特によく使われます。

多重ループでさまざまな繰り返し処理ができます。

次の例は、二重ループのfor文で九九の式を出力するプログラムです。

kuku.py

for y in range(1, 4):
	print("--- ", y, "の段---")
	for x in range(1, 10):
		print(y , ”x”, x , "=", y*x)

意味

繰り返しyは1から3まで1ずつ増える

区切り線と◯の段を出力

繰り返しxは1から9まで1ずつ増える

y×x=y*xの値を出力

---1の段 ---

1×1=1

1×2=2

1×3=3　

・・・

このプログラムで1行目のyの値は1から始まります。yが1のとき、xは1→2→3→4→5→6→7→8→9と1ずつ増えながら、4行目の print)命令で一の段の式を出力します。

次にyの値は2になり、xは再び1→2→3→4→5→6→7→8→9と1ずつ増えて、この段の式が出力されます。同様にyが3になり、三の段が出力されると、全ての繰り返しが終わります。

関数

関数とはコンピュータが行う処理を1つのまとまりとして記述したものです。何度も行う処理があれば、それを関数として定義することで、無駄がなく、判読しやすいプログラムを組むことができます。

関数のイメージ

関数には引数でデータを与え、関数内でそのデータを加工し、加工した値を戻り値として返す機能を持たせることができます。

引数(ひきすう)と戻り値

引数は関数に渡す値のこと。

戻り値は関数で処理した値のこと。

ともに必須なものではなく、それらを持たない関数も定義できます。

関数を定義する

Pythonでは defで関数を定義します。

def hello(): 
	print("こんにちは")

関数名には () を記述します。関数で行う処理は、 if や for と同様に字下げしたブロックに記述します。

引数も戻り値もない関数

function_1.py

def hello():
	print("こんにちは")
hello()

意味

hello()という関数を定義

print()で文字列を出力

定義した関数を呼び出す

実行結果

こんにちは

解説

関数名の付け方のルールは、変数名の付け方(40 ページ参照)と一緒です。このプログラムでは1~2行目でhello() という関数を定義し、4行目でhello() を呼び出しています。関数は定義しただけでは働かず、呼び出して実行します。

このプログラムの1~2行目だけでは何も動作しません。

試しに4行目を削除するか、 #hello() とコメントアウトして実行すると、何も起きないことが判ります。

引数あり、戻り値なしの関数

次は引数あり、戻り値なしの関数を確認します。引数を持たせるときは、関数名の()内に引数となる変数を記述します。

function_2.py

def even_or_odd(n):
  if n%2==0:
    print(n, "は偶数です")
  else:
    print(n, "は奇数です")
  even_or_odd(2)
  even_or_odd(7)

意味

even_or_odd()という関数を定義

引数nの値が2で割り切れるなら「nは偶数です」と出力

そうでなければ「nは奇数です」と出力

引数2を与えて関数を呼び出す

引数7を与えて関数を呼び出す

実行結果

2 は偶数です

7は奇数です

解説

1~5行目で引数の値が偶数か奇数かを判断する関数を定義しています。2行目のifで、余りを求める%演算子を用いて、引数の値が2で割り切れるかを調べています。

この関数を実際に働かせているのが7行目と8行目です。引数を設けた関数なので、引数を与えて呼び出しています。

関数は一度定義すれば、何度でも呼び出すことができます。

引数あり、戻り値ありの関数

関数に戻り値を持たせるには、関数内のブロックに return戻り値と記述します。戻り値は変数名や計算式、あるいはTrueやFalseなどの値を記述します。戻り値に変数名を記述すればその値が返り、計算式を記述すればその計算結果が返ります。

長方形の幅と高さを引数で与え、面積を返す関数を定義します。その関数の動作を確認しながら、引数と戻り値を理解していきましょう。

長方形の面積を求める

function_3.py

def area_rect(w, h):
	return w * h
a = area_rect(20, 10)
print("幅20cm,高さ10cmの長方形の面積は", a,"㎠")
print("幅12cm,高さ30cmの長方形の面積は", area_rect(12,30), "㎠")

意味

area_rect()という関数を定義

引数wとhを掛けた値を戻り値として返します。

関数で求めた20×10の長方形の面積をaに代入

print()でその値を出力

print() の引数に area_rect()を記述し、12×30の長方形の面積を出力

実行結果

幅20cm,高さ10cmの長方形の面積は 200㎠

幅12cm,高さ30cmの長方形の面積は360㎠

解説

1~2行目で定義した area_rect()関数は、引数で幅と高さを受け取り、計算した面積を戻り値として返します。

4行目でこの関数に引数を与えて呼び出し、戻り値を変数aに代入し、5行目でaの値を出カしています。

6行目では、定義した関数を printの()内に記述しています。このようにして関数の戻り値を変数に代入せず、直接、扱うこともできます。

プログラミングでは長方形を矩形(くけい)と呼ぶことがあります。

矩形を意味する英単語は rectangleで、rect と略して用いることがあります。

変数の有効範囲について

変数はグローバル変数とローカル変数に分かれ、それぞれ使える範囲が違います。

関数の定義では、変数の有効範囲の決まりごとを知っておく必要があるので、ここで説明します。

・グローバル変数とは関数の外部で宣言した変数

・ローカル変数とは関数の内部で宣言した変数

変数の有効範囲をスコープといいます。

グローバル変数は、それを宣言したプログラムのどの位置でも使うことができます。

一方、ローカル変数は、それを宣言した関数内でのみ使うことができます。

if や forのブロック内で宣言した変数もローカル変数です。それらはそのブロック内でのみ使うことができます。

変数はそれを宣言したブロック内で使えると覚えておきましょう。

global宣言を用いる

Python には、関数内でグローバル変数の値を変更するなら、その関数内で変数名をglobal宣言する決まりがあります。

global宣言

グローバル変数の宣言

グローバル変数の値を読み取れる範囲

global宣言する

次のプログラムで、変数のスコープとglobal の使い方を確認します。1行目の total という変数がグローバル変数で、4行目の loops がローカル変数です。

global_local.py

total = 0
def kasan():
    global total
    loops = 11
    for i in range (loops):
        total+=i
  print("totalの初期値", total)
  kasan()
  print("関数実行後のtotalの値", total)

意味

totalという変数を宣言し初期値0を代入

kasan() という関数を定義

totalをグローバル変数として扱うと宣言

loopsというローカル変数に11を代入

for文でloops回、繰り返す

totalにiの値を足し、totalに代入

totalの初期値を出力

kasan()を呼び出す

関数実行後のtotalの値を出力

実行結果

totalの初期値 0

関数実行後のtotalの値 55

解説

関数の外側の1行目の宣言した totalがグローバル変数です。この変数の値を関数内で変更するので、3行目でglobal total とグローバル宣言しています。

4行目の loops が関数内で宣言したローカル変数です。 loops はこの関数内でのみ使えます。

kasan()関数を実行すると、5~6行目の for文で0+1+2+3+4+5+6+7+8+9+10 という計算が行われ、total の値は55になります。

8行目でtotalの値を出力し、9行目でkasan() を呼び出し、10行目で再び totai の値を出力しています。kasan() を実行すると total が55になるので、10行目でその値が出力されます。

何度も行う処理を関数にすれば、無駄のないプログラムになります。

無駄がなければ、プログラムの誤動作も起きにくいです。

配列(リスト)

配列とは複数のデータをまとめて管理するために用いる、番号の付いた変数のことです。

Pythonには配列と同じ機能を持ち、配列よりも柔軟にデータを扱えるリストというものが用意されています。

配列とリストについて

配列とPythonのリストは厳密には別のものですが、リストはC言語などの配列に相当するものと考えてかまいません。アルゴリズムをはじめて学ぶ方や、他のプログラミング言語で配列を学んだ方は、配列とリストを区別する必要はなく、リスト⇒配列と考えて学習を進めて支障はありません。

リストを理解する

ここから先は Pythonの用語に合わせ、リストという語で説明します。

リストとは変数に番号を付けてデータを管理するものです。

例えば、aという名の箱がn個あるとします。このaがリストです。a[0] から a[n-1]の箱の1つ1つを要素といい、箱がいくつあるかを要素数といいます。例えば10個の箱があれば、そのリストの要素数は10です。

箱を管理する番号を添え字(インデックス)といいます。添え字は0から始まり、箱がn個あるなら、最後の添え字はn-1になります。

リストの宣言

リストは次のように記述して宣言し、初期値を代入します。Pythonではこう記した時点。

から箱 [0]、箱[1]、箱 [2] … が使えるようになります。

リストへの初期値の代入

[ ]でくくる

リスト名 = [データー, データ1, データ2, ....]

コンマで区切り、データを記述する

Python ではこの書式でリストを用意する他に、リスト名 = [] と記述して空のリストを用意し、そこに append() 命令などで後から要素を追加することができます。

複数のデータを扱う

リストで複数のデータを扱うプログラムを確認します。次のプログラムには item と priceという2つのリストが記されています。

リスト名の付け方のルールは、変数名の付け方と一緒です。

array_1.py

item ["薬草", "毒消し","たいまつ", "短剣", "木の盾"]
price = [10, 20, 40, 200, 120]
for i in range(5):
    print(item[i], "の値段は", price[i])

意味

itemというリストを宣言し、文字列を代入

priceというリストを宣言し、数を代入

繰り返しiは0から4まで5回繰り返す

item[i]とprice[i]の値を出力

実行結果

薬草の値段は10

毒消しの値段は20

たいまつの値段は 40

短剣の値段は 200

木の盾の値段は120

解説

1~2行目で定義したデータを、3~4行目の for と print() で出力しています。

リストと for はセットで使うことが多いので、このプログラムでその使い方をつかんでおきましょう。

二次元リスト

itemとprice はそれぞれ一次元のリストです。多次元のリストも宣言できます。よく使われる二次元リストについて説明します。

二次元リストは縦方向と横方向に添え字を用いてデータを管理します。

二次元リストのイメージ

a[y軸][x軸]

a[0][0] a[0][1] a[0][2] a[0][3]

a[1][0] a[1][1] a[1][2] a[1][3]

a[2][0] a[2][1] a[2][2] a[2][3]

二次元リストのデータの横の並びを行、縦の並びを列といいます。

二次元リストの宣言

Pythonでは次のように記述して二次元リスト宣言し、初期値を代入します。

二次元リストの宣言例

data = [  ← はじまりの [ 
	[ 100, 200, 300, 400, 500], ←各行を , で記述する
	[-1 , -2 , -3 , -4 , -5],
	[55, 66, 77, 88, 99]  #最後の行の , は不要
] #終わりの]

二次元リストを用いたプログラム

二次元リストを用いたプログラムを確認します。

array_2.py

data = [
	[100, 200, 300, 400, 500),
	[ -1, -2, -3, -4, -5],
	[ 55, 66, 77, 88, 99]
]
print(data[0][0])
print(data[1][1])
print(data[2][4])

意味

dataという名の二次元リストに初期値を代入

1行目の初期値

2行目の初期値

3行目の初期値

data[0][0]の値を出力

data[1][1]の値を出力

data[2] [ 4]の値を出力

実行結果

100

-2

99

解説

1~5行目で二次元リストに初期値を代入し、6~8行目で3つの要素の値を出力しています。プログラム自体は難しいものではありませんが、慣れないうちは、リスト名 [y][x]のyとxの値がいくつの箱にどのデータが入っているか、つかみにくいものです。

プログラムを照らし合わせて、添え字の番号を理解しましょう。

二次元リストを理解できるかどうかが1つの山になります。

二次元リストは全く新しい知識ではなく、表やロッカーのように

データや物が管理しやすい仕組みを、コンピュータ内に用意したものです。

それとリストの添え字は0から始まることに注意してください。

Pythonのデータ型

変数やリストのデータ型とは、その箱でどのようなタイプのデータを扱うかという意味です。データ型を単に型ということもあります。

プログラミングを習得するにはデータ型を理解する必要があります。このコラムではPythonのデータ型について説明します。

Python には次のデータ型があります。

・整数型(int型)123 0 50000

・小数型(float型) -5.5 3.14 10.0

※厳密には浮動小数点数型といいます。

・文字列型(string型)Python アルゴリズム

・論理型(bool型) True False

例えばa = 10 と記述するとaは整数型の変数になり、b = 10.0 と記述するとbは小数型の変数になります。c=a+bとすると、cは20.0 という小数型の値になります。

論理型の値はTrue (真)とFalse(偽)の2つです。 if の学習で、条件式が成り立ったときはTrue、成り立たなかったときは Falseになることを学びましたが、変数にTrueやFalse という値を代入することができます。

Python にはこれらの型以外に、辞書型 (dictionary)がありますが、本書では辞書型は用いず、説明は割愛します。

type()命令を使ってみる

Python では type() という関数で、変数のデータ型を知ることができます。

次のプログラムでデータ型についての理解を深めましょう。

type.py

import time
t = time.localtime()
print(t)
d = time.strftime("%Y/%m/%d %A", t)
h = time.strftime("%H:%M:%S", t)
print(d)
print(h)

意味

変数aに整数を代入

aの値と、aの型を出力

変数bに小数を代入

bの値と、bの型を出力

変数cにa+bの値を代入

この値と、この型を出力

変数sに文字列を代入

sの値と、sの型を出力

変数xにTrueを代入

xの値と、xの型を出力

変数yにFalseを代入

yの値と、yの型を出力

実行結果

10 <class 'int'>

10.0 <class 'float">

20.0 <class 'float'>

Python <class 'str'>

True <class 'bool'>

False <class 'bool'>

解説

10は整数ですが、10.0 と記せば小数の扱いになります。また"10"と記せば、それは文字列になります。これは多くのプログラミング言語に共通するルールです。覚えておきましょう。

いよいよIDLEで遊ぶミニゲームを作り、プログラムを入力することに慣れていきます。またゲームのプログラムを組みながら、初歩的なアルゴリズムを学んでいきます。

乱数の使い方

乱数とはサイコロを振って出る目のような、何が出るか判らない、ばらばらに出現する

数をいいます。ゲーム制作では乱数をよく使います。ゲームのプログラミングに入る前に、Pythonで乱数を発生させる方法を説明します。

モジュールについて

乱数はrandom モジュールを用いて発生させます。まずモジュールについて説明します。

変数やリストの使い方、条件分岐や繰り返しの命令などを学びました。変数やコンピュータに基本的な処理を行わせる命令は、特に準備なしに使うことができます。

一方、乱数を発生させたり、三角関数などで高度な計算を行うときは、Pythonに備わっているモジュールを用います。

Python にはさまざまなモジュールが用意されており、必要なモジュールを importすることで、そのモジュールに備わる機能を使うことができます。

次のモジュールを用いてゲームを制作します。

randomモジュール　乱数を発生させる

timeモジュール日時を取得する、時間の計測を行う

tkinterモジュール　画面にウィンドウを表示し、GUIの部品を配置する

tkinter.messageboxモジュール　メッセージボックスを表示する

これらの他に datetime モジュールや calendar モジュールなどもあります。

random モジュールの使い方

乱数を使うには random モジュールをインポートし、乱数を発生させる命令を記述します。

次のプログラムでモジュールの使い方と乱数の作り方を確認します。

このプログラムは、1から6のいずれかの数を10回出力します。

rand.py

import random
for i in range(10):
  r = random.randint(1, 6)
  print(r)

意味

randonモジュールをインポート

繰り返し10回繰り返す

変数rに1から6の乱数を代入

その値を出力

実行結果

25346165

解説

モジュールを用いるには、1行目のように import モジュール名と記述します。

モジュールに備わる命令(関数)を使うには、3行目のようにモジュール名、そのモジュールに備わった関数名と記述します。このプログラムでは randint()関数で、乱数の最小値と最大値を指定し、乱数を発生させています。

コンピュータが作る乱数は、さいころを振って出る目のような真の乱数ではなく、計算によって作り出される「疑似乱数」と呼ばれるものです。

乱数を発生させる命令

Pythonには乱数を発生させる命令として、次のようなものがあります。

小数の乱数

r=random.random()

rに0以上1未満の小数の乱数が代入される

整数の乱数

r=random.randint(1,6)

rに1から6のいずれかの整数が代入される

整数の乱数2

r=random.randrange(10,20,2)

rに10,12,14,16,18のいずれかが代入される

randrange(start,stop,step)で発生させる乱数は start から stop未満になります。stopの値は入りません。

複数の項目からランダムに選ぶ

r=random.choice([7,8,9])

rに7、8、9のいずれかが代入される

2項目はいくつでも記述できます。choice(["文字列0","文字列1", "文字列2"]) ように文字列を羅列し、いずれかを選ばせることもできます。

おみくじアプリ

random.choice()を使った“おみくじ”のプログラムを紹介します。

omikuji.py

import random
KUJI = ["大大吉", "大吉", "中吉", "小吉", "凶"]
input("おみくじを引きます([Enter]キー)")
print(random.choice(KUJI))

意味

randomモジュールをインポート

おみくじの文字をリストで定義

説明文を表示、Enterキーの入力を待つ

ランダムに文字列を出力

実行結果

おみくじを引きます([Enter]キー)

中吉

解説

このプログラムを実行すると「おみくじをひきます([Enter]キー)」と表示され、 Enterーを押すと、2行目で定義した文字列のいずれかを4行目のchoice() 命令で出力します。3行目の input() は Enterキーが押されるのを待つために使っています。

単語入カゲームを作ろう

いよいよミニゲームの制作を始めます。1本目は「単語入カゲーム」です。まずは十数行程度のプログラムを組むのに慣れることを目標に学習を進めてください。