クラスとオブジェクト

章末演習（10問）

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1. 章末演習章末演習 1▶ この演習を開く

   書名と価格を持つクラス Book を定義し，2冊の情報と価格の合計を表示します。

   入力

   • キーボード入力なし（input() は使わない）。
   • プログラム内で次の2つのインスタンスを作ります。
   • b1 = Book("Python入門", 2400)
   • b2 = Book("データ分析", 3100)

   処理条件

   • class Book: を定義し，__init__(self, title, price) で受け取った値をインスタンスの属性 title（文字列）と price（整数）に保存します。
   • リスト [b1, b2] を for 文で先頭から順に処理し，属性を参照して1冊ずつ表示します。
   • 合計は変数 total を0で始め，同じ for 文の中で += によって足します。組み込み関数 sum と dataclasses モジュールは使いません。

   出力

   • 1冊につき1行，「書名: 価格円」と表示します。コロンは半角で，その後に半角空白1個を置く。「円」は全角で，数値の直後に空白なしで続ける。
   • 最後の行は「合計」，半角空白，合計金額，半角空白，「円」の順に表示します。
   • 出力は全3行。実行例と同じ順序・同じ文字（半角・全角，大文字・小文字を含む）で表示します。実行例にない見出し・空行・余分な空白・デバッグ用の表示は出さない（assert は何も表示しないので自己確認に使ってよい）。

   実行例

   Python入門: 2400円
   データ分析: 3100円
   合計 5500 円
   

   ヒントを見る

   クラスの定義（初期化で何を属性として残すか），インスタンスの作成，属性を読んで表示・合計する部分，の順に組み立てよう。初期化メソッドの引数は，self を通して代入しないとメソッドの終了とともに消えてしまう。

2. 章末演習章末演習 2▶ この演習を開く

   数を数えるクラス Counter を作り，2つのインスタンスが別々の値を持つことを確かめる。

   入力

   • キーボード入力なし（input() は使わない）。
   • 2つのインスタンス a = Counter() と b = Counter() をプログラム内で作ります。

   処理条件

   • __init__(self) で属性 count を0にします。count はクラス直下に書かず，インスタンスの属性として持つ。
   • increment(self, step=1) は count を step だけ増やす。引数を省略したときは1増える。step には正の整数だけを渡す。
   • reset(self) は count を0に戻す。どのメソッドも値を返さず，メソッドの中では表示しません。
   • 次の順に操作する：a.increment()，a.increment()，a.increment(5)，b.increment()，1行目を表示，a.reset()，2行目を表示。

   出力

   • 各行は「a: aの値 b: bの値」とします。a と b は半角小文字，コロンは半角で，コロンの後と数値の後に半角空白を1個ずつ置く。
   • 1行目はリセット前，2行目は a.reset() の後の値。
   • 出力は全2行。実行例と同じ順序・同じ文字（半角・全角，大文字・小文字を含む）で表示します。実行例にない見出し・空行・余分な空白・デバッグ用の表示は出さない（assert は何も表示しないので自己確認に使ってよい）。

   実行例

   a: 7 b: 1
   a: 0 b: 1
   

   ヒントを見る

   引数を省略したときの値は，呼び出す側ではなくメソッドの仮引数の側に書いておきます。a を操作したのに b の値まで変わるなら，値をクラス全体で共有する場所に置いていないか確認しましょう。

3. 章末演習章末演習 3▶ この演習を開く

   幅と高さを持つクラス Rectangle に，値を返すメソッドと状態を変えるメソッドを作り分ける。

   入力

   • キーボード入力なし（input() は使わない）。
   • プログラム内で r1 = Rectangle(3, 4) と r2 = Rectangle(5, 5) を作ります。幅・高さ・倍率はすべて正の整数とします。

   処理条件

   • __init__(self, width, height) で属性 width と height に保存します。
   • area() は面積を，perimeter() は周の長さを整数で返します。is_square() は幅と高さが等しければ True，そうでなければ False を返します。
   • scale(self, k) は幅と高さをそれぞれ k 倍に書き換え，値は返しません。
   • どのメソッドの中でも print は使わず，表示はクラスの外で行います。
   • [r1, r2] を for 文で処理して1・2行目を表示し，その後 r1.scale(2) を実行して3行目を表示します。

   出力

   • 1・2行目は「幅x高さ 面積:値 周:値 正方形:値」とします。x は半角小文字，コロンは半角でコロンの後に空白を置きません。項目の間は半角空白1個。真偽値は True/False と表示します。
   • 3行目は「拡大後 幅x高さ 面積:値」とします。
   • 出力は全3行。実行例と同じ順序・同じ文字（半角・全角，大文字・小文字を含む）で表示します。実行例にない見出し・空行・余分な空白・デバッグ用の表示は出さない（assert は何も表示しないので自己確認に使ってよい）。

   実行例

   3x4 面積:12 周:14 正方形:False
   5x5 面積:25 周:20 正方形:True
   拡大後 6x8 面積:48
   

   ヒントを見る

   4つのメソッドを「結果を返すもの」と「自分の属性を書き換えるもの」に分けてから書こう。面積を属性として保存してしまうと，拡大した後に古い値が残ることに注意します。

4. 章末演習章末演習 4▶ この演習を開く

   入出金の履歴を残す口座クラス Account を作り，残高不足の出金を正しく拒否します。

   入力

   • キーボード入力なし（input() は使わない）。
   • プログラム内で acc = Account("山田", 1000) を作ります。金額はすべて正の整数とします。

   処理条件

   • __init__(self, owner, balance=0) で属性 owner（名義），balance（残高），history（空のリスト）を用意します。history はインスタンスごとに新しいリストにします。
   • deposit(self, amount) は残高に加え，history に文字列「入金 金額」を追加します。
   • withdraw(self, amount) は，amount が残高以下なら残高から引いて「出金 金額」を追加し True を返す（残高ちょうどの出金は成功し，残高は0になる）。残高より大きければ残高を変えずに「出金失敗 金額」を追加し False を返します。
   • 文字列中の区切りは半角空白1個。メソッドの中では表示しません。
   • 操作順：acc.deposit(500)，ok1 = acc.withdraw(2000)，ok2 = acc.withdraw(300)。

   出力

   • 1行目「出金1回目: 戻り値」，2行目「出金2回目: 戻り値」，3行目「残高: 残高」，4行目「履歴:」を表示します。コロンは半角で，値がある行はコロンの後に半角空白1個を置く。
   • 5行目以降に history の要素を先頭から1行に1つずつ表示します。
   • 出力は全7行。実行例と同じ順序・同じ文字（半角・全角，大文字・小文字を含む）で表示します。実行例にない見出し・空行・余分な空白・デバッグ用の表示は出さない（assert は何も表示しないので自己確認に使ってよい）。

   実行例

   出金1回目: False
   出金2回目: True
   残高: 1200
   履歴:
   入金 500
   出金失敗 2000
   出金 300
   

   ヒントを見る

   出金できるかどうかは，残高を減らす前に判定します。失敗の場合を先に処理して戻ってしまうと，成功の場合の処理を深く字下げせずに書けます。境界（残高と同じ額）がどちらに入るかを比較演算子で確かめましょう。

5. 章末演習章末演習 5▶ この演習を開く

   親クラス Animal と，鳴き声だけを上書きする子クラス Dog・Cat を作り，同じメソッド呼び出しで異なる結果が出ることを確かめる。

   入力

   • キーボード入力なし（input() は使わない）。
   • プログラム内で pets = [Dog("ポチ"), Cat("タマ"), Animal("カメ吉")] を作ります。

   処理条件

   • Animal は __init__(self, name) で属性 name を保存し，speak() は文字列 "……"（全角の三点リーダー「…」を2個）を返します。
   • Animal の introduce() は「名前: 鳴き声」の文字列を返します。鳴き声は文字列を直接書かず，speak() を呼び出して得る。
   • Dog と Cat は Animal を継承し，speak() だけを定義してそれぞれ "ワン"，"ニャー" を返します。子クラスには __init__ も introduce も書きません。
   • pets を for 文で処理し，各要素の introduce() の戻り値を表示します。メソッドの中では表示しません。

   出力

   • 1匹につき1行，「名前: 鳴き声」と表示します。コロンは半角で，その後に半角空白1個を置く。
   • 出力は全3行。実行例と同じ順序・同じ文字（半角・全角，大文字・小文字を含む）で表示します。実行例にない見出し・空行・余分な空白・デバッグ用の表示は出さない（assert は何も表示しないので自己確認に使ってよい）。

   実行例

   ポチ: ワン
   タマ: ニャー
   カメ吉: ……
   

   ヒントを見る

   自己紹介の文の組み立ては親クラスに1回だけ書きます。その中で鳴き声を得るときに自分自身のメソッドを呼ぶと，実際のインスタンスが子クラスなら子クラスの定義が使われます。

6. 章末演習章末演習 6▶ この演習を開く

   社員クラス Employee を継承して手当付きの Manager を作り，super() で親の処理を再利用して給与を計算します。

   入力

   • キーボード入力なし（input() は使わない）。
   • プログラム内で staff = [Employee("青木", 250000), Manager("井上", 300000, 50000), Employee("上田", 230000)] を作ります。金額はすべて整数。

   処理条件

   • Employee は __init__(self, name, base) で属性 name と base を保存し，salary() は base を返します。
   • Manager(Employee) の __init__(self, name, base, allowance) は，super().__init__(name, base) で名前と基本給を設定してから属性 allowance を保存します。
   • Manager の salary() は super().salary() の結果に allowance を足して返します。self.base を直接足す書き方はしません。
   • staff を for 文で処理して各人を表示し，合計は変数 total に += で足します。組み込み関数 sum は使いません。

   出力

   • 1人につき1行，「名前 給与」と表示する（半角空白1個で区切る。カンマ区切りや「円」は付けない）。
   • 最後の行は「合計 合計額」とします。
   • 出力は全4行。実行例と同じ順序・同じ文字（半角・全角，大文字・小文字を含む）で表示します。実行例にない見出し・空行・余分な空白・デバッグ用の表示は出さない（assert は何も表示しないので自己確認に使ってよい）。

   実行例

   青木 250000
   井上 350000
   上田 230000
   合計 830000
   

   ヒントを見る

   子クラスでは親と同じ代入を書き直さず，親の初期化を呼んだ後で増えた属性だけを足します。給与の計算も同じ考え方で，親の計算結果に差分を加える。

7. 章末演習章末演習 7▶ この演習を開く

   平面上の点を表すクラス Point に特殊メソッドを定義し，+・==・print を自作クラスで使えるようにします。

   入力

   • キーボード入力なし（input() は使わない）。
   • プログラム内で a = Point(1, 2)，b = Point(3, 4) を作ります。座標は整数とします。

   処理条件

   • __init__(self, x, y) で属性 x，y を保存します。
   • __str__ は「(x, y)」の形の文字列を返す（半角かっこ，半角カンマの後に半角空白1個）。
   • __add__(self, other) は座標どうしを足した新しい Point を返します。self と other の属性は書き換えません。
   • __eq__(self, other) は x と y が両方等しいときだけ True を返します。__ne__ は定義しない（Python は __eq__ の結果を反転して != を求める）。
   • 次の順に表示する：p = a + b として print(p)，print(a)，print(p == Point(4, 6))，print(Point(0, 0) != Point(0, 1))。

   出力

   • 1行目は和の点，2行目は足す前の a（変化していないことの確認），3・4行目は比較の結果を True/False で表示します。
   • 出力は全4行。実行例と同じ順序・同じ文字（半角・全角，大文字・小文字を含む）で表示します。実行例にない見出し・空行・余分な空白・デバッグ用の表示は出さない（assert は何も表示しないので自己確認に使ってよい）。

   実行例

   (4, 6)
   (1, 2)
   True
   True
   

   ヒントを見る

   `+` の結果は「新しい点」なので，足し算のメソッドでは自分の属性を書き換えず，計算した座標から新しいインスタンスを作って返します。表示用のメソッドは print するのではなく文字列を返す点にも注意しましょう。

8. 章末演習章末演習 8▶ この演習を開く

   品名と個数を辞書で管理する在庫クラス Inventory を作り，len() と print() に対応させる。

   入力

   • キーボード入力なし（input() は使わない）。
   • プログラム内で inv = Inventory() を作ります。個数はすべて正の整数とします。

   処理条件

   • __init__ で空の辞書を属性 items に用意する（キー：品名，値：個数）。
   • add(name, qty) は個数を加える。未登録の品名なら新しく登録します。
   • remove(name, qty) は，現在の個数（未登録なら0とみなす）が qty 以上なら減らして True を返し，0個になった品名は辞書から削除します。足りなければ何も変えずに False を返します。
   • __len__ は品目数を返します。__str__ は品名を sorted の順（文字コード順）に並べ，「品名:個数」をカンマと半角空白「, 」で区切った文字列を返します。在庫が空なら空文字列を返します。
   • collections モジュールは使いません。
   • 操作順：add("ペン", 10)，add("ノート", 3)，add("ペン", 5)，r1 = remove("ノート", 3)，r2 = remove("ペン", 20)，r3 = remove("鉛筆", 1)，add("消しゴム", 2)（各メソッドは inv. を付けて呼ぶ）。

   出力

   • 1〜3行目は r1〜r3 を「ノート3個の削除: 値」「ペン20個の削除: 値」「鉛筆1個の削除: 値」と表示します。
   • 4行目は len(inv) を使って「品目数: 値」，5行目は inv をそのまま埋め込んで「在庫: 文字列」と表示します。コロンは半角で，その後に半角空白1個を置く。
   • 出力は全5行。実行例と同じ順序・同じ文字（半角・全角，大文字・小文字を含む）で表示します。実行例にない見出し・空行・余分な空白・デバッグ用の表示は出さない（assert は何も表示しないので自己確認に使ってよい）。

   実行例

   ノート3個の削除: True
   ペン20個の削除: False
   鉛筆1個の削除: False
   品目数: 2
   在庫: ペン:15, 消しゴム:2
   

   ヒントを見る

   未登録の品名を個別の if で分けなくても，辞書から値を取り出すときに既定値を指定できるメソッドを使えば，加算と在庫確認を同じ形の式で書けます。0個になったときの削除を忘れると品目数が合わなくなります。

9. 章末演習章末演習 9▶ この演習を開く

   図形の親クラス Shape に比較と表示の特殊メソッドを置き，子クラス Circle・Rect を面積順に並べる。

   入力

   • キーボード入力なし（input() は使わない）。
   • プログラム内で shapes = [Rect(3, 4), Circle(1), Rect(2, 2), Circle(2)] を作ります。

   処理条件

   • Shape には __lt__(self, other)（面積が小さいほうを「小さい」とする）と __str__（「名前 面積 値」の文字列を返す）だけを定義します。
   • Circle(r) は __init__ で属性 name を "円"，r を半径とし，area() は math.pi * r ** 2 を返します。
   • Rect(w, h) は __init__ で属性 name を "長方形"，w・h を幅・高さとし，area() は w * h を返します。
   • sorted(shapes) で並べ替える。key= 引数は使わず，__lt__ による比較で並べること。面積が等しい図形はこのデータにはありません。
   • 並べた順に図形を表示し，丸める前の面積を変数 total に += で足します。

   出力

   • 図形1個につき1行，「名前 面積 値」と表示します。区切りは半角空白1個。面積は f-string の書式 .2f で小数第2位まで表示する（整数の面積も「4.00」のように表示する）。
   • 最後の行は「合計 値」とし，値は同じく .2f で表示します。
   • 出力は全5行。実行例と同じ順序・同じ文字（半角・全角，大文字・小文字を含む）で表示します。実行例にない見出し・空行・余分な空白・デバッグ用の表示は出さない（assert は何も表示しないので自己確認に使ってよい）。

   実行例

   円 面積 3.14
   長方形 面積 4.00
   長方形 面積 12.00
   円 面積 12.57
   合計 31.71
   

   ヒントを見る

   並べ替えは要素どうしを「小なり」で比べて行われます。比較と表示を親クラスに書き，その中で各図形自身の面積メソッドを呼べば，子クラスには面積の求め方だけを書けばよいでしょう。合計は表示用に丸めた値ではなく元の面積で足そう。

10. 章末演習章末演習 10▶ この演習を開く

    生徒クラス Student と，生徒をまとめて管理する Classroom を作り，平均点の順位表を表示します。

    入力

    • キーボード入力なし（input() は使わない）。
    • プログラム内で room = Classroom() を作り，次の3人を room.add(...) で順に加える。
    • Student("伊藤", [80, 90, 70])
    • Student("加藤", [95, 85, 90])
    • Student("小林", [60, 75, 72])

    処理条件

    • Student(name, scores) は属性 name と scores（1個以上の整数のリスト）を持ち，average() は平均点を返す（sum と len を使ってよい）。
    • Classroom は __init__ で空のリストを用意し，add(student) で生徒を加え，__len__ で人数を返します。
    • ranking() は (平均点, 名前) のタプルのリストを平均点の高い順に並べて返します。このデータに同じ平均点の生徒はいません。
    • 順位の番号は第12章の enumerate（start=1）で付ける。番号を自分で数える変数は使いません。

    出力

    • 1行目は len(room) を使って「人数: 値」と表示する（コロンは半角，後ろに半角空白1個）。
    • 2行目以降は順位の高い順に「順位位 名前 平均点」と表示します。区切りは半角空白1個，平均点は .1f で小数第1位まで表示します。
    • 出力は全4行。実行例と同じ順序・同じ文字（半角・全角，大文字・小文字を含む）で表示します。実行例にない見出し・空行・余分な空白・デバッグ用の表示は出さない（assert は何も表示しないので自己確認に使ってよい）。

    実行例

    人数: 3
    1位 加藤 90.0
    2位 伊藤 80.0
    3位 小林 69.0
    

    ヒントを見る

    タプルどうしの比較は先頭の要素から行われます。どの値を先頭に置けば並べ替えがそのまま順位順になるかを考えよう。enumerate が返す組をそのまま分解すれば，順位と中身を同時に受け取れます。