変数と計算

前の章のプログラムには，100 や 90 といった数が そのまま何度も書かれていました．絵を少し大きくしたいと思ったら， その 100 を全部探して書き換えなければなりません． 5 か所なら我慢できますが，50 か所ならどうでしょうか． しかも 1 か所でも直し忘れたら，形が崩れます．

今回は変数（へんすう）を習います． 数に名前をつけてコンピュータに覚えさせておき，あとはその名前で呼び出す，という仕組みです． これを使うと，「1 辺の長さ」を 1 か所に書くだけで， 絵全体の大きさをいっぺんに変えられるようになります． さらに，覚えさせた数どうしで計算させたり， 人に入力してもらった数を使ったりできるようになります．

3.1　同じ数を何度も書くのはつらい

前の章の「家」のプログラムを思い出してください． 屋根の 3 辺と，かべの 4 辺で，fd(100) が合計 7 回出てきます．

from turtle import *

# 屋根を描く
lt(60)
fd(100)
rt(120)
fd(100)
rt(120)
fd(100)

# かべを描く
lt(90)
fd(100)
lt(90)
fd(100)
lt(90)
fd(100)
lt(90)
fd(100)

done()

この家を1.5 倍にしてみてください，と言われたらどうしますか． 7 か所すべてを 150 に書き換えることになります． さらに「やっぱり 1.2 倍で」と言われたら，また 7 か所です．

3.2　変数を使う

3.2.1　変数を使った家

同じ家を，変数を使って書き直します．変わったのは最初の 1 行と， 100 と書いていたところが length になったところだけです．

from turtle import *

length = 100      # 1 辺の長さ

# 屋根を描く
lt(60)
fd(length)
rt(120)
fd(length)
rt(120)
fd(length)

# かべを描く
lt(90)
fd(length)
lt(90)
fd(length)
lt(90)
fd(length)
lt(90)
fd(length)

done()

右側で開いて，length = 100 の 100 だけを 60 や 150 に書き換えて実行してみてください． 1 か所直すだけで，家全体の大きさが変わります．

3.2.2　変数は名前のついた箱

コンピュータにはメモリという，数を覚えておく場所があります． 変数とは，そのメモリの一区画に名前をつけて予約したものです． ふつうは「名前の書かれた箱」にたとえます． 箱の中に入っている数のことを値（あたい）といいます．

• 箱はいくつでも作れます（メモリの許す限り）．
• 1 つの箱には1 つの名前をつけます．
• 箱の中身はあとから入れ替えられます．だから「変わる数」＝変数といいます．
• 中身を取り出しても，箱の中身は減りません．何度でも読み出せます．

3.2.3　代入 — = は「等しい」ではない

length = 100 という 1 行を代入文といいます． この = は，算数の「等号」ではありません． 「右にあるものを，左の箱に入れなさい」という命令です． 読むときも「length イコール 100」ではなく， 「length に 100 を入れる」と読んでください．

length = 100
#  ↑       ↑
#  入れ先   入れるもの

= が命令だと分かると，Python の実行の順番も見えてきます． 代入文は，必ず右side を先に計算してから，左の箱に入れます．

3.2.4　変数を書くと中身に置き換わる

fd(length) と書くと，Python はまず length の箱をのぞき， 中身の 100 を取り出します．そのうえで fd(100) を実行します． この「箱をのぞいて値にする」ことを評価といいます．

次のプログラムで，箱の中身が実際に取り出せることを確かめてください．

length = 100
angle = 90

print(length)
print(angle)
print(length)     # 何度でも取り出せる

実際に失敗させてみましょう．次のプログラムは，順番が入れ替わっているだけです．

print(length)     # ← まだ length という箱は無い
length = 100

1 行目: NameError: name 'length' is not defined と出ます． 「length という名前は知りません」という意味です． 2 行目で作ってはいるのですが，1 行目の時点ではまだ存在していません． 2 行を入れ替えれば動きます．やってみてください．

from turtle import *

length = ____       # 1 辺の長さを 130 にする

pensize(3)
pencolor("teal")

fd(____)
rt(120)
fd(____)
rt(120)
fd(____)
rt(120)

done()

3.3　変数の名前の付け方

3.3.1　変数はいくつでも作れる

変数は 1 つだけではありません．いくつでも作れます． ただし区別するために，それぞれ違う名前をつけなければなりません． 次のプログラムは，「1 辺の長さ」と「直角」の 2 つを変数にしています．

from turtle import *

length = 100          # 1 辺の長さ
right_angle = 90      # 直角

# 屋根を描く
lt(60)
fd(length)
rt(120)
fd(length)
rt(120)
fd(length)

# かべを描く
lt(right_angle)
fd(length)
lt(right_angle)
fd(length)
lt(right_angle)
fd(length)
lt(right_angle)
fd(length)

done()

3.3.2　名前に使ってよい文字

変数の名前は自由につけられますが，Python には次のきまりがあります．

1. 使えるのは英字（a〜z，A〜Z）・数字（0〜9）・アンダースコア _ だけ．空白や - + ! などの記号は使えない．
2. 先頭に数字は使えない．2x はだめ，x2 はよい．
3. 予約語（Python があらかじめ使っている単語）は使えない．
4. 大文字と小文字は別の名前．length と Length は違う箱になる．

表を読むだけでは身につきません．実際にエラーを見ておきましょう． 次のプログラムには，わざとだめな名前が 3 つ書いてあり， どれもコメントアウトしてあります． 1 行ずつ # を外して実行し，どんなエラーになるか確かめてください．

# 1 つずつ # を外して実行してみる（外すのは 1 行だけ）

# 2nd_name = "鈴木"      # 先頭が数字
# first name = "太郎"    # 空白が入っている
# from = "広島"          # 予約語

length = 100              # これは正しい名前
print(length)

どれも SyntaxError（文法の誤り）になります． 2nd_name は invalid decimal literal （数の書き方がおかしい）と言われます．先頭が 2 なので， Python は数を書こうとしていると思って読み始めてしまうのです． 残りの 2 つは invalid syntax です． first name が怒られるのは，Python が first と name という 2 つの単語だと 読んでしまうからです．

3.3.3　予約語

Python が文法のために使っている単語を予約語（キーワード）といいます． これらは変数名に使えません．今は覚えなくてよいですが， 見慣れない色がついたら予約語だと思ってください （右側のコード欄では色が変わります）．

False    None     True     and      as       assert   async
await    break    class    continue def      del      elif
else     except   finally  for      from     global   if
import   in       is       lambda   nonlocal not      or
pass     raise    return   try      while    with     yield

3.3.4　意味のある名前をつける

a や x でも動きます．しかし 1 週間後の自分は， a が何の数だったか覚えていません． 名前は，読む人へのいちばん短い説明です．

3.4　計算させる

3.4.1　式と演算子

コンピュータはもともと計算機です． length * 2 のように書けば，かけ算をしてくれます． このような計算の書き方を式， + や * の記号を演算子といいます．

a = 17
b = 5

print(a + b)
print(a - b)
print(a * b)
print(a / b)      # 割り算       → 3.4
print(a // b)     # 商           → 3
print(a % b)      # 余り         → 2
print(a ** 2)     # 17 の 2 乗   → 289

3.4.2　/ と // の違い

ここは必ず引っかかるところです．Python の / は， 割り切れても小数になります．

print(10 / 2)      # 5.0   ← 5 ではない！
print(10 // 2)     # 5
print(10 / 3)      # 3.3333333333333335
print(10 // 3)     # 3
print(-7 // 2)     # -4    ← 小さいほうへ切り捨てる

3.4.3　余り % の使いどころ

% は「割ったときの余り」を求めます． 地味に見えますが，プログラミングでは非常によく使います．

• n % 2 が 0 なら偶数，1 なら奇数．
• n % 3 は 0・1・2 のどれかになるので，「3 種類の色を順に使う」といった使い方ができる（第 7 章で使います）．
• total % member で，割り勘の「割り切れなかったぶん」が求められる．

print(10 % 2)     # 0  → 10 は偶数
print(11 % 2)     # 1  → 11 は奇数
print(14 % 3)     # 2
print(13000 % 7)  # 割り勘のあまり

3.4.4　計算の順番とかっこ

算数と同じで，かけ算・割り算が先，足し算・引き算が後です． べき乗 ** はさらに先に計算されます． 順番を変えたいときは，算数と同じくかっこを使います．

print(2 + 3 * 4)        # 14   （3 * 4 が先）
print((2 + 3) * 4)      # 20   （かっこが先）
print(100 / 2 * 5)      # 250.0（左から順に）
print(100 / (2 * 5))    # 10.0

a = 17
b = 5

print(a ____ b)     # 3.4 と出したい
print(a ____ b)     # 3   と出したい
print(a ____ b)     # 2   と出したい

3.4.5　計算させてみる — 月まで何日かかるか

コンピュータに計算させる練習をしましょう． 月まで，時速 80 km の車で行くと何日かかるかを求めます． 月までの距離は約 384400 km です．

手で計算するのは大変ですが，やることは単純です． 距離 ÷ 速さで何時間かかるかが出て， それを 24 で割れば日数になります． 大事なのは，一気に書かずに，途中の結果に名前をつけながら進めることです．

distance = 384400     # 月までの距離（km）
speed = 80            # 車の時速（km/h）

hours = distance / speed     # かかる時間（時間）
days = hours / 24            # 日に直す

print(hours)
print(days)

4805.0 時間，200.208… 日と出ます． 休まず走り続けても 200 日．月は遠いのです．

3.4.6　計算した結果を変数に入れる

計算した結果も，もちろん変数に入れられます． 次のプログラムは，大きい家と，その半分の大きさの家を並べて描きます． 小さい家の 1 辺は length // 2 で求めています．

from turtle import *

length = 100          # 大きい家の 1 辺
small = length // 2   # 小さい家の 1 辺 ＝ その半分

pensize(2)

# ---- 大きい家 ----
pu()
goto(-150, -60)
pd()

lt(60)
fd(length)
rt(120)
fd(length)
rt(120)
fd(length)

lt(90)
fd(length)
lt(90)
fd(length)
lt(90)
fd(length)
lt(90)
fd(length)

# ---- 小さい家 ----
pu()
goto(50, -60)
lt(180)        # 向きを右向きに戻す
pd()

lt(60)
fd(small)
rt(120)
fd(small)
rt(120)
fd(small)

lt(90)
fd(small)
lt(90)
fd(small)
lt(90)
fd(small)
lt(90)
fd(small)

ht()
done()

length = 100 の 100 を 140 にすると， 小さい家も自動的に 70 になります． 「半分」という関係が，プログラムに書き込まれているからです． 数をじかに書いていたら，こうはなりません．

from turtle import *

length = 120
small = length ____ 2      # 60 になるようにする

pensize(2)

# 大きい正方形
pencolor("navy")
fd(length)
lt(90)
fd(length)
lt(90)
fd(length)
lt(90)
fd(length)
lt(90)

# 小さい正方形（同じ場所から描き始める）
pencolor("crimson")
fd(____)
lt(90)
fd(____)
lt(90)
fd(____)
lt(90)
fd(____)
lt(90)

done()

3.5　変数の中身を書き換える

箱の中身は入れ替えられます．同じ変数に，何度でも代入してかまいません． 新しく入れると，前の中身は消えます．

x = 10
print(x)      # 10

x = 25
print(x)      # 25  （10 は消えた）

x = x + 5
print(x)      # 30

x = x * 2
print(x)      # 60

x = x + 5 は，算数として読むと 「x は x より 5 大きい」というありえない式になってしまいます． しかし = は命令でしたから，こう読みます．

1. 右側 x + 5 を先に計算する．今 x は 25 なので 30．
2. その 30 を，x の箱に入れ直す．

= の右側には，変数を書くこともできます． small = big と書くと，big の箱の中身が small の箱に写し取られます． 箱そのものが 1 つになるわけではありません．中身のコピーが渡されるだけです．

big = 100
small = big        # big の中身（100）が small に写される

print(big)         # 100
print(small)       # 100

big = 200          # big だけ入れ替える

print(big)         # 200
print(small)       # 100  ← small は 100 のまま

この「入れ直し」を使うと，だんだん大きくなる図形が描けます．

from turtle import *

pensize(2)
pencolor("darkorange")

length = 10

fd(length)
lt(90)
length = length + 12

fd(length)
lt(90)
length = length + 12

fd(length)
lt(90)
length = length + 12

fd(length)
lt(90)
length = length + 12

fd(length)
lt(90)
length = length + 12

fd(length)
lt(90)
length = length + 12

fd(length)
lt(90)
length = length + 12

fd(length)
lt(90)
length = length + 12

fd(length)
lt(90)
length = length + 12

fd(length)
lt(90)

ht()
done()

3.6　数と文字はべつもの — 型

ここで用語を 1 つ整理しておきます． プログラムがあつかうデータの一つひとつを値（あたい）といいます． fd(100) の 100 も， print("こんにちは") の "こんにちは" も値です． 箱（変数）に入れるのも，計算するのも，表示するのも，すべて値です．

値には大きく数と文字があり， 数のデータを数値，文字のデータを文字列（もじれつ）といいます． そして文字列は，必ず "（ダブルクォート）で囲む決まりでした． なぜわざわざ囲まなければならないのでしょうか．

3.6.1　3 つの型

変数に入れられるのは数だけではありません．文字も入れられます． ただし，コンピュータにとって「7」という数と 「7」という文字はまったく別のものです． この「データの種類」のことを型（かた）といいます． この教材では当面，次の 3 つを使います．

3.6.2　型を調べる — type()

a = 7
b = 7.0
c = "7"

print(type(a))    # <class 'int'>
print(type(b))    # <class 'float'>
print(type(c))    # <class 'str'>

print(a + a)      # 14      数として足された
print(c + c)      # 77      文字としてつながった！

最後の 2 行に注目してください． 7 + 7 は 14 ですが， "7" + "7" は "77" になります． 文字列に対する + は連結（つなげる）を意味するからです．

3.6.3　型は宣言しない

変数を作るときに「これは整数です」と前もって言う必要はありません． length = 100 と書けば，それだけで整数の変数ができます．

Python は，代入された値を見て型を勝手に判断します． これを動的型付けといいます． 書く量が減って楽なのですが，代わりに注意が要ります．

x = 100        # ここでは int
x = "百"       # ここで str に変わってしまう（Python は文句を言わない）
fd(x)          # ← ここで初めてエラーになる

3.6.4　小数には誤差がある

float（浮動小数点数）には誤差があります． 次のプログラムは 0.1 を 10 回足すだけですが， 結果は 1.0 になりません．

total = 0.0

total = total + 0.1
total = total + 0.1
total = total + 0.1
total = total + 0.1
total = total + 0.1
total = total + 0.1
total = total + 0.1
total = total + 0.1
total = total + 0.1
total = total + 0.1

print(total)      # 1.0 にならない！

0.9999999999999999 と表示されます． ところが 0.125 を 8 回足すと，今度はぴったり 1.0 になります．

total = 0.0

total = total + 0.125
total = total + 0.125
total = total + 0.125
total = total + 0.125
total = total + 0.125
total = total + 0.125
total = total + 0.125
total = total + 0.125

print(total)      # こちらはぴったり 1.0

3.6.5　型を変える — int()・float()・str()

型を変えたいときは，変えたい型の名前をそのまま命令として使います． これを型変換といいます．

print(int(3.7))       # 3    （四捨五入ではなく切り捨て）
print(int(-3.7))      # -3   （0 に近いほうへ切り捨て）
print(float(3))       # 3.0
print(str(25) + "点") # 25点

# 切り捨てを利用した四捨五入
x = 3.7
print(int(x + 0.5))   # 4    0.5 を足してから切り捨てる

3.6.6　文字と数をまぜて表示する

print("答えは" + 25) と書くとエラーになります． 文字列と数は + でつなげないからです． 方法は 2 つあります．

name = "かめ"
score = 25

# 方法 1：str() で文字列に直してからつなぐ
print("こんにちは，" + name + "さん．点数は" + str(score) + "点です．")

# 方法 2：f 文字列（f-string）を使う  ← おすすめ
print(f"こんにちは，{name}さん．点数は{score}点です．")

# 方法 3：print のかっこの中を , で区切る（間に空白が入る）
print("こんにちは，", name, "さん．点数は", score, "点です．")

# f 文字列の中では計算もできる
print(f"来年は{score + 1}点になりますように．")

length = 100
print(f"1 辺は{length}です")          # 1 辺は100です
print(f"半分なら{length // 2}です")   # 半分なら50です

name = "ももたろう"
age = 18

print(f"{____}さんは {____} 歳です．来年は {____} 歳ですね．")

3.7　使う人に入力してもらう

3.7.1　input() で受け取る

ここまでのプログラムは，長さを書いた人が決めていました． input() を使うと，実行する人に決めてもらうことができます． かっこの中に文字列を書くと，それが「何を入れてほしいか」の案内 （プロンプト）として表示されます．

length = input("1 辺の長さを入力してください > ")

input() のところまで来ると，プログラムはそこで止まって入力を待ちます． 右下の「コンソール」の入力行に打ち込んで Enter を押してください． まずは，受け取ったものをそのまま表示してみましょう．

text = input("好きな言葉を入力してください > ")

print("あなたが入力したのは")
print(text)
print("ですね")

3.7.2　input() の結果は必ず文字列

次のプログラムを開いて実行してみてください．わざと失敗させています．

length = input("長さを入力してください > ")

print(type(length))    # <class 'str'>  ← 文字列！
print(length + 10)     # ← ここでエラーになる

TypeError: can only concatenate str (not "int") to str と出ます．「文字列に足せるのは文字列だけです（整数は足せません）」という意味です．

そこで int() で数に直します． int(input(…)) と，かっこが二重になる形を覚えてください．

length = int(input("1 辺の長さを入力してください > "))
#        ~~~~                                      ~
#        これで文字列を整数に直す

3.7.3　入力した大きさの家を描く

from turtle import *

print("家を描きます")
length = int(input("1 辺の長さを入力してください > "))
print(f"1 辺 {length} の家を描きます")

pensize(2)
pencolor("saddlebrown")

# 屋根を描く
lt(60)
fd(length)
rt(120)
fd(length)
rt(120)
fd(length)

# かべを描く
lt(90)
fd(length)
lt(90)
fd(length)
lt(90)
fd(length)
lt(90)
fd(length)

ht()
done()

コンソールの入力行の 120 を 60 や 180 に 書き換えて，もう一度実行してみてください．

3.7.4　2 つ以上の入力を受け取る

input() を 2 回書けば，2 つの値を受け取れます． 2 回とも順番に聞かれるので，1 つずつ打ち込んで Enter を押します．

print("割り勘計算機")

total = int(input("合計金額を入力してください > "))
member = int(input("人数を入力してください > "))

amount = total // member     # 1 人あたり（切り捨て）
rest = total % member        # 割り切れなかったぶん

print(f"1 人あたり {amount} 円です")
print(f"{rest} 円あまるので，幹事が払ってください")

from turtle import *

length = ____(input("1 辺の長さを入力してください > "))

pensize(3)
pencolor("darkgreen")

fd(length)
rt(120)
fd(length)
rt(120)
fd(length)
rt(120)

print(f"1 辺 {____} の正三角形を描きました")

done()

3.7.5　親切なプログラムにする

動くプログラムと使えるプログラムは違います． 次は，3.4.5 項の「月まで何日」を入力式に直したものです． 動きますが，使う人にとっては最悪です．開いて実行してみてください．

distance = 384400
speed = int(input())

print(distance / speed / 24)

実行すると，何も言わずに入力待ちで止まります． 何を聞かれているのか分かりません．勇気を出して数を入れても， 今度は 200.20833333333334 とだけ出ます． これが何日なのか，何時間なのか，作った本人しか分かりません．

同じ計算をする，親切なほうを見てください．

print("月まで車で何日かかるか計算します")

distance = 384400     # 月までの距離（km）
speed = int(input("車の時速を km/h で入力してください > "))

hours = distance / speed     # かかる時間（時間）
days = hours / 24            # 日に直す

print(f"時速 {speed} km で走ると，月まで {hours} 時間かかります")
print(f"日に直すと，およそ {days} 日です")
print("計算を終わります")

計算しているところは 1 文字も変わっていません． 変えたのは入り口と出口の言葉だけです． それだけで，他人に渡せるプログラムになります．

print("三角形の面積を求めます")

base = int(input("____"))
height = int(input("____"))

area = base * height / 2

print(f"底辺 {base} cm，高さ {height} cm の三角形の面積は {____} 平方 cm です")

3.8　乱数 — 実行するたびに変わる数

乱数（らんすう）とは，でたらめに選ばれる数のことです． これを使うと，実行するたびに結果が変わるプログラムが作れます． Python では random という道具箱を開けて使います．

import random                      # 道具箱を開ける（1 行目あたりに書く）

n = random.randint(1, 6)           # 1 以上 6 以下の整数がでたらめに 1 つ

import random
from turtle import *

length = random.randint(50, 150)     # 50 以上 150 以下
print(f"今回の 1 辺は {length} です")

pensize(2)
pencolor("teal")

# 屋根を描く
lt(60)
fd(length)
rt(120)
fd(length)
rt(120)
fd(length)

# かべを描く
lt(90)
fd(length)
lt(90)
fd(length)
lt(90)
fd(length)
lt(90)
fd(length)

ht()
done()

何度か実行してみてください．毎回違う大きさの家が描かれます． プログラムは同じなのに，結果が変わるという経験は， 今までになかったはずです．

3.9　この章で出てきた書き方

演習

「▶ この演習を開く」で右側に読み込み，出発点のプログラムを 自分で発展させて作品にしてください． input() を使う演習には，あらかじめコンソールの入力行に値が入っています． 値を書き換えて，何度も実行して確かめてください． できあがったら「⤓ 保存」でファイルに保存して，手元に残しておきましょう．

まとめ

• プログラムがあつかうデータを値という．数のデータが数値，文字のデータが文字列．中身は 0 と 1 で区別がつかないので，文字列は " で囲んで印を付ける．
• 変数は「名前のついた箱」．数に名前をつけて覚えさせておく．
• = は等号ではなく代入の命令．右を計算してから左の箱に入れる．だから左には箱しか書けない．
• 名前は英数字と _．先頭に数字は不可，予約語は不可，大文字と小文字は別．意味のある名前をつける．
• 計算は + - * / // % **．/ は必ず小数，// は切り捨てた商，% は余り．
• 型は int（整数）・float（小数）・str（文字列）の 3 つ．Python は宣言しなくても，入れた値で型が決まる．
• float には誤差がある．2 進法で表しきれない小数があるため．
• int()・float()・str() で型を変えられる．int() は切り捨て．
• input() が持ち帰るのは必ず文字列．数として使うなら int(input(…))．
• 文字と数をまぜて表示するには f 文字列 f"…{x}…"．
• 親切なプログラムにすること．入力を求めるときは何をどんな単位で入れるのかを書き，結果には言葉と単位を添える．数だけ出しても誰にも伝わらない．
• random.randint(a, b) で，a 以上 b 以下の整数がでたらめに選ばれる．

次の回では，条件によって動きを変える方法を習います． 「入力が 1 なら家，2 なら星を描く」「大吉のときだけ星を描く」といった， 状況を見て判断するプログラムが書けるようになります． 今回おぼえた変数と入力が，そこで一気に生きてきます．