Pythonで初めてのプログラムを書く方法。初心者のためのステップバイステップガイド
この初心者向けのガイドは、Pythonプログラミングの学習したい人を対象に、初めてのPythonプログラムを作成しながらPythonの基礎知識を学習できることを目的としています。
※なお、このコンテンツで記載するバージョンはPython3を前提としています。
プログラミング初心者にとってのPython
Pythonはシンプルで読みやすいので、プログラミングの世界に飛び込もうとする初心者にとって魅力的な選択肢です。そのユーザーフレンドリーな構文は、英語を忠実に再現しているため理解しやすく、他のプログラミング言語にありがちな学習曲線が少なくなっています。さらに、Pythonは汎用性の高い高級言語であるため、Web開発からデータサイエンス、機械学習まで、さまざまな用途で強力なツールとなります。
Pythonが世界中の産業で広く使われていることも、今日のデジタル時代におけるPythonの重要性が高まっていることを示しています。Pythonの開発者の強固なコミュニティは、ライブラリやフレームワークの豊富なコレクションに貢献し、複雑なタスクを簡素化し、Pythonの機能を拡張しています。したがって、初心者がPythonをマスターすることは、プログラミング概念の強力な基礎を身につけるだけでなく、技術分野で有望なキャリアを築くための準備にもなります。
Pythonを学ぶことのメリット
Pythonは、いくつかの理由からプログラミング初心者のための最初の言語として非常に推奨されていることが特徴です。第一に、その構文はきれいで理解しやすく、エラーの可能性を減らし、コードを読みやすく書きやすくしています。第二に、Pythonの哲学はシンプルさと明快さを重視しており、それはデザインにも反映されています。このため、Pythonは「制御フロー」「データ構造」「オブジェクト指向プログラミング」などの基本的な概念を把握するのに最適なツールとなっています。
また、Pythonは学習者に広大な可能性を与えてくれます。Webやゲーム開発からデータ分析、機械学習、人工知能まで、Pythonはその汎用性の高さから、さまざまな分野で選ばれている言語です。Pythonのスキルに対する需要は雇用市場で高く、技術分野で有利なキャリアを築くために学ぶべき貴重な言語となっています。さらに、Pythonの大規模で活発なコミュニティは学習者に膨大なリソースとサポートを提供し、初心者にとって学習環境をより豊かなものにしています。
Pythonで始める： 環境を整える
Pythonプログラミング環境の構築は、Pythonプログラミングの学習に向けた最初のステップです。Pythonをコンピュータにインストールし、Pythonのコードを書いて実行する統合開発環境（IDE）を選択する必要があります。Windows、MacOS、LinuxのどのOSを使用していても、セットアップのプロセスは比較的簡単です。
インストールを始める前に、Pythonがすでにシステムにインストールされているかどうかを確認することが重要で、OSによっては、Pythonのプレインストールバージョンが付属しています。これは、コマンドラインインターフェイスで「python」と入力し、Enterを押すことで行うことができます。Pythonがインストールされている場合は、Pythonのバージョンが表示されます。そうでない場合は、Pythonをダウンロードし、インストールする必要があります。
Pythonのダウンロードとインストール
Pythonのダウンロードとインストールは、比較的簡単なプロセスです。まず、Pythonの公式サイトにアクセスし、「Downloads」タブに移動する必要があります。ここでは、さまざまなOSで利用可能なPythonの最新バージョンを見つけることができます。自分のOSに合ったものを選び、ダウンロードし、インストーラーを実行します。インストール中に「PythonをPATHに追加する」というボックスにチェックを入れると、システム内のどのコマンドラインインターフェイスからでもPythonを実行できるようになることを確認できます。
インストール後、コマンドラインインターフェイス（Windowsの場合はコマンドプロンプト、MacOSやLinuxの場合はターミナル）を開き、pythonと入力し、Enterを押すことで確認できます。Pythonのバージョンが表示され、インストールに成功したことがわかります。Pythonのインストールが完了したら、Pythonプログラミングの準備が整いました。
Pythonの対話型シェル（インタプリタ）について
Python対話型シェル（インタプリタ）は、Python REPL（Read-Eval-Print Loop）としても知られ、初心者がPythonの実験を始めるための優れたツールです。Pythonのコマンドを入力するとすぐにフィードバックが得られるので、Pythonの構文を練習したり、インタラクティブに学習できます。アクセスするには、コマンドラインインターフェイスでpythonと入力し、Enterを押すだけです。Pythonプロンプト >> が表示され、Pythonコマンドの入力を開始できるはずです。
Pythonの対話型シェルは強力ですが、より大きなプログラムを書いて実行するようには設計されていません。そのためには、テキストエディタや統合開発環境（IDE）が必要です。しかし、Pythonを始めたばかりの初心者にとって、対話型シェルはPythonの基本を学び、理解するための安全で即時フィードバック可能な環境を提供します。
PythonのIDEを調べる
統合開発環境（IDE）とは、プログラマにソフトウェア開発のための包括的な機能を提供するソフトウェアアプリケーションです。Pythonでは、プログラミング体験を大幅に向上できるIDEがいくつか用意されています。IDEは、シンタックスハイライト、コード補完、デバッグツールなどの機能を提供します。
PyCharmとVisual Studio Codeは、Python開発用の最も人気のあるIDEです。PyCharmはJetBrains社が開発したPython専用のIDEで、コード補完、リンティング、内蔵ターミナルなどの機能が搭載されています。一方、Visual Studio CodeはMicrosoftによる軽量でオープンソースのエディタで、複数の言語をサポートし、拡張機能のための広大なマーケットプレイスを持っています。Jupyter Notebookもデータサイエンティストの間で人気のあるツールで、インタラクティブな方法でPythonコードを書き、実行できます。IDEの選択は、最終的には個人の好みと作業しているプロジェクトの種類に依存します。
Pythonの基本： 構文、変数、データ型
Pythonを使いこなすには、構文、変数、データ型など、基本的な概念を理解することから始めます。Pythonの文法はきれいで読みやすく、初心者にとって非常に魅力的です。インデントを使用してコードのブロックを定義し、すべてのコマンドは新しい行に記述されます。Pythonの変数はデータを格納するために使用され、データ型はこれらの変数に格納できるデータの種類を定義します。Pythonで一般的なデータ型には、整数、浮動小数点数、文字列、リスト、タプル、セット、辞書があります。
これらの基本概念を理解することで、Pythonの基本的なプログラムを書き、データを操作し、より複雑なPythonの機能を探求できるようになります。
Pythonの基本的な構文
Pythonの構文は、初心者に人気のある主な理由の1つです。他の多くのプログラミング言語とは異なり、Pythonはコードのブロックを定義するために中括弧を使用しません。その代わり、インデントを使用し、コードの可読性を高めています。例えば、Pythonで関数を定義するには、 def キーワードを使い、その後に関数名、括弧、コロンと続きます。そして、関数定義の下に関数本体がインデントされます。
Pythonの文法には、インデントの使い方以外にもいくつかの重要な特徴があります。コメントには # 、出力には print() 、ユーザー入力には input() という文字が使われる。Pythonの構文を理解し、練習することで、初心者は簡単なプログラムを書き始め、徐々に複雑なプログラミングタスクに移行できます。
Pythonの変数を理解する
Pythonでは、データを保存するために変数を使用します。値を保持する容器と考えることができます。Pythonは動的型付けシステムを採用しており、変数を作成する際に型を宣言する必要がありません。変数を作成するには、= 演算子で値を代入するだけです。例えば、 x = 10 は x という名前の変数を作成し、整数値である 10 を代入しています。
ここで重要なのは、変数に格納される値は変更可能であり、変数が保持するデータの種類も変更可能であることです。このため、非常に柔軟な対応が可能ですが、適切に管理しないと思わぬ結果になることもあります。変数とその効果的な使い方を理解することは、Pythonを学ぶ上で重要なポイントです。
Pythonのデータ型について
Pythonには、強力で汎用性の高いデータ型がいくつか内蔵されています。これには、整数（int）、浮動小数点数（float）、複素数（complex）のような数値型があります。例えば、 x = 10 は整数、 y = 20.5 は浮動小数点数になります。
Pythonには、いくつかのコレクションタイプ（集合）もあります。リストは、順序付けられ、変更可能な項目のコレクションで、角括弧で定義されています。タプルは順序付きで不変のもので、括弧で囲んで定義します。集合は順序がなく、重複を許さないもので、中括弧で定義されています。最後に、辞書は、キーと値のペアの順序のないコレクションで、これも中括弧で定義されています。文字列は、文字の並びを表し、一重引用符または二重引用符で定義されます。これらのデータ型を理解し、それぞれのデータ型をいつ使うかを理解することは、Pythonを学ぶ上で重要なステップとなります。
Pythonの制御フロー『条件分岐とループ』
制御フローはPythonとプログラミング全般における基本的な概念です。これはプログラムのコードが実行される順序に関係します。Pythonプログラムの制御フローは、条件文とループによって制御されます。条件文（if、elif、else）により、プログラムは特定の条件が満たされているかどうかを評価し、その条件に基づいて意思決定を行うことができます。一方、ループ（for、while）は、特定の条件に基づいて、プログラムが特定の動作を繰り返し実行することを可能にします。
Pythonの制御フローを理解することは、より複雑で動的なプログラムを開発するために不可欠です。条件分岐とループの使い方をマスターすれば、実世界の多くのプログラミングシナリオで共通に要求される、意思決定やタスクの実行を繰り返し行うプログラムを書くことができるようになります。
if文で意思決定する
Pythonでは、特定の条件に基づいてプログラムの流れを制御するために if文が使用されます。キーワード if の後に条件、次にコロン、最後に条件が真である場合に実行するインデントされたコードが続きます。 elif（"else if"の略）で前の条件が満たされない場合に追加の条件をチェックし、 else でどの条件も満たされない場合に何が起こるかを定義してこれを拡張できます。
if文に慣れることは、より複雑なPythonプログラムを書くための大きな一歩となります。if文は、プログラムが様々な入力や状況に対して判断を下し、反応することを可能にします。例えば、if文はユーザーの入力をチェックし、ユーザーが何を入力したかによって異なる反応をできます。
forループとwhileループ
ループは、Pythonの制御フローのもう1つの重要な部分です。ループを使うと、コードのブロックを複数回繰り返すことができます。Pythonには、 for と while の2種類のループがあります。forループは、リストや数値の範囲をループする場合など、繰り返し処理する回数がわかっている場合によく使われます。一方、whileループは、ある条件が成立しなくなるまで処理を続けます。
ループを使いこなすことで、より効率的なPythonプログラムを書くことができるようになります。数式の計算、要素のリストの走査、条件が満たされるまで処理を繰り返すなど、ループはほとんどのプログラミングタスクが必要とする繰り返しの構造を提供します。Pythonでforとwhileループの使い方を理解することは、プログラミング学習に欠かせないステップです。
Pythonで関数を定義する
Pythonにおいて関数は、特定のタスクを実行する再利用可能なコードのブロックです。関数はアプリケーションのモジュール性を向上させ、コードの再利用を高度に実現します。また、コードをより整理して管理しやすくする効果もあります。
Pythonの関数はdefキーワードで定義され、その後に関数名と括弧が続きます。関数内のコードブロックはインデントされ、コロン（ : ）で始まり、関数が呼び出されたときに実行されます。関数の最後はreturn文を使って送信者に値を返せます。
関数の概念を理解することは、Pythonや一般的なプログラミングを学ぶ上で非常に重要なことです。関数を使えば、複雑なプログラミング作業をより小さく、管理しやすい部分に分解できます。これにより、コードが書きやすくなるだけでなく、読みやすく、デバッグしやすくなります。また、関数はコードの再利用性を高め、長い目で見れば時間と労力を節約できます。
最初のPython関数の作成
Pythonの関数を作るには、まず def キーワードを使い、その後に関数名と括弧を付けます。この括弧の中に、関数が受け入れることのできる値であるパラメータ（引数）を定義できます。行の最後にはコロンが必要です。次に、インデントされたブロックの中に関数の操作を記述します。
例えば、2つの数字を足す簡単な関数は、次のようになります。
この関数では、num1とnum2がパラメータです。この関数は、2つの数字を足し合わせて結果を返します。この関数は、add_numbers(3, 4) のように関数名を書き、2つの数字を括弧で囲んでコードの任意の場所で呼び出すことができ、結果である7を返します。この基本例は、Pythonにおける関数の力を示しています。
初めてのPythonプログラムを書く
初めてPythonのプログラムを書くことは、自分のアイデアを機能的なコードに変換することを学ぶ行程の最初の一歩です。単純な作業を自動化するにしても、複雑な問題を解決するにしても、コーディングのプロセスでは問題を小さく管理しやすい断片に分解し、言語の構文や構成要素を使用して解決策を実装することがよくあります。
初心者は、"Hello, World"のような簡単なメッセージを表示するプログラムを書くことから始めるとよいでしょう。このプログラムは、Pythonのコード1行で書くことができます。
このプログラムを実行すると、画面に「Hello, World」というメッセージが表示されます。シンプルなプログラムですが、Pythonで最もよく使われる関数の1つであるprint関数について紹介しています。
プログラムの計画
Pythonのプログラムを書く前に、プログラムの計画に時間をかけるのは良い習慣です。これは、あなたが解決しようとしている問題を理解し、問題を解決するために必要な手順を特定し、それらの手順をコードに変換する方法を決定します。このプロセスは「アルゴリズム設計」や「コード設計」と呼ばれることが多く、プログラムの青写真を形成します。
良い計画は、コーディングプロセスをよりスムーズで効率的にできます。潜在的な問題を予測し、先手を打って解決できるのです。また、論理的で首尾一貫した方法でコードを構成し、読みやすくデバッグしやすくできます。優れたプログラミングとは、単にコードを動作させるだけでなく、クリーンで効率的、かつ保守可能なコードを作成することであることを忘れないでください。
実際に最初のPythonプログラムを作成してみよう
それでは、2つの数字を足し算する簡単なPythonプログラムを作成する手順を説明します。まず、PythonのIDEまたはコードエディタを開きます。まず、 add' いう名前の関数を定義します。この関数の内部では、 num1 と num2 という2つのパラメータを受け取ります。この関数は、これらの数値の和を返します。
次に、この関数を任意の2つの数字で呼び出し、その結果を表示します。
このプログラムを実行すると、画面に「足し算の結果は8」と表示されます。これであなたは今、初めてのPythonプログラムを書きました。これは簡単な例ですが、問題をステップに分解し、そのステップをコードに変換し、プログラムが期待通りに動くかテストするプロセスはどの言語でもプログラミングの核となるものです。
Pythonの学習における次のステップ
Pythonを使いこなすと、よりワクワクするトピックやアプリケーションに出会えます。独自のアプリケーションの作成から、タスクの自動化、データ分析、Web開発、さらには機械学習まで、Pythonの多用途性は強力なツールとなっています。初心者のうちは、Pythonの基本をしっかりと身につけることが重要ですが、自信がついてきたら迷わずこれらのアプリケーションの探求を始めましょう。
より複雑なプロジェクトやタスクに挑戦し続けることは、上達への大きな近道です。プログラミングは、練習すればするほど上達するスキルであることを忘れないでください。間違うことを恐れず、学習プロセスの重要な一部です。Pythonのコミュニティに参加し、コーディングチャレンジに参加し、常に実験と学習を続けてください。
書けば書くほど習熟できる
Pythonの理解を深め、より熟練するための最良の方法の1つは、プロジェクトに取り組むことです。プロジェクトは実践的な経験を提供するだけでなく、学んだコンセプトがどのように組み合わされているかを理解するのに役立ちます。初心者向けのプロジェクトとしては、電卓やToDoリストのアプリケーション、三目並べのような簡単なゲームなどを作ることができます。
Pythonに慣れてきたら、Webクローラーやフレームワークを使ったブログサイト、scikit-learnなどのライブラリを使った基本的な機械学習モデルなど、より複雑なプロジェクトに挑戦できます。作るプロジェクトごとにPythonの理解が深まり、問題解決能力が向上していきます。
