解説 4月5日B

今回の学習項目です。

• 前回の復習
• Rubyの復習: 条件分岐、くり返し

復習と準備

前回学んだことの確認のため次の課題を行ってください。

a = 10
b = 20
c = a + b
print c, "\n"

a = "10"
b = "20"
c = a + b
print c, "\n"

name = "中京太郎"
aisatsu = "こんにちは、" + name + "さん。\n"  #文字列を連結して変数に代入。
print aisatsu

こんにちは、中京太郎さん。

print 10 + "20"    #数と文字列を足し合わせる。

kadai1.rb:1:in `+': String can't be coerced into Fixnum (TypeError)
        from kadai1.rb:1

print "10" - "20"  #文字列から文字列を引く。

kadai1.rb:1: undefined method `-' for "10":String (NoMethodError)

コンピュータ：お名前は何とおっしゃいますか？
あなた：中京太郎
コンピュータ：はじめまして、中京太郎さん。今後ともよろしくお願いします。

キーボードからの入力はやったな。。。
「変数」も使う必要がありそう。
最初は、print文から始まるのかな。
...

print "あいさつの言葉をキーボードから入力しください。\n"
print "あいさつ："

aisatsu = gets.chomp  #ここが大事。

print aisatsu, "、お元気ですか？\n"

3個の数の平均を計算します。
数を入力してください。
(1)：10
(2)：20
(3)：30
これらの平均は20です。

変数 = gets.to_i    #キーボードからの数の入力を受け取り、変数に代入する。

条件分岐

条件分岐とは、次のように状況を判断して、適切な反応ができるようなプログラムの仕組みです。 次のコンピュータとの対話例を見てください。

コンピュータ：あなたの年齢はいくつですか？（年齢を数字で入力してください。)
年齢:19
コンピュータ：残念ですが、まだ、お酒を飲んではいけない年齢ですね。

年齢に20を入力すると、

コンピュータ：あなたの年齢はいくつですか？（年齢を数字で入力してください。)
年齢:20
コンピュータ：おめでとう。もう、お酒を飲める年齢ですね。

このように、入力によって違う応答を返すことができます。

このようなやりとりを実現するためには、入力された年齢(これは数として扱います)によって、 コンピュータに異なる振る舞いをさせるプログラムを作成する必要があります。 そのためには次のような、ifの構文を使った、条件分岐の仕組みが必要です。

if (条件判定式)
  文
  文
　...
else
　文
  文
　...
end

print "コンピュータ：あなたの年齢はいくつですか？（年齢を数字で入力してください。)\n"
print "年齢:"
nenrei = gets.to_i

if (nenrei < 20)
  print "コンピュータ：残念ですが、まだ、お酒を飲んではいけない年齢ですね。\n"
else
  print "コンピュータ：おめでとう。もう、お酒を飲める年齢ですね。\n"
end

条件分岐は強力な仕組みです。 コンピューターが人間のための強力な道具になるのは、 このように場面に応じて適切に動作するようにプログラムできるからである、 と言っても言い過ぎではないでしょう。 知的な振る舞い、つまり適切な場面で適切な動作をさせる根源にこの「条件分岐」があるのです。
ifで作られる条件分岐のプログラムの、基本の形は次のようなものです。

if (条件判定式)
 #上の括弧の中の条件判定式の実行結果が真のときだけ以下の文が次々に実行される。
  文 
  文
　...
else
  #上の括弧の中の条件判定式の実行結果が真でないときだけ以下の文が次々に実行される。
　文
  文
　...
end

print "コンピュータ：あなたの年齢はいくつですか？（年齢を数字で入力してください。)\n"
print "年齢:"
nenrei = gets.to_i  #キーボードから19という数が入力されると...

if (nenrei < 20)
  print "コンピュータ：残念ですが、まだ、お酒を飲んではいけない年齢ですね。\n"
else
  print "コンピュータ：おめでとう。もう、お酒を飲める年齢ですね。\n"
end

ifの括弧の中の条件判定式が問題です。 この括弧の中の「条件」が判定され、合っていればすぐ下の部分が実行されます。 条件に合っていない場合は、elseの下に書かれた部分が実行されます。

条件判定式について詳しく見てみましょう。 条件判定式の部分が、実際に実行されることに注意してください。 実行されると値を持つのが式でした。 条件判定式も式ですので、実行されるとその値が求められます。 上の条件判定式の場合、nenrei < 20 という式がまず実行され、「19は20より小さい」という意味に合致しますので、trueという値がこの式の値になります。 trueというのは、条件判定式が正しいことを表す値です。 反対に、条件判定式が間違っている場合はfalseという値で表されます。

式の値として、これまでは文字列と数だけを扱ってきましたが、 これからは真を表すtrueと偽を表すfalseも扱うことになります。これらは「真偽値」と呼ばれます。文字列と数とは違う「第３の」種類の値です。 今度はこの部分だけを、詳しく見てみましょう。

nenrei = 19
print nenrei < 20

print "\n"

nenrei = 21
print nenrei < 20

print "こんにちは", "\n"    #文字列
print 100, "\n"             #数
print true, "\n"            #true
print false, "\n"           #false

こんにちは
100
true
false

#文字列の連結
print "こんにちは、" + "中京太郎" + "さん。", "\n"

#数の計算
print 100 * 2, "\n"

こんにちは、中京太郎さん。
200

nenrei = 19
print nenrei < 20

print "\n"

nenrei = 21
print nenrei < 20

比較演算子

if文の条件判定式で使用する < や > のことを比較演算子と呼びます。 比較演算子には次のような種類があります。

　
  

  

    
a == b
aとbは等しい
  

    
a != b
aとbは等しくない
  
  

    
a < b
aはbより小さい
  
  

    
a > b
aはbより大きい
  
  

    
a <= b
aはb以下
  
  

    
a >= b
aはb以上
  

年齢はいくつですか？年齢を数字でキーボードから入力し、最後にエンターキーを押してください。

年齢：19

あなたはまだ選挙権をもっていません。

ランダムな数の生成

rand(n)は乱数を発生させる命令です (そしてrandは、乱数を発生させる 関数、nはその引数(ひきすう)と言います)。
ここで引数のnには正の整数か、正の整数を値とする変数が入ります。 rand(n)を実行すると、0から、n-1までのどれかの整数がランダムに作り出されます。 ですから、rand(3)では 0,1,2の3つの数がどれかが発生するのであって、3は発生されないことに注意してください。
ランダムな数の集まりのことを乱数ともいいますが、乱数はプログラミングではとても重要で役に立つものです。 実際、乱数を使ったプログラムがたくさんあります。
次の課題で、さいころの目を出すプログラムをこのrand関数で実現してみましょう。

H:>ruby program.rb
さいころを振ります！
コロ,,,  #0.3秒づつ待つ。
コロ,,,　#0.3秒づつ待つ。
コロ,,,　#0.3秒づつ待つ。
         #0.5秒待つ。
さいころの目は3でした。

H:>ruby program.rb
さいころを振ります！
コロ,,,  #0.3秒づつ待つ。
コロ,,,　#0.3秒づつ待つ。
コロ,,,　#0.3秒づつ待つ。
         #0.5秒待つ。
さいころの目は5でした。

rand(6) + 1

#当たった時
さいころゲームの始まりです！
次に振ったさいころの目を当てましょう。
次にでる目はなんですか？
予測：5
では振ります。
コロ,,,  #0.3秒づつ待つ。
コロ,,,　#0.3秒づつ待つ。
コロ,,,　#0.3秒づつ待つ。
サイコロの目は？　#0.5秒待つ。
5 でした！
大当たりです! 超能力をもっていますね。

#はずれた時
さいころゲームの始まりです！
次に振ったさいころの目を当てましょう。
次にでる目はなんですか？
予測：5
では降ります。
コロ,,,  #0.3秒づつ待つ。
コロ,,,　#0.3秒づつ待つ。
コロ,,,　#0.3秒づつ待つ。
サイコロの目は？　#0.5秒待つ。
2 でした！
残念でした。また挑戦してくださいね。

H:>ruby -Ks kadai2-4.rb 
         ↑
半角大文字のKと小文字のs（漢字コードはShift_JISの意。）

より複雑な条件分岐（if文）を理解する

if (条件判定式)
    文1
    文2
    ...
else
    文100
    文101
    ...
end

nenrei = 21

if (nenrei >= 18)
  print "あなたは車の免許を取ることができます。"
else
  print "あなたはまだ車の免許を取ることができる年齢に達していません。"
end

さて、基本は同じですが、もう少し複雑なif文を見てみましょう。 if文全体も一つの文ですから、次のようにif文の実行式1のところに、if文を 入れることで、つぎのようにより複雑な分岐を実現することができます。 プログラムの書き方として、内側のif文は何文字か字下げ して、見やすくするようにすることが大事です。（インデントと言います。）

if (条件判定式)
  if (条件判定式)
    文
    文
    ...
  else
    文
    文
    ...
  end
else
  文
　文
  ...
end

print "年齢を数字でキーボードから入力してください。"
nenrei = gets.to_i

if (nenrei >= 18)
  if (nenrei >=20)
    print "あなたは車の免許を取ることができます。\n"
    print "あなたはお酒も飲むこもできます。\n"
    print "よかったですね!\n"
  else
    print "あなたは車の免許を取ることができます。\n"
    print "しかし、あなたはお酒を飲むことは法律で禁じられています。\n"
    print "残念でしたね!\n"
  end
else
  print "あなたは残念ながらまだ車の免許を取ることができる年齢に達していません。\nお酒も飲んではいけません。\n"
end

if文は自由に組み合わせて構成できますから、さまざまな変形の形があります。 elseがないものも可能です。

if (条件判定式)
  文
  文
  ...
end

また、次のように、if文の中にif文のつながりがあってもよいことになります。

if (条件判定式)

   if (条件判定式)
     文
     文
     ...
   end

   if (条件判定式)
     文
     文
     ...
   else
     文
     文
     ...
   end

   文

end

spacer = "          "
print spacer

kazu = gets.to_i

if (kazu == 1)
  print "☆","\n"
else
  if (kazu == 2)
      print "☆☆","\n"
  else  
    if (kazu == 3)
        print "☆☆☆","\n"
    else
      if (kazu == 4)
        print "☆☆☆☆","\n"
      else
        print "★","\n"
      end
    end
  end
end

elsif文

if (kazu == 1)
  文1
else
  if (kazu == 2)
    文2
  else  
    if (kazu == 3)
        文3
    else
      if (kazu == 4)
        文4
      else
        文5
      end
    end
  end
end

if (kazu == 1)
  文1
elsif (kazu == 2)
    文2
elsif (kazu == 3)
        文3
elsif (kazu == 4)
        文4
else
        文5
end

case kazu
  when 1   # (kazu == 1) と同じ効果
      文1
  when 2   # (kazu == 2) と同じ効果
     文2
  when 3   # (kazu == 3) と同じ効果
     文3
  when 4   # (kazu == 4) と同じ効果
     文4
  else
     文5
end

繰り返しの基本を学ぶ

プログラミングをする上で頻繁に使う最も重要な基本パターン は「繰り返し」の構造だと 言っても言い過ぎではないでしょう。 コンピューターが強力な道具であるのは、それが高速であるため ですが、その高速性を生かして役に立つ道具にするためには、これから説明する 「繰り返し」の構造が本質的な役割を果たしています。 現実のほとんどのプログラムが繰り返し構造を使っていると言ってもよいでしょう。

次のように、「こんにちは」を10回表示するプログラムを考えてみましょう。

こんにちは
こんにちは
こんにちは
こんにちは
こんにちは
こんにちは
こんにちは
こんにちは
こんにちは
こんにちは

これまでは、print文を10個書く必要がありました。

print "こんにちは\n"
print "こんにちは\n"
print "こんにちは\n"
print "こんにちは\n"
print "こんにちは\n"
print "こんにちは\n"
print "こんにちは\n"
print "こんにちは\n"
print "こんにちは\n"
print "こんにちは\n"

繰り返し構造を実現するforやwhile を使うことで、上のプログラムを次のように短く簡潔に書くことができます。

• forを使ったプログラム
  

  for i in 1..10
    print "こんにちは\n"
  end
  

• whileを使ったプログラム
  

  i = 0
  while (i < 10)
    print "こんにちは\n"
    i = i + 1
  end
  

なぜ、これでうまくいくのか、その仕組みを理解しましょう。 仕組みを理解することは大事です。 そうしないと、大事なくり返しの構文を自由自在に使いこなせないからです。

２種類の繰り返し: forとwhileの特徴

Rubyではいろいろな種類の「繰り返し」の構文が用意されています。 その中でforとwhile はとても重要です。これは２つの違う考えに基づく繰り返しを実現するからです。

forは、「ある決まった回数だけ」 （もしくは決まった個数の対象に対してだけ）、命令を繰り返します。 今の例はprint命令を10回繰り返すという問題でしたから、for文を使うには 最適の問題でした。

whileは、「ある条件が成り立っている間」だけ 命令を繰り返します。 今の例はprint命令を10回繰り返すという問題でしたから、while文を 使うにはあまり適さない問題でした。

for文の仕組み

for 変数 in 変数の取りうる最小値..最大値
     文1
     文2
     ...
end

for文を実行すると、次のように動作します。

1. まず変数の値として「変数の取りうる範囲の最小値」が与えられる。
2. 変数の値が「変数の取りうる範囲の最大値」より大きければ、for全体の実行を終える。
3. endまでの文1, 文2, ...が順番に実行される。
4. 変数の値に1が足され、プログラムの実行が2.に戻り、もう一度同じことが繰り返される。

for i in 1..10
  print i, "回目のこんにちは\n"
end

ここで変数としてiを使いましたが、変数として使えるものならなんでも構いません。 ただこの変数がないと、繰り返しはうまく機能しません。 なお、変数iのとりうる範囲を1..10と書いていますが、これはもちろん 最小値が１，最大値が10であることを表しています。 ちなみに、単に10回「こんにちは」をprintするだけでしたら、 最小値が1001で最大値が1010でも構いません(変数iがとる値は1001から1010までの10通り）。 実際、次のようにも書けます(が、プログラムがわかりにくくなりますので、普通はやりません）。

for i in 1001..1010
  print "こんにちは\n"
end

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

20
18
16
14
12
10
8
6
4
2

10 - i = 10    # i=0 の場合
10 - i =  9    # i=1 の場合
10 - i =  8    # i=2 の場合
10 - i =  7    # i=3 の場合
10 - i =  6    # i=4 の場合
...

while文の仕組み

while (条件判定式)
  文1
  文2
  ...
end

whileを実行すると次のように動作します。

1. まずif文と同様、条件判定式が実行され、その値が取り出される。
  1-1. 条件判定式の値が真の時、
         その下の文1、文2などが順番に実行される。(この辺りはif文と同じです。)
         endまで来ると、プログラムの実行場所がwhileの先頭に戻る。
         （1. に戻り、条件判定式がもう一度実行され、同じことが繰り返される。）
  1-2. 条件判定式の値が偽の時、
         何もしないで、while全体の実行を終える。（2. に進む。）
2. endの次の文から実行を再開する。

先ほどの「こんにちは」を10回表示するプログラムをwhile構文を使って書くには、 表示される回数を数えるための変数が必要になります。以下ではその変数として iを用いています。そして、while文の前に変数iに0を与え、 表示が終わるごとにiに1を足すようにしています。変数iの値の変化に着目してください。

i = 0          #iの値は0。
while(i < 10)
  print "こんにちは\n"
  i = i + 1    #iの値を1つ増やす。
end

10回繰り返して、そこで終わりになるのは、繰り返すたびごとにiの値が1ずつ増えていることと、 条件判定式 (i < 10) のおかげです。 10回繰り返すまでは、iの値は10より小さいので、条件判定式が真となり、繰り返しを行うことになります。 10回以上になると、条件判定式が偽となりますので、whileの実行を止めることになります。
このように、回数を記憶するための変数 (このような変数をカウンター変数と呼びます）には、 whileの繰り返しに入る前に0などの数を代入しておく必要があります。 この変数の働きがないと、while文を使ってある一定の回数繰り返す、というプログラムはうまく機能しません。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

20
18
16
14
12
10
8
6
4
2

数の合計を計算します。数を入力してください。
最小値：10
最大値：30
10から30までの数の合計は420です。

コンピュータ：自然数nの階乗の計算を行います。nをキーボードから入力し、Enterキーを押してください。
n:20
結果：20の階乗は2432902008176640000です。

n! = n * (n-1) * (n-2) * ... * 3 * 2 * 1 
例
5! = 5 * 4 * 3 * 2 * 1 = 120

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