Pythonコードの流れをマスター！条件分岐とループの使い方

1. はじめに

目的

Pythonプログラミングを始めたばかりの方が最初に学ぶべきスキルのひとつが「条件分岐」と「ループ処理」です。これらをマスターすれば、プログラムの流れを自由にコントロールできるようになります。

本記事では、条件分岐の基礎であるif文、複数条件を扱うelifの使い方、そして繰り返し処理を行うforループやwhileループをわかりやすく解説します。さらに、効率的なコードを書くための「短絡評価」の仕組みについても取り上げます。

読者ターゲット

この解説は、Python初心者の方を対象としています。

「条件分岐やループってそもそも何？」「どうやって使うの？」という疑問を持つ方でも、この記事を読めば理解できるようになります。具体的なコード例を交えて解説するので、Pythonの実践スキルを効率的に身につけられます。

次のセクションからは、条件分岐の基本から順に解説していきます。

簡単なコードを書きながら実践できるので、ぜひPythonの環境を準備しておいてください！

2. 条件分岐 (if文) を学ぼう

2.1. if文の基本構文

説明

条件分岐はプログラムの中で「もし〜ならば〜する」という考え方を実現するための仕組みです。

たとえば、「年齢が18歳以上なら大人、それ以外は未成年と判断する」といった処理を行う際に役立ちます。

Pythonでは、条件分岐にif文を使います。この文を使うことで、条件に応じた異なる処理をプログラムに指示できます。

コード例

以下は、if文の基本的な使い方を示した例です。

# if文の基本
age = 20

if age >= 18:
    print("あなたは大人です。")
else:
    print("あなたは未成年です。")

解説

このコードでは、次のような処理が行われます：

1. 変数age が20に設定されています。
2. if age >= 18:
   • ここでageが18以上かどうかをチェックしています。
   • この条件が「真 (True)」であれば、次の行に書かれたprint("あなたは大人です。")が実行されます。
3. else:
   • ifの条件が「偽 (False)」だった場合、elseブロック内の処理が実行されます。
   • この例では、print("あなたは未成年です。")が出力されます。

プログラムの出力

このプログラムを実行すると、ageが20で18以上なので以下の結果が表示されます.

あなたは大人です。

もしage = 15とした場合は、条件age >= 18が偽となり、elseのブロックが実行されます。その結果、以下のように表示されます.

あなたは未成年です。

ポイント

• インデントの重要性: Pythonでは、if文やelse文の後に続くコードは必ず インデント（スペースまたはタブでの字下げ） する必要があります。正しくインデントされていないとエラーが発生します。
• elseは必須ではない: elseブロックは、条件が偽だった場合の処理を定義するためのものです。ただし、必ずしも書く必要はありません。たとえば以下のようなコードも有効です： if age >= 18: print("あなたは大人です。")

練習問題

以下のコードを試してみましょう.

1. ageを18やそれ以下の値に変更して結果がどう変わるか確認する。
2. if文を使って、「年齢が65以上ならシニア、18未満なら未成年、それ以外は大人」と表示するプログラムを作成してみる。

# 練習問題
age = 70

if age >= 65:
    print("あなたはシニアです。")
elif age < 18:
    print("あなたは未成年です。")
else:
    print("あなたは大人です。")

次のセクションでは、複数の条件を扱う方法としてelif文を学びます！

2.2. elifで複数条件を処理

説明

elifは、複数の条件を順番に評価するために使用します。if-elif-else構造では、条件が上から順番に評価され、最初に「真 (True)」となった条件のブロックだけが実行されます。これにより、効率的な条件分岐を実現できます。

コード例

以下は、elifを使った例です。

# elifを使った例
score = 75

if score >= 90:
    print("評価: 優")
elif score >= 80:
    print("評価: 良")
elif score >= 70:
    print("評価: 可")
else:
    print("評価: 不可")

動作の流れ

1. 最初の条件: if score >= 90 を評価します。この例ではscoreが75なので、この条件は 偽 (False) です。
2. 次の条件: 次に、elif score >= 80 が評価されます。この条件も 偽 (False) です。
3. 真となる条件: 次に、elif score >= 70 が評価されます。この条件は 真 (True) なので、このブロックが実行されます。 print("評価: 可")
4. それ以降の条件: 条件が真になった時点で、以降のelifやelseは無視されます。

プログラムの出力

このプログラムを実行すると、次のように表示されます.

評価: 可

短絡評価 (Short-circuit Evaluation) の解説

Pythonのif-elif-else構造では、条件が真と判定された時点で、それ以降の条件は 評価されません。これが短絡評価（short-circuit evaluation）の仕組みです。

具体例

1. score = 75 の場合、if score >= 90 は偽、elif score >= 80 も偽、そして elif score >= 70 が真となります。
2. elif score >= 70 が真になった時点で「評価: 可」と出力され、その後のelseは評価されません。

短絡評価のメリット

• 効率的: 条件が真になった時点で評価を打ち切るため、不要な条件をチェックしない。
• パフォーマンス向上: 条件式が複雑であればあるほど、この仕組みは計算コストを削減します。

初心者が陥りがちな誤解

初心者がよく誤解するのは、「すべての条件が評価される」と思い込むことです。しかし、if-elif-else構造では、真となった条件のブロックが実行された後、それ以降の条件は無視されます。

練習問題

以下のコードを試して、動作を確認してみましょう。

問題 1:

次のコードを実行し、scoreを変更して出力結果がどう変わるか確認してください。

score = 85

if score >= 90:
    print("評価: 優")
elif score >= 80:
    print("評価: 良")
elif score >= 70:
    print("評価: 可")
else:
    print("評価: 不可")

問題 2:

次のコードで、短絡評価が効率的であることを体感してください。

# 条件式の評価に時間がかかる場合
import time

def slow_condition():
    time.sleep(1)  # 1秒待つ
    return True

if False:
    print("この条件は評価されません。")
elif slow_condition():
    print("この条件が評価されるまでに少し時間がかかります。")
else:
    print("ここには到達しません。")

まとめ

• elifの役割: 複数の条件を順番に評価し、最初に真となったブロックだけを実行します。
• 短絡評価: 条件が真と判定された時点で評価を打ち切るため、効率的なコードを書くことができます。
• 注意点: 条件が評価される順序に気をつけて、適切な条件を記述することが大切です。

次のセクションでは、ループ処理を学び、繰り返し処理の基礎を理解していきます！

3. ループ処理を学ぼう

3.1. forループの基本構文

説明

forループは、特定のコレクション（リストやタプルなど）や範囲内の要素を繰り返し処理する際に使用されます。

「リスト内の全てのアイテムを順番に処理する」や「特定の範囲の数値を繰り返し処理する」といったケースに最適です。

コード例

# forループの例
items = ["ペン", "ノート", "消しゴム"]

for item in items:
    print(item)

解説

このコードでは、以下の処理が行われます.

1. リストの作成: itemsという名前のリストに、3つの要素（”ペン”、”ノート”、”消しゴム”）が格納されています。
2. forループの構文:for item in items:
   • forは「繰り返し」を指示するキーワードです。
   • itemは、リストitems内の要素を1つずつ取り出すための変数名です。
   • inは、「このリスト内の要素を順番に処理する」という意味を持ちます。
3. 出力: print(item)が実行されるたびに、リスト内の次の要素が表示されます。

プログラムの出力

このコードを実行すると、以下のように表示されます.

ペン
ノート
消しゴム

3.2. range関数で数値を扱う

コード例

# rangeを使ったforループ
for i in range(5):
    print(f"カウント: {i}")

解説

このコードでは、range関数を使用して数値を繰り返し処理しています。

1. range関数の役割:
   • range(5)は、0から4までの整数（5未満）を生成します。 生成される数値は [0, 1, 2, 3, 4] です。
2. forループの構文:for i in range(5):
   • iは、rangeから生成される数値を順番に受け取る変数です。
3. 繰り返し処理:
   • ループが1回実行されるごとに、iの値が次の数値に更新されます。
   • print(f"カウント: {i}")は、現在のiの値を表示します。

プログラムの出力

このコードを実行すると、以下のように表示されます.

カウント: 0
カウント: 1
カウント: 2
カウント: 3
カウント: 4

ポイント

1. range関数の基本:
   • range(開始, 終了, ステップ)の形式で範囲を指定できます。
   • 例: range(1, 6, 2) → [1, 3, 5] を生成。
   for i in range(1, 6, 2): print(i) 出力結果： 1 3 5
2. ネストしたループ: ループを入れ子にすることで、より複雑な処理も可能です。 for i in range(3): for j in range(2): print(f"i: {i}, j: {j}")

練習問題

1. リストを使ったループ: 以下のリストを使って、全ての要素を順番に表示してみましょう。 animals = ["犬", "猫", "ウサギ", "ハムスター"] for animal in animals: print(animal)
2. rangeを使ったカウント: rangeを使って、1から10までの数値を1つずつ表示するプログラムを書いてみましょう。

次のセクションでは、whileループを使った条件による繰り返し処理について学びます！

4. whileループで条件による繰り返しを制御

4.1. 基本構文

説明

whileループは、特定の条件が「真 (True)」である間、繰り返し処理を実行するための構造です。

forループと異なり、条件を自由に設定できるため、繰り返し回数が固定されていない場合や、外部要因で終了条件が変化する場合に適しています。

コード例

# whileループの例
count = 0

while count < 3:
    print(f"カウント: {count}")
    count += 1

解説

このコードでは、以下のような処理が行われます.

1. 初期化: count = 0 変数countを0に初期化しています。この値がループの条件に使われます。
2. whileループの構文:while count < 3:
   • count < 3が「真 (True)」である間、ループ内の処理を繰り返します。
   • 条件が「偽 (False)」になるとループを終了します。
3. 繰り返し処理:print(f"カウント: {count}") count += 1
   • 現在のcountの値を出力します。
   • 次に、count += 1でcountの値を1増やします。この操作を「インクリメント」と呼びます。
4. ループ終了条件:
   • ループが3回繰り返された時点でcountが3となり、条件count < 3が偽になります。この時点でループが終了します。

プログラムの出力

このプログラムを実行すると、以下のように表示されます.

カウント: 0
カウント: 1
カウント: 2

ポイント

1. 条件次第でループが無限に続く可能性: whileループは、条件が常に真である場合、無限ループになることがあります。 無限ループを防ぐためには、条件が偽になるように適切に変数を更新することが重要です。
2. インクリメントの重要性: この例では、count += 1で条件が更新されるようにしています。もしこれを忘れると、countは常に0のままになり、無限ループに陥ります。

応用例

条件付きループ

whileループを使って、ユーザーの入力を基に処理を行う例です。

# 簡単なユーザー入力例
answer = ""
while answer != "exit":
    answer = input("終了するには'exit'と入力してください: ")
    print(f"あなたの入力: {answer}")

このコードでは、ユーザーが"exit"と入力するまで、ループが続きます。

無限ループとbreak文

意図的に無限ループを作り、break文で終了させる方法もあります。

# 無限ループとbreak
while True:
    answer = input("終了するには'q'を入力してください: ")
    if answer == "q":
        print("プログラムを終了します。")
        break
    print(f"入力内容: {answer}")

このコードでは、while Trueで無限ループを作成し、ユーザーが"q"を入力するとbreakでループを抜けます。

練習問題

1. 練習1: 次のコードを完成させ、countが0から10までの偶数のみを表示するプログラムを書いてみましょう。 count = 0 while count <= 10: if count % 2 == 0: print(count) # ここでcountを更新
2. 練習2: ユーザーが正しいパスワードを入力するまでループを続けるプログラムを作成してみましょう。

まとめ

• whileループは、条件が真の間繰り返し処理を行う仕組みです。
• 条件が偽になるとループを終了します。
• 無限ループを防ぐため、条件が適切に更新されていることを確認する必要があります。

次のセクションでは、条件分岐とループを組み合わせた応用例を学びましょう！

5. 条件分岐とループの応用例

5.1. 簡単な数当てゲーム

説明

このセクションでは、条件分岐とループを組み合わせて、シンプルな数当てゲームを作成します。プレイヤーが1から10の間でランダムに選ばれた数字を当てるまでループを続け、ヒントを表示することでゲームを進行させます。

コード例

import random

# ランダムな答えを生成
answer = random.randint(1, 10)

while True:
    # ユーザーの入力を数値に変換
    guess = int(input("1から10の間で数字を当ててください: "))

    # 答えが一致する場合
    if guess == answer:
        print("正解です！")
        break  # 正解時にループを終了
    # 入力が答えより小さい場合
    elif guess < answer:
        print("もっと大きい数字です。")
    # 入力が答えより大きい場合
    else:
        print("もっと小さい数字です。")

解説

このコードでは、以下の処理が行われます.

1. ランダムな答えの生成: answer = random.randint(1, 10) random.randint(1, 10)で、1から10の間の整数をランダムに生成します。これがプレイヤーが当てるべき数字になります。
2. 無限ループの開始: while True: この部分で無限ループを開始します。プレイヤーが正解を当てるまでループが続きます。
3. ユーザーの入力: guess = int(input("1から10の間で数字を当ててください: ")) プレイヤーからの入力を数値に変換します（int）。
4. 条件分岐:
   • 正解の場合: if guess == answer: print("正解です！") break 答えが一致した場合、正解メッセージを表示し、breakでループを終了します。
   • 答えが小さい場合: elif guess < answer: print("もっと大きい数字です。") プレイヤーが入力した値が答えより小さい場合、ヒントとして「もっと大きい数字です。」を表示します。
   • 答えが大きい場合: else: print("もっと小さい数字です。") プレイヤーの入力が答えより大きい場合、「もっと小さい数字です。」を表示します。

短絡評価 (Short-circuit Evaluation) の利用例

このコードでは、elifとelseを使った条件分岐が重要な役割を果たしています。

1. 短絡評価の仕組み:
   • プレイヤーが入力した値が答えより小さい場合、elif guess < answerが 真 (True) となります。
   • この時点で、elseの条件（答えが大きい場合）は評価されません。
2. メリット:
   • 条件が1つでも真であれば、残りの条件は評価されないため、無駄な計算や評価を避けることができます。
   • 特に条件式が複雑な場合や計算コストが高い場合、この仕組みは効率的なコードを書く上で重要です。

プログラムの実行例

1. プレイヤーの入力: プレイヤーが「3」を入力し、答えが「5」の場合： 1から10の間で数字を当ててください: 3 もっと大きい数字です。
2. プレイヤーが正解: プレイヤーが「5」を入力した場合： 1から10の間で数字を当ててください: 5 正解です！

練習問題

1. 練習1: プレイヤーが入力した数字が範囲外（例えば0や11など）だった場合、「1から10の間で入力してください」と表示してループを続けるように修正してみましょう。 if guess < 1 or guess > 10: print("1から10の間で入力してください。") continue
2. 練習2: 答えを当てるまでにかかった回数を表示するようにプログラムを改良してみましょう。 attempts = 0 while True: guess = int(input("1から10の間で数字を当ててください: ")) attempts += 1 # 回数をカウント ... print(f"正解です！試行回数: {attempts}回")

まとめ

• 条件分岐とループを組み合わせることで、インタラクティブなプログラムを作成できます。
• elifとelseを活用することで、効率的な条件分岐を実現できます。
• 短絡評価を意識することで、不要な計算を避け、プログラムのパフォーマンスを向上させることができます。

次のステップとして、このようなゲームを拡張してさらに複雑なロジックを追加することにも挑戦してみましょう！

6. 注意点: 初心者が陥りがちなミス

短絡評価を理解していない

説明

if-elif-else構造では、条件が真（True）となった時点でそれ以降の条件は評価されません。この仕組みを「短絡評価 (Short-circuit Evaluation)」と呼びます。初心者がこの仕組みを理解していないと、条件がすべて評価されるコードを書いてしまい、意図しない動作を引き起こすことがあります。

ミスの例: 条件をすべて評価してしまう

以下のコードは、初心者が陥りがちな誤りを示しています。

# ミスのあるコード例
score = 75

if score >= 90:
    print("評価: 優")
if score >= 80:
    print("評価: 良")  # この条件も評価される
if score >= 70:
    print("評価: 可")

このコードの問題点

1. すべての条件が独立して評価される: このコードでは、ifが3つ独立して記述されているため、それぞれの条件が個別に評価されます。
   • scoreが75の場合：
     • if score >= 90 は偽（False）なので実行されません。
     • if score >= 80 は偽（False）ですが、評価されます。
     • if score >= 70 は真（True）なので、実行されます。
2. 意図しない動作: 条件が独立しているため、scoreが例えば90以上の場合、すべての条件が真となり、複数の出力が表示されます。 score = 90 この場合の出力： 評価: 優 評価: 良 評価: 可 本来は最初の「評価: 優」だけが表示されるべきですが、意図しない複数の結果が出力されています。

正しい書き方: 短絡評価を活用する

if-elif-else構造を使用することで、条件が真となった時点で評価を終了し、意図通りの動作を実現できます。

# 正しいコード例
score = 75

if score >= 90:
    print("評価: 優")
elif score >= 80:
    print("評価: 良")
elif score >= 70:
    print("評価: 可")
else:
    print("評価: 不可")

このコードでは、以下のように動作します.

1. 条件が上から順番に評価される。
2. 最初に真（True）となった条件のブロックが実行される。
3. 真となる条件が見つかった時点で、それ以降の条件は評価されない（短絡評価）。

出力例

score = 75 の場合

評価: 可

初心者へのアドバイス

1. ifを独立して記述しない: 必要な条件が一連の評価として連続している場合は、elifを使って短絡評価を活用しましょう。
2. 条件の順序に注意: 条件は特定の優先順位を持つため、適切な順序で記述する必要があります。例では、高いスコアから順に評価しています。
3. 複数条件を避けるためのルール: 一度真となった条件以降の評価が不要な場合は、elifやelseを必ず使用しましょう。

練習問題

問題 1: 条件を修正

以下のコードを修正し、スコアが最初に一致する条件だけが評価されるように書き換えてください。

score = 85

if score >= 90:
    print("評価: 優")
if score >= 80:
    print("評価: 良")
if score >= 70:
    print("評価: 可")
else:
    print("評価: 不可")

問題 2: 出力を確認

以下のスコアを入力して、それぞれの出力結果を予想してみましょう.

• score = 95
• score = 80
• score = 65

まとめ

• if-elif-else構造を使用することで、短絡評価を活用し効率的な条件分岐が可能になります。
• 条件をすべて評価してしまうコードは、意図しない動作を引き起こす可能性があるため避けましょう。
• 条件の記述順序と適切な構造を意識することで、正確で効率的なコードが書けるようになります。

7. まとめと次のステップ

まとめ

1. 条件分岐の重要性: 条件分岐はプログラムの流れをコントロールする基本的な仕組みです。if文やelif、elseを使うことで、状況に応じた柔軟な処理が可能になります。
2. ループの重要性: 繰り返し処理を効率よく記述するためのループ（forやwhile）は、リストの要素を処理したり、条件を満たすまで繰り返し動作させる際に欠かせない構造です。
3. 短絡評価の理解: elifやelseを適切に使うことで、不要な条件評価を回避し、効率的なプログラムを実現できます。短絡評価の仕組みを理解することは、正確で効率的なコード設計に直結します。
4. 初心者が陥りがちなミスの回避: 条件分岐の仕組みやループの正しい使い方を理解することで、初心者が書きがちな「すべての条件を評価するコード」や「無限ループ」の問題を避けることができます。

次のステップ

条件分岐とループの基礎を学んだ次は、これらをさらに活用して、実践的なスキルを身につけましょう。以下のトピックを学ぶことをおすすめします.

1. 関数を使ったコードの整理:
   • 条件分岐やループを関数にまとめてコードの再利用性を高める方法を学びます。
   • 例: 数当てゲームを関数化して再利用可能にする。
2. リスト内包表記:
   • ループや条件を簡潔に書けるPythonの強力な機能です。これにより、より洗練されたコードが書けるようになります。
3. エラーハンドリング:
   • 例外処理（try、except）を学ぶことで、入力エラーや予期せぬ問題に対応するスキルを習得します。
4. 実践的なプロジェクト:
   • 条件分岐やループを活用したミニプロジェクトに挑戦しましょう。例として、簡易的なテキストベースのメニューシステムやシンプルなゲームの作成がおすすめです。

おわりに

条件分岐とループは、Pythonプログラミングの基礎であり、これらをしっかりと理解することで、より複雑なプログラムもスムーズに設計できるようになります。短絡評価を意識しながら効率的なコードを書けるようになると、プログラミングが一層楽しくなります。