Turtleグラフィックス② 変数と繰り返し

変数と繰り返し

Turtleグラフィックスを利用して， 変数 と 繰り返し の仕組みに関して学習しましょう． 変数とは数値や文字列などのデータを一時的に保存するための仕組みです． 変数には計算結果などを保存することができますが， プログラムを終了すると，変数に格納されたデータは参照することができなくなります． また，複数のデータを保存するには リスト と呼ばれるデータ構造を変数に保存します．

また，変数やリストを利用して， 繰り返し という制御が実現されます． 繰り返しは，その名前が示すように，特定の処理を複数回繰り返して実行する処理のことです． Pythonに限らず，一般的なプログラミング言語において， 変数や繰り返しは重要な機能となりますので，しっかりと身に付けましょう．

準備

Muエディタを起動したら，Python3 モードを選択しましょう． ツールバーにある「保存」をクリックして，「chapter3.py」という名前でスクリプトを保存します． また，Turtleグラフィックスのライブラリ（モジュール）をインポートしておきましょう．

# Turtleグラフィックスのライブラリをインポート
from turtle import *

変数

算術演算子

変数を理解する前にPythonで利用可能な算術演算について確認しましょう． 数値を対象に加算・減算などの算術演算を行うには算術演算子を用います． 算術演算子を次の表にまとめます． print()で各算術演算子の結果を表示してみましょう．

# 算術演算子
print(3+2) # -> 5
print(3-2) # -> 1
print(3*2) # -> 6
print(3/2) # -> 1.5
print(3//2) # -> 1
print(3%2) # -> 1
print(3**2) # -> 9

加算を表す+と乗算を表す*は文字列にも適用が可能です． 文字列を対象とするとき，+は文字列の連結，*は文字列の繰り返しを表します．

# 文字列の連結
print("abc" + "def") # -> abcdef

# 文字列の繰り返し
print("abc" * 3) # -> abcabcabc

変数

変数はデータを格納する箱のことです． 変数にデータを格納することを 代入 と呼び，演算子=を用いて記述します． 変数には 任意の名前（変数名） を付けることができますが， 変数の先頭の文字に数字を用いることはできません（予約語も使用できない）． print()で変数名を指定すると，変数に格納されたデータが出力されます．

# 数値を変数x,yに代入
x = 100
y = 200
print(x) # -> 100
print(y) # -> 200

算術演算子を利用して，計算結果を変数に代入することもできます． 同じ変数名に値を代入すると，格納される値は上書きされることに注意しましょう．

x = x + 100
y = y * 2
print(x) # -> 200
print(y) # -> 400

print()で変数を出力するときに，f文字列 という機能がPython 3.6から利用可能になりました． 文字列に変数を埋め込んで出力するときにてとても便利です． 使い方を覚えておきましょう．

# f文字列
print(f"x={x} y={y}") # -> x=200 y=400

変数を活用した描画

変数を活用してTurtleグラフィックスを描画してみましょう． 変数xとyにタートルの座標を代入して，長方形を描きます．

x = 100
y = 200
goto(x, y) # x=100 y=200

x = x - 200
goto(x, y) # x=-100 y=200

y = y - 400
goto(x, y) # x=-100 y=-200

x = x + 200
goto(x, y) # x=100 y=-200

y = y + 400
goto(x, y) # x=100 y=200

リスト

リストの宣言

リストは「[]（角カッコ）」で，カンマで区切られた複数の値（要素）を囲むことで表現します． 作成したリストは，変数に代入することができます． 変数に代入されたリストの要素は，要素番号（添字）を用いて参照することができます． 例えば，xlist = [100, -100, -100, 100]のように4つの要素で構成されるリストは， xlist[0]，xlist[1]，xlist[2]，xlist[3]のように，0から3の要素番号を用いて参照します． ちなみにリストの要素数を超えた要素番号（例えばxlist[4]）を参照するとエラーになります．

# リスト
xlist = [300, -300, -300, 300]
ylist = [200, 200, -200, -200]
print(xlist) # -> [300, -300, -300, 300]
print(ylist) # -> [200, 200, -200, -200]

# xlistの0番と1番
print(xlist[0]) # -> 300
print(xlist[1]) # -> -300

# ylistの2番と3番
print(ylist[2]) # -> -200
print(ylist[3]) # -> -200

リストの長さと合計

リストの長さを求めるlen()，リストの値を合計するsum()という関数が利用可能です．

zlist = [1, 2, 3, 4, 5]
print(len(zlist)) # -> 5
print(sum(zlist)) # -> 15

リストの要素の追加

リストの末尾に要素を追加するにはappend()を利用します．

# 要素の追加
xlist.append(400)
xlist.append(300)
ylist.append(0)
ylist.append(200)
print(xlist) # -> [300, -300, -300, 300, 400, 300]
print(ylist) # -> [200, 200, -200, -200, 0, 200]

リストを活用した描画

リストを活用してTurtleグラフィックスを描画してみましょう． xlistとylistがタートルの座標を表しています． 後述のfor文をリストを組み合わせると， よりコンパクトなコードで同じ内容を記述することができます．

goto(xlist[0], ylist[0])
goto(xlist[1], ylist[1])
goto(xlist[2], ylist[2])
goto(xlist[3], ylist[3])
goto(xlist[4], ylist[4])
goto(xlist[5], ylist[5])

繰り返し

for文（リストの要素で繰り返し）

リストの要素を順に取り出しながら，特定の処理を繰り返すことができます． ここでは，for文 と呼ばれる繰り返しのための制御構文を取り上げます． for文は次のように記述します．

for 変数 in リスト:
	繰り返す処理 # インデント（字下げ）が必要

forのすぐ後ろにある変数に，リストの要素が一つずつ代入されます． この変数を用いて，特定の処理を繰り返します． 繰り返す処理の先頭には インデント（字下げ） が必要です． 一般的には，タブキー（TAB）を利用して，4文字文のスペースをインデントとして用います．

例として，5人のテストの得点を表すリストを格納したscoresを考えます． リストから得点を一つずつ取り出し，print()で出力しましょう．

# テストの得点
scores = [80, 70, 90, 50, 80]

# for文で要素を取り出す
for data in scores:
	print(data) # 変数dataに値が格納される

例題1

for文を利用して，テストの得点の合計を計算してください． 得点の合計を格納するための変数totalを宣言し，結果をprint()で出力しましょう．

for文（決まった回数の繰り返し）

特定の決まった回数だけ繰り返しを行うにはrange()を利用することができます．

for 変数 in range(繰り返し回数):
	繰り返す処理 # インデント（字下げ）が必要

例えば，リストxlistの要素数である6を繰り返し回数に指定すると， 変数indexには，0から5までの値が代入されます． この値を参照番号として，リストの要素を参照すると便利です．

for index in range(6):  # 繰り返し回数はlen(xlist)でもOK
	print(index)
	print(f"x={xlist[index]} y={ylist[index]}")

for文を活用した描画

for文を活用してTurtleグラフィックスを描画してみましょう． for文を利用して0から5までの要素番号を指定して，xlistとylistの要素を取り出しています． goto()を6回記述するより，for文を利用する方が，コンパクトに記述できることがわかります．

for index in range(6):  # 繰り返し回数はlen(xlist)でもOK
	goto(xlist[index], ylist[index])

例題2

次の図を参考に1/2に縮小した図形を描画してください．

課題

次の課題に取組んでください．

• 図を参考にfor文を利用して時計回りの渦を描く
• ペンを徐々に太くする
• 横線は赤色，縦線は青色