Turtleグラフィックス④ データ型と関数
データ型と関数
Turtleグラフィックスを利用して， データ型 と 関数 の仕組みに関して学習しましょう． データ型とは，変数に記録されたデータの型のことです． リテラルはユーザ側が表現することが可能なデータのことですが， データ型はプログラム側がデータを区別するために用いる仕組みと考えると良いでしょう． また，関数は特定の処理に名前を付けて呼び出すための機能のことです． 関数を用いることで，煩雑なコードをすっきりとまとめて表現することが可能になります．
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，「chapter5.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 *
データ型
データ型
Pythonのデータ型を次の表にまとめます． 数値リテラルは，整数ならint型，小数ならfloat型となります． また，文字列リテラルはstr型，TrueとFalseの真理値はbool型になります．
| データ型 | 説明 | 例 |
|---|---|---|
| int | 整数 | 10, -1 |
| float | 小数 | -0.1, 3.14 |
| str | 文字列 | “abc”, “あいう” |
| bool | 真理値 | True, False |
type()を用いて，データ型を確認してみましょう．
print(type(10)) # -> int
print(type(0.1)) # -> float
print(type("abc")) # -> str
print(type(True)) # -> bool
例題1
次の変数のデータ型を確認しなさい．
x = "100"
y = "3.14"
z = "True"
キーボードからの入力
input()を用いることで，ユーザがキーボードから入力した値を受け取ることができます．
例として，消費税の計算を考えてみましょう（税率は10%とする）．
ユーザから入力された金額を1.1倍して税込金額を計算します．
次のコードはエラーとなってしまいますが，その理由を考えてみてください．
# 消費税の計算
price = input("金額を入力してください >>") # 100を入力
price = price * 1.1 # -> エラーになる
print(price)
エラーになる理由は，input()で入力された数値は，str型として変数に保持されるからです．
str型に対して乗算（*）を適用することはできません．
このような場合は，データ型を変換します．
int型に変換するにはint()，float型に変換するにはfloat()，str型に変換するにはstr()を用います．
# 消費税の計算
price = input("金額を入力してください >>") # 100を入力
price = int(price) # str型からint型へ変換
price = price * 1.1 # -> 小数が表示されてしまう
print(price) # -> 110.00000000000001
int型に変換することでエラーは解決できます． しかし，出力結果が小数（float型）になってしまっています．
例題2
上記の消費税の計算結果を整数で表示してください．
キーボード入力を活用した描画
キーボード入力を活用してTurtleグラフィックスを描画してみましょう．
ユーザが入力した半径（radius）に合わせて円を描画します．
円を描画するにはcircle(radius)を用います．
speed(0)
radius = input("半径を入力してください >>")
radius = int(radius)
circle(radius)
関数
関数には，Pythonに組み込まれている関数と，ユーザが定義する関数の2種類があります．
前者はこれまでに使用してきたprint()やinput()などが該当します．
後者はユーザが関数に名前を付けて定義します．
関数は，引数 や 返り値（戻り値） と組み合わせて定義することができます．
例として円の面積を計算する関数calcAreaを考えてみましょう．
円の面積を求めるには円周率が必要なため，numpyモジュール をインポートしておきます．
円周率はnp.piで参照することができます．
# numpyモジュールをインポート
import numpy as np
# 円周率
print(np.pi) # -> 3.141592653589793
関数定義
関数を定義するにはdefを用います．
実行する処理の部分は，for文やif文と同様にインデント（字下げ）が必要なことに注意してください．
def 関数名():
関数を呼び出したときに実行する処理
半径3の円の面積を計算するcalcArea()を定義します．
実行する処理の内部でprint()を実行し，計算結果を表示しています．
関数を呼び出し実行するには，定義した関数名calcArea()を用います．
# 関数を定義
def calcArea():
radius = 3 # 半径は3
area = radius ** 2 * np.pi # 半径*半径*円周率
print(area)
# 関数の呼び出し
calcArea() # -> 28.274333882308138
引数を利用した関数定義
上記の関数では，異なる半径の円の面積を計算するには，関数自体を修正しなくてはいけません． このような場合は，引数（ひきすう） を用います． 関数名の後ろの括弧の中に記述された変数が引数です． 関数を呼び出すときに，引数に渡した値が，関数の中で用いられます． 複数の引数を設定する場合は，変数をカンマで区切って記述することが可能です．
def 関数名(引数1, 引数2, …):
関数を呼び出したときに実行する処理
ここでは，円の半径radiusを引数として設定し，関数を呼び出すときに5を引数の値として渡しています．
# 関数を定義
def calcArea(radius):
area = radius ** 2 * np.pi
print(area)
# 関数の呼び出し
calcArea(5) # -> 78.53981633974483
返り値を利用した関数定義
上記の関数では，計算された結果をprint()で表示していますが，呼び出し元で利用することができません．
このような場合は，返り値（戻り値） を用います．
処理の最後にreturnで指定された値が返り値です．
返り値は呼び出し元で計算結果として受け取ることが可能です．
def 関数名(引数1, 引数2, …):
関数を呼び出したときに実行する処理
return 返り値
ここでは，半径3の円の面積と，半径5の円の面積を返り値として受け取り，この合計を呼び出し元で出力しています．
# 関数を定義
def calcArea(radius):
area = radius ** 2 * np.pi
return area
# 関数の呼び出し
area3 = calcArea(3) # -> 28.274333882308138
area5 = calcArea(5) # -> 78.53981633974483
print(area3 + area5) # -> 106.81415022205297
関数を活用した描画
頂点数を指定して任意の多角形を描く関数drawPolygon()を定義してみましょう．
引数には，始点の座標xとy，頂点数vertexを指定します．
また，多角形の1辺の長さは200とします．
def drawPolygon(x, y, vertex):
penup()
goto(x, y) # 始点の座標はx,y
pendown()
sum = 180 * (vertex - 2) # 内角の和
angle = sum / vertex # 頂点の角度
for i in range(vertex):
forward(200)
right(180 - angle)
drawPolygon(-100, 100, 4)
drawPolygon(-100, 173, 6)
課題
図を参考に円に内接する任意の正多角形を描く関数drawInscribedPolygonを定義してください（外側の円は描画しなくてもよい）．このとき，頂点数vertexを関数の引数として設定してください．また，頂点数を増やすと，どんな図形になるか確認しましょう．
- キーボードから頂点数を入力（関数に引数として渡す）
- 円の半径は300ピクセル（円の中心は
(0,0)） - X座標は余弦
cos()．Y座標は正弦sin()で求める - タートルの移動には
goto()を利用する
# 余弦と正弦の算出方法
print(np.cos(np.radians(45))) # 余弦 -> 0.7
print(np.sin(np.radians(45))) # 正弦 -> 0.7
print(np.cos(np.radians(90))) # 余弦 -> 0.0
print(np.sin(np.radians(90))) # 正弦 -> 1.0
課題を完成させたらスクリプトを保存し，「chapter5.py」を提出してください．