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．

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．

参考書籍