制御構造繰り返し (ループ)

条件分岐と比較演算子

条件分岐はその名の通り、ある条件に従って処理を分岐させるものである。

フローチャートで見ると分かりやすいかもしれない。

これは次のような意味である。まず (1) が実行される。次の菱形が、指定された条件が成立しているかどうかを調べる部分である。その結果、「はい」であれば下へいき、そのまま (2) と (3) を実行する。

もし「いいえ」であれば、(2) を飛ばして(3)へ行く。

従って、

「はい」の場合:
- (1) → (2) → (3)
「いいえ」の場合:
- (1) → (3)

と実行されることになる。

図のように条件が成立するかしないかで二手に分かれているので、これを「条件分岐」という。

では具体的な例で見てみよう。

基本形 (1)

ある条件が成立した場合にのみ処理させるには、

if 条件:
    # 条件成立時の処理

と書く。例えば、「変数 $x$ の値が正だったら、 positive と表示する」プログラムは次のようになる。

if x > 0:
    print("positive")

関数定義の時と同様に、条件 (ここでは x > 0) が成立したときの処理をインデントして書く。この例では条件成立時に実行される部分は一行のみだが、複数行でも構わない。

フローチャートで見てみよう。

$x$ の値が値が正だったら、次のような処理の流れになる。

$x$ の値が値が正ではなかったら、次のような処理の流れになる。

以下のプログラムを入力し、実行してみよ。また一行目の x の値をいろいろ変えて試してみよ。

x = 1

if x > 0:
    print("positive")

実行結果

基本形 (2)

ある条件が成立した場合は A を、しなかった場合は B を実行するようなプログラムは、

if 条件:
    # A: 条件成立時の処理
else:
    # B: 条件非成立時の処理

と書く。例えば、「変数 $x$ の値が負だったら negative を表示し、そうでなかったら zero or positive を表示する」プログラムは、

if x < 0:
    print("negative")
else:
    print("zero or positive")

となる。

以下のプログラムを入力し、実行してみよ。また一行目の x の値をいろいろ変えて試してみよ。

x = 0

if x < 0:
    print("negative")
else:
    print("zero or positive")

実行結果

この場合のフローチャートを描いてみよ。基本形 (1) との違いは何だろうか?

基本形 (3)

基本形 (2) では正の場合と 0 の場合が一緒に表示されていた。当然 $x$ が正か 0 か負か、で処理を分けたいであろう。

これは、プログラミング的には(条件分岐的には)「変数 x の値が負だったら negative を表示し、そうでなかった場合、もし変数 x の値が 0 なら Zero を表示し、そうでなければ positive を表示する」となる。これを素直に書くと、次のようになる。 (なお、「 a と b が等しい場合」は a == b と書く (後述))

# ! 望ましくない書き方 !

if x < 0:
    print("negative")
else:
    if x == 0:
        print("zero")
    else:
        print("positive")

これは間違いではないが、見通しが良くないので、避けるべき書きかたである。この場合は、

if x < 0:
    print("negative")
elif x == 0:
    print("zero")
else:
    print("positive")

と書くのが良い。 elif (else if の意) というのが重要な部分である。

以下のプログラムを入力し、実行してみよ。また一行目の x の値をいろいろ変えて試してみよ。
このプログラムのフローチャートを描け。

x = 0

if x < 0:
    print("negative")
elif x == 0:        # == (等号二つ) であることに注意
    print("zero")
else:
    print("positive")

実行結果

この elif は複数書くこともできる。例えば:

x = 0

if x < -1:
    print("< -1")
elif x < 0:
    print("negative but not < -1")
elif x == 0:
    print("zero")
else:
    print("positive")

print("End")

このプログラムを入力し、実行してみよ。また一行目の x の値をいろいろ変えて試してみよ。
このプログラムのフローチャートを描いてみよ。

実行結果

elif (及び else) は それ以前の条件が成立しなかった場合のみ 実行される。言い換えると、一度条件が成立すると、そのブロックのみ実行し、if の最後に飛ぶ。従って次のプログラムは (文法的には問題はないが) 不適切である。

if a > 0:
    ...
elif a > 1:
    # ここにくることはない
else:
    ...

条件の書き方—ブール型と比較演算子と論理演算子

ブール型 (Boolean)

これまで変数と値の型として、数値及び文字列を扱ってきたが、ここでもう一つ新しい型であるブール型について学ぼう。

ブール型 (ブーリアン Boolean, 論理型などとも言う) は、その値に真 (True) か偽 (False) をとるもののことを言う。

原則としてブール値を変数に格納すべきではないが、

a = True
b = False

などと使うこともできる。

[補足] 型 (データータイプ) とは

ここで「型」という言葉が出てきたので、それについてちょっとだけ触れておく。型というのは要するに変数や値の「種類」と言ってよい。

これまでに

数値型
文字列型
ブール型

が出てきた。他にもあるが、まずはこれらを押さえおこう。

数値型には整数型と浮動小数点型 (と複素数型) があるが、最初のうちはそれほど意識しなくて良い。

比較演算子

演算子のうち算術演算子についてはすでに述べた。ここでは、 if 文等で使用される 比較演算子 について説明する。その名の通り、二つのものを比較する為に使われる演算子であり、主に以下のものが使われる。最初の二つ以外は自明であろう。

a == b: 二つの数が等しいかどうか判定する。等号が二つであることに注意 (初心者が間違えやすいポイントである)。一つだと代入になる。値が小数の場合は注意を要するが、それについては数値計算で注意すべきことで説明する。
a != b: 「 a と b が等しくないかどうか」を判定する
a > b: 「 a が b より大きいかどうか」を判定する
a >= b: 「 a が b 以上かどうか」を判定する。 => とは書けないので注意
a < b: 「 a が b より小さいかどうか」を判定する
a <= b: 「 a が b 以下かどうか」を判定する。 =< とは書けないので注意

これらの演算子はその結果としてブール型の値 (つまり True または False) を返す。「演算子が値を返す」という言い方は違和感があるかもしれないが、要は、 1 + 2 を「計算」すると 3 という値が得られるのと同様に、 1 == 1 を「計算」すると True という値が得られるというだけのことである。

以下のプログラムを入力し、実行してみよ。その後、このプログラムは何を「計算」しているか考えてみよ。また一、二行目の a, b の値をいろいろ変えて試してみよ。

a = 0
b = 10

result = (a == b)
print(result)

実行結果

論理演算子

比較演算子だけでは「… かつ … のとき」とか「… あるいは … のとき」とか「… ではないとき」のような条件が書けない。そこで、以下の演算子を使う。

and: … かつ …
or: … または …
not: … ではない

A or B は A または B の「少なくとも」一方が真のときに真となる。 A と B の両方が真のときも真になる点に注意。

これらは具体的には以下のように使う。

if (a > 0) and (b > 0):
    # a が 0 より大きく、かつ b が 0 より大きいとき
    # (つまり a も b も 0 より大きいとき) に実行

if (a > 0) or (b > 0):
    # a か b の一方または両方が 0 より大きいときに実行

if not ((a > 0) or (b > 0)):
    # 「a が 0 より大きい または b が 0 より大きい」
    # ではないときに実行

以下のプログラムを入力し、実行してみよ。また一、二行目の a, b の値をいろいろ変えて試してみよ。

a = 0
b = 0

if (a > 0) and (b > 0):
    print("a > 0 and b > 0")

if (a > 0) or (b > 0):
    print("a > 0 or b > 0")

if not ((a > 0) or (b > 0)):
    print("not ((a > 0) or (b > 0))")

実行結果

演算子の優先順位

演算子の優先順位はちょっとややこしいので、まずは、

not, and, or の順で優先順位が高い

だけ押さえておいて欲しい¹。例えば not a and b は (not a) and b と等価である (not (a and b) ではない)。

あとは ( … ) で明示するのが良いだろう。

補足

さらに言えば、

比較演算子 (==, >= 等)
論理演算子 (not, and, or)

の順で優先順位が高いので、上に出てきた if (a > 0) or (b > 0): の括弧は無くてもよい。

しかし if not ((a > 0) or (b > 0)): の場合は if not a > 0 or b > 0: とは書けない (なぜか考えてみよ)。このような間違いを避けるために、無闇に括弧を省略しようとしない方が良い。 (括弧がないと、後で他の人あるいは自分がプログラムを読んだときに、意図してこうなっているのか、間違っているのかが分かりにくい。)

おさらい: `if` 文

ブール型について理解したところで、再度 if について見てみよう。これまでは「条件が成立した (しなかった) 場合」などと言ってきたが、「式の結果が真 (偽) の場合」と言う方がより正確である。つまり if のより正確な説明は、

if 式1:
    式1が真だったときの処理
elif 式2:
    (式1が偽かつ)式2が真だったときの処理
else:
    どの式も真にならなかった場合
    (= 全ての式が偽だった場合) の処理

となる。

通常は「条件が成立した (しなかった)」で問題ないが、その背後には真偽値があることを押さえておきたい。

まとめ

ここでは条件分岐について学んだ。

if, elif, else で条件に応じた処理ができる

基本形:

if 条件1:
    # 条件 1 成立時
elif 条件 2:
    # (条件 1 不成立かつ)
    # 条件 2 成立時
elif 条件 3:
    # (条件 1, 2 不成立かつ)
    # 条件 3 成立時
elif ... :
    ...
else:
    # どの条件も成立しなかったとき

elif, else は必要に応じて使用する。

比較演算子 (a == b, a != b, a > b, a >= b, a < b, a <= b) について学んだ
論理演算子 (not, and, or) について学んだ

厳密な優先順位を知りたければ、 https://docs.python.org/3/reference/expressions.html#operator-precedence を参照のこと。

制御構造繰り返し (ループ)

条件分岐と比較演算子

基本形 (1)

基本形 (2)

基本形 (3)

条件の書き方—ブール型と比較演算子と論理演算子

ブール型 (Boolean)

比較演算子

論理演算子

演算子の優先順位

おさらい: if 文

まとめ

おさらい: `if` 文