Pythonを使う意味とは？開発できることや身につける方法などを紹介

Pythonはどういう言語なのか

Pythonは、読みやすさと分かりやすさを重視したプログラミング言語です。プログラミング初心者であっても理解しやすい構造になっており、習得しやすい言語でもあります。

読みやすい、分かりやすい、習得しやすいというだけでなく、実用性と汎用性があり、様々な用途に使うことができ、特に、機械学習に向いている言語として注目されています。

また、Pythonを動かすための準備段階である環境構築が簡単にできるため、手間をかけずに学習に入ることができるでしょう。

また、近年ではブラウザからPythonを実行できるGoogle Colaboratoryなどのサービスもあります。面倒な環境開発をせずにPythonを体験してみたいという人でもすぐに学習に取り掛かることができるため、よりPythonが身近なものになってきたといえるでしょう。

Pythonの基本的な構文

まずはPythonプログラミングに必要な最低限の構文をいくつか紹介します。

ここで紹介するのは初心者がはじめに学ぶ構文であり、Pythonでプログラミングをする上で必要になる構文です。もちろんここで紹介する内容だけで様々な機能を持つプログラムを書けるわけではありませんが、本格的に学習する前の入門として参考にしてみてください。

なお、動作環境によっては、うまく作動しない可能性があります。

四則演算

四則演算は、学校で習った計算とほとんど同じような形式で行います。

・足し算：a+b
・引き算：a-b
・掛け算：a*b
・割り算：a/b

算数と違う点は、掛け算は×ではなく*（アスタリスク）を使い、割り算には÷ではなく、/（スラッシュ）を使います。また、少し変わった計算式としては、割り算をした余りを求める式や、aのb乗を表すべき乗があります。

・余り：a%b
・べき乗：a**b

例えば、5%2という計算式を実行すると余りである1が答えとなります。また、2**5は2の5乗なので32となります。

for文を使ったループ処理

for文は繰り返し処理を行うための構文です。リストから要素を1つずつ順番に取り出して、for文の中に記述した処理を実行します。この一連の動きをリストの最後まで繰り返し行います。

例えば、numsというリストに入っている値を先頭から順番に取得して出力する場合は以下のように書きます。

nums = [5,10,20,45]
for i in nums:
print(i)

これを実行すると、5,10,20,45と表示されます。numsに入っている値をiに入れて、for文内の処理であるprint文を実行し、次の要素でも同じことを繰り返した結果です。このような繰り返し処理を行うのがfor文です。

while文を使ったループ処理

for文と同じように繰り返し処理を行う構文としてwhile文があります。

for文は繰り返す回数が分かっている処理に対して使いやすく、一方while文は条件次第で繰り返し処理を行う場合に適しています。

例えば、リストnumsの値をすべて合計するwhile文を書いてみます。

nums = [5,10,20,45]
index = 0
num_lens = len(nums)
total = 0
while index < num_lens:
total += nums[index]
index += 1
print(total)

while文はfor文と違い、リストの前から順番に変数に値を入れるという機能はありません。そのため、indexという変数にカウントアップの機能を設定します。そして、indexの値が、リストの最後の要素の順番を示す数字と同じになるという条件を満たすまで繰り返します。

この条件部分を、リストの2番目までやリストの値の数値が10を超えるまでなど、様々な条件を設定することで、条件を満たした時点で繰り返しを終了するというプログラムを作ることができます。

条件分岐

条件によって行う処理を選択するにはif文を使います。

例えば、100円を持ってお使いに行ったAさんがあるミカンを買えるかどうかという問題の答えは、買える、買えないの2択です。この場合、ミカンの値段がAさんの所持金以下なら買える、所持金以上なら買えないとなります。

買えるか買えないかの分岐条件はミカンの値段次第です。以下の例であれば、ミカンの値段が150円なので「買えない」ことになります。

a = 100
mikan = 150
if a > mikan:
print("買える")
else:
print("買えない")

テキストとして表示させる方法

Pythonだけでなく、様々な言語において最初に学ぶのがテキストの表示ではないでしょうか。有名なところでは「Hello, world!」を表示させるというものがあります。これにはprint文を使います。

print('Hello, world!')

たった1行でHello,world!と表示させることができます。

C言語で記述する場合

C言語で同じ文を出力する場合、以下のようになります。

#include
int main() {
printf("Hello World");
return 0;
}

C言語では何かしらの処理を行う際には関数を使います。関数を使うために必要なファイルを1行目で呼び出し、戻り値をint型に指定したmain関数の中にprintf文を書いています。

Javaで記述する場合

Javaでも同じようにHello, world!と出力するコードを書いてみます。

class HelloWorld {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("Hello, world!");
}
}

C言語よりもさらに複雑になりました。Javaではプログラムを記述するには必ずクラスを書く必要があるためです。ここでは、HelloWorldというクラスを作り、さらにクラスの中にmain関数を用意して、その中に出力文を書いています。

変数

変数とはデータの入れ物のことです。変数にデータを入れることを代入するといいます。空の箱に物を入れるのをイメージすると分かりやすいでしょう。

例えばappleと書かれたボックスに、りんご1個の値段150円と書いたデータを入れておきたい場合にはapple=150と記述します。りんごの値段を覚えておかなくてもappleという箱の中にりんごの値段が入っていれば忘れないでしょう。

他にもミカンやブドウなどの値段を入れた箱が増えた場合も同様に書いておけば、どの果物の値段がいくらだったか忘れたり、間違えたりせずに使うことができます。

また、りんごの値段が100円に値下がりした時にはapple=100と書き換えれば良いため、りんごの値段が何十回も出てくるような複雑なプログラムになっても書き換えるのは一か所で事足ります。

一方で、変数を使わない場合はりんごの値段が書いてある部分を全て書き直す必要があり、見落としや修正ミスなどが起こりやすくなってしまうでしょう。

Pythonを使って開発する意味

プログラミング言語には多くの種類がある中で、Pythonを選んで使うのには理由があります。

ここでは他の言語ではなくPythonで開発する利点をいくつか紹介していきます。

他人が書いたコードを解読しやすい

Pythonはプログラムの読みやすさと分かりやすさを重視した書き方が採用されているため、Python初心者でも理解しやすいように書かれています。

ソフトウェア開発に携わる場合、複数人でソースコードを書くケースも多くあります。Pythonを使っていると、ソースコードでも分かりやすくなっているため他の人が書いた部分も解読しやすいというメリットがあります。

必要最低限の文法しか使わない

繰り返しになりますが、Pythonは読みやすく分かりやすいソースコードで記述することを重視した言語です。そのため、ソースコードがシンプルになっており、必要最低限の文法だけで様々な機能を持つプログラムを作ることができます。

また、フレームワークやライブラリを活用することでよりシンプルで簡潔なコードだけで、質の高いプログラムを書くことができるでしょう。

ライブラリが充実している

Pythonには、汎用性の高い機能が豊富に搭載された標準ライブラリの他に、外部から追加インストールして利用するライブラリがあります。

外部ライブラリには、数値計算を効率的に行うNumPyや、グラフの描画やデータの可視化に便利なMatplotlib、データ解析に特化したPandasの他、特殊な機能を持ったライブラリが用意されています。

フレームワークも充実していて開発を効率化できる

フレームワークとは、アプリケーションを作成するために必要な機能があらかじめ用意されたひな型のようなものです。フレームワークは自分で書くものではなく、他の人が書いたコードを再利用して使うことができます。

代表的なフレームワークとしてDjangoやFlask、bottleなどが挙げられます。フレームワークに、自分の利用したい機能に必要な情報を入力するだけでアプリケーションが作成できます。

ただし、フレームワークを利用するには、そのフレームワーク独自の記述方法でコードを書くため、それぞれのフレームワーク特有の記述方法を覚える必要があります。

エラーが出ても直しやすい

プログラミング言語には、コードをコンピューターが理解するために変換する方法によって大きく2つにわけることができます。インタプリタ言語とコンパイラ言語です。

コンパイラ言語は書いたコードを一度にまとめて変換し読み取るのに対し、インタプリタ言語はコードを1行ずつ変換していき、エラーが発生するとプログラムが停止する仕組みです。

Pythonはインタプリタ言語です。1行ずつコードを読み込んでいくため、どの行でエラーが発生したのか特定しやすく、直しやすい言語になっています。

AI分野の開発に欠かせない言語である

Pythonは、特に人工知能や機械学習の分野で注目され、広く活用されています。Pythonには統計や計算処理を得意とするライブラリが豊富に用意されていることがその要因の一つといえるでしょう。

GoogleやFacebookなどの大企業でもPythonによる機械学習技術は活用されています。海外の企業に比べると日本はAI技術の企業導入は遅れているといわれていますが、そのニーズは着実に高まってきています。

Pythonを使って開発するデメリット

ここまでPython開発する意味を紹介してきましたが、Pythonにも苦手なことや欠点があります。

マイナス面もしっかり知ることで、自分がPythonを学習する目的にマッチするかどうかを判断し、学習する意味を明確にしていきましょう。

• エラーが起こりやすい
• 大規模なシステム開発などには不向き
• 日本語でのサポートが充実していない

エラーが起こりやすい

Pythonの特徴の1つとして、あらかじめ変数や関数の引数などのデータに対して型を設定しなくてもよい動的型付け言語であるということが挙げられます。

プログラムのコードを実行時にコンパイラやインタプリタが型を想定して変数などを扱うため、想定と違う型を入力してしまってもエラーが起こりにくい傾向にあります。

しかしその反面、プログラムの実行結果が想定と違う結果になるという欠点もあります。例えば、x=a+bという式を使い、aには100、bには200を代入します。aとbを数字として扱うことを想定したら、100+200=300となるのが正解です。

しかし動的型付けの場合、aとbに代入されたのが文字列としての'100'と'200'だとしてもエラーを起こさずに実行できてしまいます。そのため'100'+'200'='100200'という想定外の結果になってしまうのです。

大規模なシステム開発などには不向き

Pythonは大規模なシステム開発には向いていないといわれることがあります。これはPythonが動的型付け言語であるということに関係しています。

コードが長くなってくると、自分で書いたプログラムであってもその変数に何の型を入れるつもりで書いたのか分からなくなってくることがあります。

型ヒントを付けることもできますが、強制的に指定した型しか代入できない静的型付け言語とは違い、間違いが起きる可能性がないとは言えないでしょう。

大人数が関わる大規模なシステム開発では、このような間違いが起こる可能性が高くなってしまいます。

また、インタプリタ言語であるため実行速度が遅いのも理由の一つに挙げられます。処理速度の速さが要求される大規模システムの開発には、より速度の速いコンパイラ言語が向いているといわれています。

日本語でのサポートが充実していない

Pythonは世界中で人気の高い言語ですが、日本で注目されるようになったのは最近のことです。そのためJavaやC言語などに比べると参考書や情報量が少ないのではという声もあります。Pythonの日本語版公式サイトもありますが、情報量は英語版の方が多くなっています。

ただし、日本でもPythonの人気は年々上がっているため、徐々に教材や情報も増えてくるでしょう。

Pythonを使ってできること

いくつかでデメリットを紹介したところで、今度はPythonが得意とすることや、Pythonでできることを紹介していきます。

PythonといえばAIや機械学習といわれていますが、他にもできることはたくさんあります。どのような場で使われているのかもチェックしていきましょう。

AIの開発

ビッグデータの処理が必要なAIの開発においてPythonは重要な言語として位置づけられています。

Pythonには、ビッグデータのように大量の画像やWebページなどのデータを処理するのに必要なフレームワークが用意されているためです。

データ分析の工程はクローリング、スクレイピング、データ前処理の3つに分かれていますが、Pythonにはそれぞれの工程に適したフレームワークがあり、最適なフレームワークで進めていけることが強みの一つだといえるでしょう。

Web上のデータを効率よく集める

Webサイトから情報を取得する技術のことをWebスクレイピングといいます。単に情報を取得するだけでなく、取得した情報をExcelなどに整理したり、利用することもできます。

PythonにはWebスクレイピングに使えるライブラリが豊富にある用意されています。BeautifulSoup、Scrapy、Seleniumなどがその一部であり、これら活用することで効率的に情報収集できます。

ただしWebスクレイピングは、Webサイトに頻繁にアクセスするため、アクセス先のサイトに過剰な負荷をかけてしまいます。悪意がなくともサーバーダウンの原因となったりすることがあるため注意しましょう。

ブロックチェーンの開発

ビットコインや仮想通貨の取引の透明性や公正性を担保するためにブロックチェーンという技術が使われています。

複数のコンピューターで情報を記録・保持しているため、一部のコンピューターがダウンしたり、攻撃を受けて情報が損なわれたりしたとしても、他のコンピューターが記録を保持しており、取引の記録が失われることはないという特性があります。

透明性や公正性が必要な取引、例えば仮想通貨や金融商品、証券取引や保険契約などに使われるブロックチェーンの開発分野でもPythonは主要言語として活用されています。

データを処理したり分析すること

Pythonには、Webスクレイピングで集めたデータを、処理したり分析したりするフレームワークやライブラリは多数用意されています。

例えば、データベースにある大量のデータを計算して読みやすい行列表にしたり、膨大な量のエクセルファイルの中から目的のデータのみ抽出して別のファイルにコピーしたりするなど、自動でデータ処理することも可能です。

アプリなどの開発

PythonはWebアプリの開発に関するフレームワークやライブラリが充実しており、これらを活用し開発されたWebアプリがたくさんあります。例えば、InstagramやYouTube、dropboxなどがその一部です。

これらのWebアプリ開発には、PythonのWebアプリのフレームワークが使われています。

機械学習を用いたソフトウェアの開発

機械学習とは、人間のような学習能力をコンピューターで実現する人工知能技術のことです。

コンピューターが大量のデータを読み込んで、その中からパターン、規則性などを発見し学習します。その結果を分析して、機械自身が新しい特徴を発見し、そのデータを応用・活用していきます。

顔認証や、インターネットショッピングのレコメンド機能、自動運転などが機械学習を用いたソフトウェアとして挙げられ、これらの技術にもPythonが使われています。

Pythonの初歩であるpass文について

pythonには、pass文という構文があります。pass文には、何もしないという意味がありますが、プログラミングにおいて何もしないというのはどういう動きを表すのでしょうか。

分かりやすいように例を挙げながら紹介していきます。

pass文とは「何もしない」という命令

pass文は「何もしない」という命令をする構文です。実際に、pass文を処理として記述したプログラムを動かしても何も起こらずに終了します。

これだけだと不要なように思えるpass文ですが、プログラムを書いていくうちに使用する機会がでてくるでしょう。

なぜpass文を使うのか

何もしないなら何も書かなければいいと思うかもしれませんが、構文的に何かしらの文が必要な場合があります。構文的に必要なのに、何も実行するコードがない場合にプレースホルダー的に置いておく文として、pass文は有用な命令なのです。

pass文の例

pass文の使用例の一つとして、関数の定義だけして中身を後で考えるという場合があります。

この関数を実行しても一見何も起こらないように見えますが、実際はこの関数は動いていて、戻り値としてNoneが返ってきます。このpass文の部分に、後からきちんと動くプログラムを書くことで機能するようになります。

他にも、条件分岐で何もしない場合や、例外処理で何もしない場合などにも利用することがあります。

Pythonを使う意味を知って身につけよう

Pythonは今勢いのあるプログラミング言語の一つといえるでしょう。私たちが普段使っているサービスやアプリなどにも広く使われている言語です。

AIや機械学習などの技術の発展により、今後さらに需要が増えていくと予測される言語でもあります。習得しやすい言語でもあるため、プログラミング未経験の人でも入りやすいのではないでしょうか。

Pythonを使った幅広い活躍の場で、キャリアアップや新たな言語の習得を目指してみてはいかがでしょうか。