PyCon JP 2012 Pythonプログラミングハンズオン(初級者向け)¶

Pythonでできること¶

Pythonは汎用のプログラミング言語です。次のようなことができます。

• 数値計算
• CUIのシェルでのテキスト入出力
• ファイルの読み書き
• ネットワーク通信
• OSの持つ各種APIの利用
• 拡張モジュールの利用

python.orgのページに、より詳しく書かれています。

About - python.org (英語)

Pythonが使われているソフトウェアやサービス¶

Pythonでどんなことができるのかを知るには、Pythonが使われているソフトウェアやサービスを見てみるのも良いでしょう。いくつかここで紹介します。

次は¶

Pythonについて知ることができたら、次はPythonプログラミングのための用意をしましょう。

Pythonのインストール¶

まずはPythonをインストールします。OSによって対応が違うので注意してください。

開発スタイルについて¶

Pythonをインストールできましたか？

他に必要なものは、最低限だと使い慣れたテキストエディタだけです。

さて、Pythonのプログラミングを対話モードとテキストエディタのみで行うのも良いですが、開発を補助する様々な機能を詰め込んだ統合開発環境(IDE)というものもあります。他にもリモートで開発するスタイルなどをここでは少し紹介します。

IDEの利用¶

PythonをサポートするIDEはいくつかあり、そのほとんどがプロジェクト管理機能や高機能エディタ、デバッガ、統合されたインタープリターなどを持っています。ここではPyScripter、PyDev、PyCharmを紹介します。

PyScripter¶

PyScripterは、Windowsで動作するオープンソースのPython IDEです。複数のPythonバージョンをサポートしている他、プロジェクト管理、ファイルエクスプローラ、統合されたインタープリター、単体テスト、正規表現テスターなどを備えています。比較的軽量なIDEです。

PyScripter

PyScripter

PyDev¶

PyDevはEclipseのためのオープンソースのPython IDEです。EclipseやAptanaStudioにプラグインとして追加できます。

PyDev.org

PyCharm¶

PyCharmは、JetBrains社が開発している有償のPython IDEです。IntelliJベースで補完機能やリファクタリング、バージョン管理ツールの統合、virtualenvサポートなどを備えたとても強力なIDEです。

仮想マシン上での開発¶

Webアプリケーションの開発などで、別のOSを使用したい場合におすすめのスタイルです。

VMwareやVirtualBoxでLinuxなどを動かし、SSHでログインしてVimやEmacsなどのCUIのテキストエディタで開発します。

仮想マシンで動作しているUbuntuにSSH(PuTTY)でログインしてVimで開発

次は¶

これでPythonのプログラミング環境は用意できました。次はいよいよPythonプログラミングを始めます。

対話モードでの起動¶

Pythonには、対話的にプログラムを入力、実行できる対話モードがあります。まずは、対話モードを使ってみましょう。

Windowsの場合はコマンドプロンプトから、MacOSX、Ubuntuの場合はターミナルから python と入力してEnter(またはReturn)キーを押します。

Python対話モードの起動

正常に起動した場合は、Pythonのバージョンと >>> という文字(プロンプト)が表示されます。

プロンプトが表示されている状態になれば、Pythonのプログラムを入力できます。

対話モードでプログラミングする¶

まずは「1 + 2」を計算させてみましょう。 >>> の後ろにカーソル位置がある状態で、 1 + 2 と入力し、Enterキーを押します。

Python対話モードで「1 + 2」の計算

計算結果の「3」が画面に表示され、再度プロンプトが表示されます。

次に「Hello, world!」という文字列を画面に表示してみましょう。プロンプトに print("Hello, world!") と入力してEnterキーを押します。

Python対話モードで「Hello, world!」と表示

画面に「Hello, world!」と表示された後、再度プロンプトが表示されます。

このように対話モードは、Pythonのプログラムを逐次入力して実行し、結果を表示できます。

対話モードを終了するには、 exit() と入力して実行するか、 Ctrl+D キーを押します。

Python対話モードの終了

次は¶

これでPython対話モードを使うことができるようになりました。次はこの対話モード上で、Pythonのいろいろな構文を使ってみましょう。

入力する文字¶

コードを入力する際、日本語の文字列部分以外の文字は、次の点に注意してください。

• スペースは半角スペースを使う(全角は使えません)
• コメントや文字列以外の部分の命令の入力には半角の文字を使う(全角は使えません)
• 変数名、関数名などの大文字と小文字に気をつける(Pythonでは大文字と小文字は区別されます)

コメント¶

コメント文はプログラムコードを説明したり、プログラム中にメモを書く際に使います。コメント部分はPythonからは実行されず、解釈もされません。

コメントはプログラム中で # の後に書きます。 # の文字から行末までがコメントとして扱われます。

>>> # これはコメントです
>>> print(u"これは実行されます")
これは実行されます
>>> #print(u"これは実行されません")

計算する¶

対話モードを計算機として使ってみます。

Pythonでは数字の入力は数値として扱われます。小数点などを指定しなければ、整数として扱われます。

>>> 12345
12345

四則演算を行う場合、加算は + 、減算は - 、乗算は * 、除算は / の記号をそれぞれ使います。

>>> 5 + 3  # 5と3を足す
8
>>> 5 - 3  # 5から3を引く
2
>>> 5 * 3  # 5に3を掛ける
15
>>> 5 / 3  # 5を3で割る
1

整数同士の割り算の結果は整数に丸められてしまうことに注意してください。いずれか片方が小数であれば、小数として計算されます。 [1]

>>> 5.0 / 3
1.6666666666666667

計算の優先順位を示すための括弧 () も使えます。入れ子になる場合でも同じ括弧の文字 () を使います。

>>> 2 * (5 * (2 + 3) + 1)
52

また、四則演算の他にもべき乗 ** や、余剰 % の計算もできます。

>>> 2 ** 4  # 2の4乗
16
>>> 10 % 3  # 10を3で割った余り
1

変数¶

データを保持しておくために、 変数 を使うことができます。

変数に値を代入するには、等号 = を使います。左辺に変数名、右辺に値を指定します。

>>> width = 20
>>> height = 5 * 9
>>> width * height
900

また、複数の変数に一度に値を代入することもできます。

>>> x = y = z = 0
>>> x
0
>>> y
0
>>> z
0

定義していない変数は使えません。使おうとするとエラーが発生します。

>>> hoge  # hogeは未定義
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
NameError: name 'hoge' is not defined
>>> hoge = 100
>>> hoge
100

変数の定義は、値を代入すればできます。事前の宣言文等は必要ありません。

論理演算¶

論理演算には and or not を使います。真は True 、偽は False で表します。

>>> True and True
True
>>> True and False
False
>>> False and True
False
>>> False and False
False
>>> True or True
True
>>> True or False
True
>>> False or True
True
>>> False or False
False
>>> not True
False
>>> not False
True

また、数値の 0 や空の値 None 、空の文字列 "" 、空のリスト [] 、空の辞書 {} は偽の値として扱われます。それ以外は真の値として扱われます。

and演算は結果が真になる場合、「左から順に見て一番最後の値」を値として使います。結果が偽になる場合、「左から順に見て、最初に偽になる値」を値として使います。

>>> True and 123 and "abc"  # 真
'abc'
>>> True and 0 and "abc"  # 偽
0

or演算は結果が真になる場合、「左から順に見て一番最初に真になる値」を値として使います。結果が偽になる場合、「左から順に見て一番最後の値」を値として使います。

>>> False or 123 or "abc"  # 真
123
>>> False or 0 or []  # 偽
[]

値の比較¶

値の比較には == > >= < <= != などの記号を使います。比較結果はTrueまたはFalseで返されます。

>>> x = 10  # xに10を代入
>>> x == 10  # xと10は等しい
True
>>> x != 5  # xは5ではない
True
>>> 5 > 2  # 5は2より大きい
True
>>> 5 < 2  # 5は2より小さい
False

データ構造¶

>>> 1234
1234
>>> 3.14
3.14

>>> True
True
>>> False
False

>>> 'Good morning, Feiz!'
'Good morning, Feiz!'

>>> print('Feiz!\nGood Bye!!')
Feiz!
Good Bye!!
>>> print("""Azuma
... Kenta""")
Azuma
Kenta

>>> print('Feiz!\nFeeeeeeiz!!')  # 何もしない場合改行して表示される
Feiz!
Feeeeeeiz!!
>>> print('Feiz!\\nFeeeeeiz!!')  # 2連続で書く場合
Feiz!\nFeeeeeiz!!
>>> print(r'Feiz!\nGood Bye!!')  # raw文字列を使う場合
Feiz!\nGood Bye!!

>>> u"あずま"
u'\u3042\u305a\u307e'

>>> mylist = [1, 'abc', True]
>>> mylist
[1, 'abc', True]

>>> mylist = [1, 'abc', True]
>>> mylist[0]
1
>>> mylist[1]
'abc'
>>> mylist[2]
True

>>> mylist = [1, 'abc', True]
>>> mylist[-1]
True

>>> mylist = [1, 'abc', True]
>>> 'abc' in mylist
True
>>> 4 in mylist
False

>>> range(5)
[0, 1, 2, 3, 4]
>>> range(3, 10, 2)  # 3から10より小さい値まで,2ずつ増加
[3, 5, 7, 9]

>>> mytuple = (1, 2)
>>> mytuple
(1, 2)

>>> mytuple = (1, 2)
>>> mytuple[0] = 3  # エラー
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
  TypeError: 'tuple' object does not support item assignment

>>> (1)  # ただの「1」になってしまう
1
>>> (1,)  # 1要素のタプル
(1,)

>>> [1,2,3,4,5][:3]  # 先頭から添字3の一つ前まで
[1, 2, 3]
>>> 'Azuma Kenta'[3:]  # 添字3から末尾まで
'ma Kenta'
>>> [1,2,3,4,5,6,7,8,9,10][1:-1:2]  # スライスの3つ目を指定するとN個飛びで値を取り出せます。
[2, 4, 6, 8]

>>> {'a': 10, 'b': 20}
{'a': 10, 'b': 20}
>>> {'a': 10, 'b': 20}['a']
10
>>> {'a': 10, 'b': 20}['b']
20
>>> {1: 10, 2: 20}[1]
10

>>> None

文字列のフォーマット¶

Pythonには現在2種類の文字列のフォーマット操作があります。現状ではまだ両方とも使われることが多いため、古いほうから順に説明します。

>>> print("Hello, %s!" % "World")
Hello, World!
>>> print("%03d, %.3f" % (1, 2.5))
001, 2.500

>>> print("a = %(a_value)d, b = %(b_value)s" % {'b_value': 'test', 'a_value': 10})
a = 10, b = test

>>> print("Hello, {}!".format("World"))
Hello, World!
>>> print("{:03d}, {:.3f}".format(1, 2.5))
001, 2.500

>>> print("a = {a_value:d}, b = {b_value:s}".format(b_value='test', a_value=10))
a = 10, b = test

制御構文¶

>>> for i in range(3):
...     print(i)
...
0
1
2

>>> for i in range(3):
... print(i)
  File "<stdin>", line 2
    print(i)
        ^
IndentationError: expected an indented block

if 条件式:
    条件式が真の場合
else:
    条件式が偽の場合

>>> x = 20
>>> if x == 20:
...     print('x equals 20!')
... elif x > 20:
...     print('x larger than 20!')
... else:
...     print('x smaller than 20!')
x equals 20!

for 変数 in シーケンス:
    反復処理

>>> for x in range(3):
...     print('x = %d' % x)
...
x = 0
x = 1
x = 2

>>> for x in range(3):
...     break
...     print(x)  # ここは実行されない

>>> for x in range(3):
...     print 'x = %d' % x
... else:
...      print 'done'
...
x = 0
x = 1
x = 2
done

while 条件式:
    反復処理

>>> x = 0
>>> while x < 10:  # xの値が10未満の間は繰り返す
...     print(x),
...     x += 1  # xの値を1増加
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

関数¶

同じ処理を何度も記述するのを避けるために、複数の処理を関数でまとめることができます。

関数では引数(パラメータ)を受け取って処理を行い、結果を返します。

関数の書式:

def 関数名(パラメータ1, パラメータ2, ...):
    関数の処理
    return 処理の結果

処理の結果を返す必要がない場合は、 return は省略できます。returnを省略すると、Noneが返されます。

>>> def hello():  # hello関数の定義
...     print("Hello, World!")
...
>>> hello()  # hello関数の使用
Hello, World!
>>> def add(x, y):  # add関数の定義
...     return x + y
...
>>> add(1, 2)
3

>>> def ian(word='black'):
...      print '%s ian' % word
...
>>> ian()
black ian
>>> ian('white')
white ian

>>> def sum(*args):
...     result = 0
...     for x in args:
...         result += x
...     return result
...
>>> sum(1,2,3,4,5,6,7,8,9,10)
55
>>> sum(1, 2, 3)
6

>>> def f(**kwargs):
...     return kwargs
>>> f(a=1, b=2, c=3)
{'a': 1, 'c': 3, 'b': 2}
>>> def g(**kwargs):
...     for key, value in kwargs.items():
...         print("{} {}".format(key, value))
>>> g(a=1, b=2, c=3)
a 1
c 3
b 2

>>> def func_a(x, y, z):
...     print(x + y + z)
...
>>> args = [1, 3, 5]
>>> func_a(*args)  # func_a(1, 3, 5)という呼び出しと等価
9
>>> def func_b(name="bucho", age=36):
...     print("{} {}".format(name, age))
...
>>> kwargs = {'name': "feiz", 'age': 24}
>>> func_b(**kwargs)  # func_b(name="feiz", age=24)という呼び出しと等価
feiz 24

クラス¶

自分でデータ型を作成したい場合、Pythonではクラスを作ります。

>>> class Person(object):
...     def __init__(self, name, words):
...         self.name = name
...         self.words = words
...     def say(self):
...         print(u'「{}」と{}さん'.format(self.words, self.name))
...
>>> feiz = Person('feiz', u'ふぇ')
>>> feiz.say()
「ふぇ」とfeizさん
>>> tokibito = Person('tokibito', u'ぬるぽ')
>>> tokibito.say()
「ぬるぽ」とtokibitoさん

外部モジュールのインポート¶

import 文で外部モジュールが読み込めます。

標準ライブラリの os を読み込んでみましょう。

import os とすると os モジュール内のオブジェクトにアクセスする事ができます。

>>> import os  # グローバルネームスペースにosが追加される
>>> os.path.join('/usr/', 'home/bucho/')
'/usr/home/bucho/'

from os import path とすると os.path を path として使うことができます。

>>> from os import path  # グローバルネームスペースにpathが追加される
>>> path.join('/usr/', 'home/bucho/')
'/usr/home/bucho/'

次は¶

ここまでは、対話モードでコードを入力していたため、対話モードを終了してしまうと入力したものは消えてしまい、再利用できませんでした。

次は、ファイルにコードを記述して、再利用可能なスクリプトファイル、Pythonモジュールを作成していきます。

スクリプトファイルからの実行¶

Pythonのスクリプトファイルの拡張子は .py です。

hello.py という名前のファイルを以下の内容で作成してみます。

# coding: utf-8
print("Hello, World!")

先頭の # coding: utf-8 という記述は、スクリプトファイルのエンコーディングを指定するものです。スクリプト内で日本語を扱うときは必ず指定してください。

python コマンドにファイルパスを指定することで、スクリプトファイルを実行できます。

> python hello.py
Hello, World!

モジュールを作る¶

.py の拡張子のファイルはPythonモジュールとして import で読み込んで使用できます。

mymodule.py という名前のPythonモジュールを作成し、読み込んで使用する例を以下に示します。

mymodule.py:

# coding: utf-8
def hello():
    print("Hello, World")

def add(a, b):
    return a + b

モジュールをインポートする場合、該当するモジュールのパスがPythonパス(PythonPath, PYTHONPATH)に含まれている必要があります。Pythonパスは sys.path で確認できます。

>>> import mymodule
>>> mymodule.hello()
Hello, World!
>>> mymodule.add(1, 2)
3

スクリプトファイルもモジュールとして読み込むことができます。先ほど作成した hello.py をインポートしてみます。

>>> import hello
Hello, World!

このようにグローバルスコープに書いたコードはインポートをした時点で実行されてしまいます。

これを避けるためには、コードを関数にまとめた上で、スクリプトファイルとして実行された場合にのみ呼び出すようにします。

スクリプトファイルとして実行されたかどうかを判定するには、モジュール内で __name__ 変数の値が __main__ という文字列であるかを調べます。

# coding: utf-8
def main():
    print("Hello, World!")

if __name__ == '__main__':
   main()

> python hello.py
Hello, World!
> python
>>> import hello

標準ライブラリ¶

Pythonの標準の配布物には、多くのライブラリ(標準ライブラリ)が含まれています。これらのモジュールを使うことにより、迅速に目的のアプリケーションを作成できます。

標準ライブラリについては、ここでは説明しきれません。Pythonのドキュメントの標準ライブラリのページを参照して下さい。

http://www.python.jp/doc/2.7/library/index.html

次は¶

これでモジュールについて学ぶことができました。

次はサードパーティのライブラリについて少し説明します。

サードパーティ製のライブラリを探す¶

サードパーティ製ライブラリの探し方ですが、おおむね次のような方法になります。

• Google検索などの検索エンジンでWeb検索
• PyPI(Python Package Index) から探す
• Github から探す
• Google Project Hosting から探す

distributeのインストール¶

サードパーティ製のライブラリのインストール方法は、ライブラリによって異なる場合もありますが、ほとんどの場合 easy_install コマンドでインストールできます。

distribute をインストールすることで、easy_installコマンドが使えるようになります。

distributeのインストールはWebインストール用のスクリプトを使うと簡単です。

http://python-distribute.org/distribute_setup.py

PythonでWebインストール用のスクリプトを実行すると、インストールされます。MacOSXやUbuntuの場合はsudoでPythonを実行する必要があります。

> python distribute_setup.py

distributeをインストールしたら、easy_installコマンドが使えるか試してみましょう。

> easy_install

easy_installコマンドはパッケージ名を指定した場合、PyPIから該当パッケージのダウンロードとインストールを行ってくれます。

例えば、 tweepy という名前のパッケージをインストールする場合はこうなります。

> easy_install tweepy

また、C言語で書かれたモジュールを含むライブラリのインストールには、gccなどのコンパイラとPythonのヘッダファイルが必要な場合があります。

Ubuntuの場合は、python-devパッケージを、MacOSXの場合はXCodeをインストールしておくと良いでしょう。

オンラインドキュメント¶

• Python2.7ドキュメント日本語訳 Pythonオフィシャルドキュメントの日本語訳です。チュートリアルだけでもかなり分量があります。
• Python Developers Festa 2012.07 ハンズオン 初級 Python Developers Festa 2012.07で使用した資料です。

書籍¶

• 初めてのPython(オライリー・ジャパン)
• Pythonクックブック(オライリー・ジャパン)
• エキスパートPythonプログラミング(アスキーメディアワークス)
• Pythonプロフェッショナルプログラミング(秀和システム)

PEP8¶

Pythonでは、推奨されるコーディングスタイルがPEP8に定義されています。

もちろん、あくまで推奨なので、必ず守らなくてはいけないものではありませんが、読みやすいPythonコードを書くために是非とも覚えておいてください。

http://oldriver.org/python/pep-0008j.html

pep8パッケージを使うと、コードがpep8に準拠しているかどうかチェックすることができます。

http://pypi.python.org/pypi/pep8

PEP257¶

Pythonには”docstring（ドキュメンテーション文字列）”という仕組みがあります。

PEP257は、docstringの推奨される書き方についてのPEPです。

http://www.python.org/dev/peps/pep-0257/

socketモジュールを使ってネットワーク通信¶

1. socketモジュールを使って足し算を行うサーバを作成してください

   telnetコマンドで次のように 整数+整数 のように送信すると足し算の結果を返すサーバを作成してください。

   > telnet localhost 5000
   Trying 127.0.0.1...
   Connected to debian02.
   Escape character is '^]'.
   10+20
   30
   123+456
   579
   

# coding: utf-8
import sys
import socket

def main():
    s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    s.bind(('127.0.0.1', 5000))
    s.listen(5)
    try:
        while True:
            conn, addr = s.accept()
            conn.send("Hello, World!\n")
            conn.close()
    except KeyboardInterrupt:
        sys.exit(0)

if __name__ == '__main__':
    main()

> python server.py

> telnet localhost 5000
Hello, World!

2. socketモジュールを使って、1.で作成したサーバにデータを送信して、結果を取得して画面に表示するプログラムを作成してください

   引数を渡して実行すると結果を返してくれるようにしてみてください

   > python add.py 10+20
   30
   

sqlite3モジュールを使ってデータベース作成¶

1. sqlite3モジュールを使って、引数で与えられた品名と金額をデータベースに保存するプログラムを作成してください

   > python inputdb.py みかん 50
   > python inputdb.py りんご 100
   > python inputdb.py バナナ 200
   

2. 1で作成したデータベースの内容を一覧表示するプログラムを作成してください

   $ python listdb.py
   みかん 50円
   りんご 100円
   バナナ 200円
   

3. 引数から入力された金額以上の品物名とその品物の金額を表示してください

   > python filter.py 100
   100円以上の品物は、
   りんご 100円
   バナナ 200円
   

csvモジュールを使ってCSVファイルの読み込みとデータ集計¶

次に示すCSVファイルは、果物屋の品物の売上レポートのデータです。

items.csv:

2012/06/01,りんご,2,100
2012/06/01,みかん,10,40
2012/06/02,りんご,3,100
2012/06/02,バナナ,3,200
2012/06/03,りんご,4,120
2012/06/03,みかん,5,50
2012/06/04,みかん,5,60
2012/06/04,バナナ,4,150
2012/06/05,りんご,1,100
2012/06/05,みかん,10,50

1列目は日付、2列目は品物名、3列目は販売した個数、4列目はその日の品物の1個あたりの価格です。ファイルの文字コードはShiftJIS(CP932)です。

1. csvモジュールを使ってCSVファイルを読み込み、各品物ごとに合計の数を計算し、画面に表示するプログラムを作成してください

   $ python item_report.py
   りんご 10個
   みかん 30個
   バナナ 7個
   

2. csvモジュールを使ってCSVファイルを読み込み、日付ごとの売上金額を計算し、画面に表示するプログラムを作成してください

   > python report.py
   2012/06/01 600円
   2012/06/02 900円
   2012/06/03 730円
   2012/06/04 900円
   2012/06/05 600円