Python | while文によるループ（繰り返し処理）

Python

2022.06.122025.12.01

ここからは、各問題について「考え方→設計→コード→落とし穴→発展」の順で掘り下げます。動かすだけでなく、なぜその形がよいのかを理解すると応用が効きます。

平均値を求める（問題1）

考え方と設計

目的: 0が来るまで数値を受け取り、入力された数の平均を出す。
データ設計: 合計と個数を別変数で管理し、終了時に合計/個数を計算。
終了条件: ユーザーが0を入力したら入力終了。0自体は平均の対象外。

解答例（堅牢版）

total = 0
count = 0

while True:
    s = input("数値を入力（0で終了）: ").strip()
    if not s or s == "-":  # 空入力などの簡易チェック
        print("数値を入力してください")
        continue
    try:
        n = int(s)
    except ValueError:
        print("整数で入力してください")
        continue

    if n == 0:
        break
    total += n
    count += 1

if count > 0:
    print("平均値:", total / count)
else:
    print("入力がありませんでした")

total = 0
count = 0

while True:
    s = input("数値を入力（0で終了）: ").strip()
    if not s or s == "-":  # 空入力などの簡易チェック
        print("数値を入力してください")
        continue
    try:
        n = int(s)
    except ValueError:
        print("整数で入力してください")
        continue

    if n == 0:
        break
    total += n
    count += 1

if count > 0:
    print("平均値:", total / count)
else:
    print("入力がありませんでした")

Python

深掘りポイント

ゼロ除算の回避: 入力ゼロ件のときは平均を計算せずメッセージを返す。
入力検証: int()で落ちる例（空文字、記号、全角数字）をtry/exceptで吸収。
浮動小数の扱い: Pythonの割り算は小数になる。整数が欲しい場合は丸め方を明示する（例: round(total / count, 2)）。

よくある落とし穴

0を平均に含めてしまう: 仕様上「終了合図」なので含めない。
負数の扱い: 要件次第。平均に含めてよいかを決める（本問題では含めてOK）。
空入力で例外: 入力検証がないとint("")でクラッシュ。

発展

小数入力対応: float()に切り替え、出力を丸める。
集計の関数化: 入力と計算を関数に分けるとテストしやすい。
中央値・分散: リストに格納して統計値を追加計算。

数当てゲーム（問題2）

考え方と設計

目的: 乱数の正解を当てるまでヒントを出す。
フィードバック: 大きすぎる/小さすぎるを即時返すとユーザーが絞り込める。
制約: 入力は1〜100の整数、範囲外や不正入力はやり直し。

解答例（バリデーション＋回数表示）

import random

secret = random.randint(1, 100)
tries = 0

while True:
    s = input("1〜100の数を当ててください: ").strip()
    try:
        guess = int(s)
    except ValueError:
        print("整数で入力してください")
        continue

    if not (1 <= guess <= 100):
        print("1〜100の範囲で入力してください")
        continue

    tries += 1

    if guess == secret:
        print(f"正解！試行回数: {tries}")
        break
    elif guess > secret:
        print("大きすぎます")
    else:
        print("小さすぎます")

import random

secret = random.randint(1, 100)
tries = 0

while True:
    s = input("1〜100の数を当ててください: ").strip()
    try:
        guess = int(s)
    except ValueError:
        print("整数で入力してください")
        continue

    if not (1 <= guess <= 100):
        print("1〜100の範囲で入力してください")
        continue

    tries += 1

    if guess == secret:
        print(f"正解！試行回数: {tries}")
        break
    elif guess > secret:
        print("大きすぎます")
    else:
        print("小さすぎます")

Python

深掘りポイント

状態管理: 試行回数triesは成功/失敗を含む全入力回数でカウント。
ユーザー体験: 範囲外はヒントにならないので即弾く。
乱数の再現性: テスト時に固定値が必要ならrandom.seed(0)で再現可能。

よくある落とし穴

文字列のまま比較: guessがstrだと大小比較でエラー。
範囲外を許容: 当てやすさが下がる。ルールを明示して守る。
無限ループ時の脱出がない: このゲームは正解で必ず抜けるが、制限回数を設けるケースもあり。

発展

二分探索ヒント: 「あと±10以内」など誤差ヒントで難易度調整。
難易度設定: 範囲を選べるようにする（1〜50、1〜1000など）。
スコア保存: ベスト試行回数をファイル/JSONに蓄積。

素数判定（問題3）

考え方と設計

定義: 素数は2以上で、1と自分以外で割り切れない整数。
単純法: 2〜n-1で割り切れるかをチェック。
最適化: 2と奇数だけ試す、上限は√nまでで十分。

解答例（効率版）

import math

s = input("数を入力してください: ").strip()
try:
    n = int(s)
except ValueError:
    print("整数で入力してください")
    raise SystemExit

def is_prime(n: int) -> bool:
    if n < 2:
        return False
    if n == 2:
        return True
    if n % 2 == 0:
        return False
    limit = int(math.isqrt(n))  # √n の整数部分
    for i in range(3, limit + 1, 2):
        if n % i == 0:
            return False
    return True

print(f"{n}は素数です" if is_prime(n) else f"{n}は素数ではありません")

import math

s = input("数を入力してください: ").strip()
try:
    n = int(s)
except ValueError:
    print("整数で入力してください")
    raise SystemExit

def is_prime(n: int) -> bool:
    if n < 2:
        return False
    if n == 2:
        return True
    if n % 2 == 0:
        return False
    limit = int(math.isqrt(n))  # √n の整数部分
    for i in range(3, limit + 1, 2):
        if n % i == 0:
            return False
    return True

print(f"{n}は素数です" if is_prime(n) else f"{n}は素数ではありません")

Python

深掘りポイント

√nまでの理由: もしnが合成数なら、最小の約数aに対応するbがあり、a ≤ √n。√nを超える最小約数は存在しない。
偶数スキップ: 2以外の偶数は素数ではないため、ループを奇数に限定。
大規模入力: この方法で数百万程度まで実用。より大きい範囲はエラトステネスの篩が有効。

よくある落とし穴

1や負数の扱い: 素数ではない。先頭で弾く。
0判定: 0は素数ではない。n % i == 0は真だが定義外。
浮動小数入力: 整数に制限するか、丸めずに拒否する。

発展

範囲内の素数列挙: エラトステネスの篩で高速化。
素因数分解: 素数チェックの応用で最小約数から分解。
確率的判定: 巨大数向けにMiller–Rabin（高度だが知っておくと役立つ）。

フィボナッチ数列（問題4）

考え方と設計

定義: F1=1, F2=1, Fn = F(n-1) + F(n-2)。
更新法: 直前2項を持ち、次項へ同時代入で進む。
出力個数: 20項など固定回数ならfor rangeが簡単。

解答例（同時代入・整形あり）

a, b = 1, 1
result = []
for _ in range(20):
    result.append(a)
    a, b = b, a + b

print(", ".join(map(str, result)))

a, b = 1, 1
result = []
for _ in range(20):
    result.append(a)
    a, b = b, a + b

print(", ".join(map(str, result)))

Python

深掘りポイント

同時代入の安全性: a, b = b, a + bは右辺が先に評価され、左辺へ一斉に代入されるので、aの古い値が必要でも破壊されない。
値の成長: 指数関数的に増える。大きい項数では表示桁が膨大になる。
初期条件の違い: F0=0から始める流儀もある。要件に合わせて初期値を決める。

よくある落とし穴

代入順序の破壊: a = b; b = a + bだとaの更新で情報が消える。必ず同時代入を。
ループ回数のズレ: 20項なのに21回出力するなどのオフバイワンに注意。
リスト未使用の出力: 逐次printはOKだが、後で整形したいなら一旦リストへ。

発展

メモ化/再帰: 再帰は教育的だがPythonではスタック制限に注意。メモ化で高速化。
行列冪: 高度だが対数時間で計算可能。
黄金比近似: Fn ≈ φ^n / √5。理論の橋渡しに。

九九表（問題5）

考え方と設計

目的: 1〜9の掛け算表を行列で表示。
手段: 二重ループで行（段）と列（掛ける数）を回す。
整形: タブや固定幅で揃えると見やすい。

解答例（整形とヘッダ付き）

# ヘッダ行
print("   ", end="")
for j in range(1, 10):
    print(f"{j:>3}", end="")
print("\n" + "-" * 31)

# 本体
for i in range(1, 10):
    print(f"{i:>2}|", end="")     # 行ラベル
    for j in range(1, 10):
        print(f"{i * j:>3}", end="")
    print()

# ヘッダ行
print("   ", end="")
for j in range(1, 10):
    print(f"{j:>3}", end="")
print("\n" + "-" * 31)

# 本体
for i in range(1, 10):
    print(f"{i:>2}|", end="")     # 行ラベル
    for j in range(1, 10):
        print(f"{i * j:>3}", end="")
    print()