Pythonプログラミング基礎：データ型と制御構造の完全ガイド

# 基本的な関数定義
def greet(name):
    return f'Hello, {name}!'
result = greet('Alice')
print(result)  # 出力: Hello, Alice!
# 複数の引数を持つ関数
def calculate_area(length, width):
    return length * width
area = calculate_area(5, 3)
print(f'面積: {area}')  # 出力: 面積: 15

# ラムダ関数の定義
multiply = lambda x, y: x * y
result = multiply(3, 4)
print(result)  # 出力: 12
# map関数との組み合わせ
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
doubled = list(map(lambda x: x * 2, numbers))
print(doubled)  # 出力: [2, 4, 6, 8, 10]

# map関数の使用
def square(x):
    return x ** 2
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
squared = list(map(square, numbers))
print(squared)  # 出力: [1, 4, 9, 16, 25]
# filter関数の使用
def is_even(x):
    return x % 2 == 0
even_numbers = list(filter(is_even, numbers))
print(even_numbers)  # 出力: [2, 4]

# zip関数の使用
names = ['Alice', 'Bob', 'Charlie']
ages = [25, 30, 35]
for name, age in zip(names, ages):
    print(f'{name} is {age} years old')
# 出力:
# Alice is 25 years old
# Bob is 30 years old
# Charlie is 35 years old

# 文字列の作成
message = 'Hello, World!'
print(message)  # 出力: Hello, World!
# 数値の計算
number = 10
result = number + 5
print(result)  # 出力: 15
# 型の確認
print(type(message))  # 出力: <class 'str'>
print(type(number))   # 出力: <class 'int'>

# リストの作成と基本操作
numbers = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]
print(numbers)  # 出力: [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]
print('2番目の要素:', numbers[1])  # 出力: 2番目の要素: 2
print('要素数:', len(numbers))  # 出力: 要素数: 10
# リストの要素操作
numbers.append(11)  # 要素の追加
print(numbers)  # 出力: [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11]
numbers.remove(5)  # 要素の削除
print(numbers)  # 出力: [1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 9, 10, 11]

# 辞書の作成と操作
fruits = {'apple': 100, 'banana': 200, 'orange': 150}
print(fruits['banana'])  # 出力: 200
# 要素の追加と削除
fruits['grape'] = 300
print(fruits)  # 出力: {'apple': 100, 'banana': 200, 'orange': 150, 'grape': 300}
del fruits['apple']
print(fruits)  # 出力: {'banana': 200, 'orange': 150, 'grape': 300}
# キーと値の取得
print(fruits.keys())    # 出力: dict_keys(['banana', 'orange', 'grape'])
print(fruits.values())  # 出力: dict_values([200, 150, 300])

# タプルの使用
coordinates = (10, 20, 30)
print(coordinates)  # 出力: (10, 20, 30)
# セットの使用
unique_numbers = {1, 2, 3, 3, 2, 1}
print(unique_numbers)  # 出力: {1, 2, 3}

# 基本的なif文
age = 20
if age >= 18:
    print('成人です')
else:
    print('未成年です')
# elifを使用した複数条件
score = 85
if score >= 90:
    print('優秀')
elif score >= 80:
    print('良好')
elif score >= 70:
    print('普通')
else:
    print('要努力')

# for文の使用
fruits = ['apple', 'banana', 'orange']
for fruit in fruits:
    print(fruit)
# range関数との組み合わせ
for i in range(5):
    print('回数:', i)
# 辞書のループ処理
person = {'name': 'Alice', 'age': 25, 'city': 'Tokyo'}
for key, value in person.items():
    print(f'{key}: {value}')

# while文の基本
count = 1
while count <= 5:
    print('カウント:', count)
    count += 1
# breakとcontinueの使用
numbers = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]
for num in numbers:
    if num == 5:
        break  # ループを終了
    if num % 2 == 0:
        continue  # 次の反復に進む
    print(num)

# リスト内包表記
squares = [x**2 for x in range(1, 6)]
print(squares)  # 出力: [1, 4, 9, 16, 25]
# 条件付き内包表記
even_squares = [x**2 for x in range(1, 11) if x % 2 == 0]
print(even_squares)  # 出力: [4, 16, 36, 64, 100]

# リストのスライシング
numbers = [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
print(numbers[2:7])    # 出力: [2, 3, 4, 5, 6]
print(numbers[::2])    # 出力: [0, 2, 4, 6, 8]
print(numbers[::-1])   # 出力: [9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0]
# リストの結合と分割
list1 = [1, 2, 3]
list2 = [4, 5, 6]
combined = list1 + list2
print(combined)  # 出力: [1, 2, 3, 4, 5, 6]
# リストの展開
matrix = [[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]
flattened = [item for row in matrix for item in row]
print(flattened)  # 出力: [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

# 辞書のマージ
dict1 = {'a': 1, 'b': 2}
dict2 = {'c': 3, 'd': 4}
merged = {dict1, dict2}
print(merged)  # 出力: {'a': 1, 'b': 2, 'c': 3, 'd': 4}
# 辞書内包表記
squares_dict = {x: x**2 for x in range(1, 6)}
print(squares_dict)  # 出力: {1: 1, 2: 4, 3: 9, 4: 16, 5: 25}
# 辞書のソート
scores = {'Alice': 85, 'Bob': 92, 'Charlie': 78}
sorted_scores = dict(sorted(scores.items(), key=lambda x: x[1], reverse=True))
print(sorted_scores)  # 出力: {'Bob': 92, 'Alice': 85, 'Charlie': 78}

# ジェネレータ関数
def fibonacci(n):
    a, b = 0, 1
    for _ in range(n):
        yield a
        a, b = b, a + b
# ジェネレータの使用
fib_gen = fibonacci(10)
for num in fib_gen:
    print(num, end=' ')  # 出力: 0 1 1 2 3 5 8 13 21 34
# ジェネレータ式
squares_gen = (x**2 for x in range(10))
print(list(squares_gen))  # 出力: [0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]

# 基本的なエラーハンドリング
def safe_divide(a, b):
    try:
        result = a / b
        return result
    except ZeroDivisionError:
        return 'ゼロで割ることはできません'
    except TypeError:
        return '数値以外は計算できません'
print(safe_divide(10, 2))    # 出力: 5.0
print(safe_divide(10, 0))    # 出力: ゼロで割ることはできません
print(safe_divide('10', 2))  # 出力: 数値以外は計算できません

# 良い例：明確で読みやすいコード
def calculate_discount(price, discount_rate):
    """
    商品の割引価格を計算する関数
    
    Args:
        price (float): 元の価格
        discount_rate (float): 割引率（0.0-1.0）
    
    Returns:
        float: 割引後の価格
    """
    if not 0 <= discount_rate <= 1:
        raise ValueError('割引率は0.0から1.0の間で指定してください')
    
    discounted_price = price * (1 - discount_rate)
    return round(discounted_price, 2)
# 使用例
original_price = 1000
discount = 0.15
final_price = calculate_discount(original_price, discount)
print(f'最終価格: {final_price}円')  # 出力: 最終価格: 850.0円

# 良い例：明確で意味のある名前
user_name = 'Alice'
total_score = 95
is_student = True
def get_user_profile(user_id):
    return f'User ID: {user_id}'
# 悪い例：意味が不明確
u = 'Alice'
ts = 95
is_s = True
def get_up(uid):
    return f'User ID: {uid}'

# 良い例：単一責任の原則に従った関数
def validate_email(email):
    """メールアドレスの形式を検証する"""
    import re
    pattern = r'^[a-zA-Z0-9._%+-]+@[a-zA-Z0-9.-]+.[a-zA-Z]{2,}$'
    return re.match(pattern, email) is not None
def send_email(to_address, subject, body):
    """メールを送信する"""
    if not validate_email(to_address):
        raise ValueError('無効なメールアドレスです')
    
    # メール送信の処理
    print(f'メール送信: {to_address} - {subject}')
# 使用例
email = 'user@example.com'
send_email(email, 'テスト件名', 'テスト本文')

def process_file(filename):
    """ファイルを処理する関数"""
    try:
        with open(filename, 'r', encoding='utf-8') as file:
            content = file.read()
            return content
    except FileNotFoundError:
        print(f'ファイルが見つかりません: {filename}')
        return None
    except PermissionError:
        print(f'ファイルへのアクセス権限がありません: {filename}')
        return None
    except Exception as e:
        print(f'予期しないエラーが発生しました: {e}')
        return None
# 使用例
result = process_file('example.txt')
if result:
    print('ファイル処理が完了しました')