【Python入門】配列とは？Python(パイソン)で使用する配列の基本から使い方まで解説！

お困り女子

Pythonでデータ分析とか機械学習をやってみたいけど、配列ってどうやって使うんだろう？

お悩み女子

配列の種類や特徴、基本操作をしっかり理解しておきたい。

なべくん

配列を使いこなせれば、複雑なデータ処理も効率的におこなえるようになりますよ。

この記事では、Pythonの配列について、基本から応用までについて紹介します！

Pythonにおける配列の役割

Pythonでプログラミングをする際、複数のデータをまとめて扱いたい場面は頻繁に起こります。例えば、テストの点数や商品の価格、顧客の名前など、同じ種類のデータを複数扱う場合です。このような時に役立つのが「配列」です。

配列は、複数のデータを一列に並べて管理するためのデータ構造です。それぞれのデータには番号が振られており、この番号を使って個々のデータにアクセスすることができます。配列を使うことで、大量のデータを効率的に管理し、処理することが可能になります。

• データを効率的に管理
• 繰り返し処理を簡潔に
• アルゴリズムの実装に

それでは、配列が具体的にどのような役割を果たすのか、詳しく見ていきましょう。

データを効率的に管理

配列は、同じ種類のデータをまとめて管理するのに非常に便利です。例えば、100人の生徒のテストの点数を扱う場合、変数を100個用意するのは大変です。しかし、配列を使えば、1つの配列に100個の点数を格納することができます。

配列に格納されたデータは、番号（インデックス）を使ってアクセスすることができます。例えば、1番目の生徒の点数を取得したい場合は、配列名[0]のように記述します。このように、番号を使って簡単に個々のデータにアクセスできるため、データ管理が効率化されます。

繰り返し処理を簡潔に

配列は、for文などの繰り返し処理と相性が抜群です。配列の要素を順番に処理したい場合、for文と組み合わせて使うことで、簡潔なコードで実現できます。

例えば、100人の生徒のテストの平均点を求めたい場合、配列とfor文を使えば、以下のように記述することができます。

scores = [80, 75, 90, ..., 60] # 100人の点数を格納した配列
total = 0

for score in scores:
    total += score

average = total / len(scores)
print(f"平均点: {average}")

このコードでは、for文を使って配列`scores`の要素を順番に取り出し、変数`score`に代入しています。そして、各`score`を`total`に加算することで、合計点を求めています。最後に、合計点を生徒数で割ることで、平均点を算出しています。

アルゴリズムの実装に

配列は、様々なアルゴリズムの実装に欠かせないデータ構造です。ソート、探索、データの集計など、多くのアルゴリズムは配列を用いて実装されます。

例えば、100人の生徒のテストの点数を昇順に並べ替える場合、ソートアルゴリズムを用いることができます。ソートアルゴリズムは、配列の要素を比較し、順番を入れ替えることで、要素を昇順または降順に並べ替えます。

なべくん

配列は、データを効率的に管理し、処理するための基本的なデータ構造です。様々なアルゴリズムの実装にも利用される、非常に重要な概念です。しっかりと理解しておきましょう。

配列の種類と特徴

Pythonには、配列として利用できるデータ型がいくつか用意されています。それぞれのデータ型には特徴があり、用途に応じて使い分ける必要があります。この章では、Pythonでよく使われる3種類の配列、リスト、タプル、NumPy配列について、それぞれの違いや特徴を詳しく解説していきます。

それぞれの配列の特徴を理解することで、適切な配列を選択し、効率的なプログラムを作成することができます。ぜひ、それぞれの配列の特徴を把握し、自分のプログラムに最適な配列を選べるようになりましょう。

• リスト
• タプル
• NumPy配列

それでは、具体的な内容に入っていきましょう。

リスト

リストは、Pythonで最もよく使われる配列です。角括弧([])で囲んで要素をカンマ(,)で区切って記述します。リストの特徴は、要素の追加、削除、変更が自由にできることです。そのため、プログラムの実行中に要素が変化する可能性がある場合に適しています。

例えば、以下のようにリストを作成することができます。

fruits = ["apple", "banana", "orange"]

このリストには、”apple”, “banana”, “orange”という3つの要素が格納されています。リストの要素には、文字列だけでなく、数値、真偽値、他のリストなどを格納することもできます。

タプル

タプルは、リストと同様に複数の要素を格納することができますが、要素の追加、削除、変更ができません。丸括弧(())で囲んで要素をカンマ(,)で区切って記述します。タプルは、プログラムの実行中に要素が変化しないことが保証されている場合に適しています。例えば、座標や日付など、要素が固定されているデータにタプルを使用することがあります。

例えば、以下のようにタプルを作成することができます。

point = (10, 20)

このタプルには、10と20という2つの要素が格納されています。タプルは、要素が変更されないため、リストよりもメモリ効率が良くなります。

NumPy配列

NumPy配列は、数値計算ライブラリであるNumPyで提供される配列です。NumPy配列は、リストやタプルよりも高速な数値計算処理を実現することができます。また、多次元配列を扱うこともでき、データ分析や機械学習などで頻繁に利用されます。

NumPy配列を使用するには、まずNumPyライブラリをインストールする必要があります。インストール後、`import numpy as np`のようにNumPyライブラリをインポートすることで、NumPy配列を使用することができます。

例えば、以下のようにNumPy配列を作成することができます。

import numpy as np

numbers = np.array([1, 2, 3, 4, 5])

このNumPy配列には、1から5までの整数が格納されています。NumPy配列は、リストやタプルよりも高速な数値計算処理を実現できるため、大量のデータを扱う場合に適しています。

なべくん

Pythonには、リスト、タプル、NumPy配列など、様々な配列が用意されています。それぞれの配列の特徴を理解し、用途に応じて使い分けることが重要です。

配列の作成と初期化

Pythonで配列を使うには、まず配列を作成し、初期化する必要があります。この章では、Pythonのリストを例に、配列の作成方法と初期化方法を解説していきます。具体的なコード例と出力結果を示すことで、配列の基本的な操作を理解し、実際にコードを書いて試せるようにします。

配列の作成と初期化は、Pythonプログラミングの基本中の基本です。しっかりと理解することで、様々なデータを効率的に扱うことができるようになります。ぜひ、この章の内容をマスターし、自信を持って配列を扱えるようになりましょう。

• 空の配列を作成
• 初期値を持つ配列を作成
• リスト内包表記

具体的な内容に入っていきましょう。

空の配列を作成

空のリストを作成するには、`[]`を使用します。これは、要素が何もないリストを作成することを意味します。後から要素を追加していくことができます。

numbers = []
print(numbers)

# 出力結果
# []

このように、`[]`を使って空のリストを作成し、変数`numbers`に代入しています。`print(numbers)`を実行すると、空のリスト`[]`が出力されます。

初期値を持つ配列を作成

初期値を持つリストを作成するには、`[]`の中に要素をカンマ区切りで記述します。要素には、数値、文字列、真偽値など、様々なデータ型を指定することができます。

numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
print(numbers)

# 出力結果
# [1, 2, 3, 4, 5]

この例では、`[1, 2, 3, 4, 5]`と記述することで、1から5までの整数を要素とするリストを作成しています。`print(numbers)`を実行すると、リストの内容が出力されます。

リスト内包表記

リスト内包表記は、簡潔な記述でリストを作成する方法です。`[式 for 変数 in イテラブルオブジェクト]`のように記述することで、イテラブルオブジェクトの要素を順番に処理し、式の結果を要素とするリストを作成することができます。

例えば、1から10までの整数の2乗を要素とするリストを作成したい場合は、以下のように記述します。

squares = [i**2 for i in range(1, 11)]
print(squares)

# 出力結果
# [1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81, 100]

このコードでは、`range(1, 11)`によって1から10までの整数が生成され、for文によって順番に変数`i`に代入されます。そして、`i**2`という式によって、`i`の2乗が計算され、リスト`squares`に要素として追加されます。その結果、1から10までの整数の2乗を要素とするリストが作成されます。

なべくん

リスト内包表記は、簡潔な記述でリストを作成できるため、効率的なコーディングに役立ちます。ぜひ、活用してみてください。

Pythonにおける配列に対する基本操作

配列を作成したら、次はその配列に対して様々な操作を行うことができます。この章では、Pythonのリストを例に、配列に対する基本的な操作方法を解説していきます。要素の追加、削除、検索、ソートなど、頻繁に使用する操作方法を具体的なコード例とともに紹介します。

これらの基本操作をマスターすることで、配列を自在に操り、より複雑なプログラムを作成することができるようになります。ぜひ、一つずつ丁寧に確認し、実際にコードを書いて試しながら学習を進めていきましょう。

• 要素の追加
• 要素の削除
• 要素の検索
• 要素のソート

それでは、具体的な内容に入っていきましょう。

要素の追加

リストに要素を追加するには、`append()`メソッドを使用します。`append()`メソッドは、リストの末尾に要素を追加します。

fruits = ["apple", "banana", "orange"]
fruits.append("grape")
print(fruits)

# 出力結果
# ['apple', 'banana', 'orange', 'grape']

この例では、`fruits`というリストに、`append(“grape”)`を使って”grape”という要素を末尾に追加しています。その結果、リストには4つの要素が格納されます。

要素の削除

リストから要素を削除するには、`remove()`メソッドを使用します。`remove()`メソッドは、指定した値を持つ要素を削除します。ただし、同じ値を持つ要素が複数存在する場合、最初に現れた要素のみが削除されます。

fruits = ["apple", "banana", "orange"]
fruits.remove("banana")
print(fruits)

# 出力結果
# ['apple', 'orange']

この例では、`fruits`というリストから、`remove(“banana”)`を使って”banana”という要素を削除しています。その結果、リストには2つの要素が格納されます。

要素の検索

リストから特定の要素を検索するには、`in`演算子を使用します。`要素 in リスト`のように記述することで、リストの中に指定した要素が含まれているかどうかを判定することができます。含まれている場合は`True`、含まれていない場合は`False`を返します。

fruits = ["apple", "banana", "orange"]

if "banana" in fruits:
    print("バナナはリストに含まれています")
else:
    print("バナナはリストに含まれていません")

# 出力結果
# バナナはリストに含まれています

この例では、`fruits`というリストに”banana”という要素が含まれているかどうかを判定しています。含まれているため、”バナナはリストに含まれています”と出力されます。

要素のソート

リストの要素をソートするには、`sort()`メソッドを使用します。`sort()`メソッドは、リストの要素を昇順に並べ替えます。降順に並べ替えたい場合は、`reverse=True`という引数を指定します。

numbers = [3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6, 5, 3, 5]
numbers.sort()
print(f"昇順: {numbers}")

numbers.sort(reverse=True)
print(f"降順: {numbers}")

# 出力結果
# 昇順: [1, 1, 2, 3, 3, 4, 5, 5, 5, 6, 9]
# 降順: [9, 6, 5, 5, 5, 4, 3, 3, 2, 1, 1]

この例では、`numbers`というリストを、`sort()`メソッドを使って昇順と降順に並べ替えています。`sort()`メソッドはリストを直接変更するため、元のリストはソートされた状態になります。

なべくん

配列に対する基本操作を理解することで、様々なデータ処理が可能になります。要素の追加、削除、検索、ソートなどを使いこなせるように、練習を重ねましょう。

forループを用いたPythonの配列処理

Pythonで配列を扱う際に、forループは非常に強力なツールとなります。forループを使うことで、配列の要素を一つずつ取り出して処理したり、特定の条件を満たす要素だけを抽出したりすることができます。この章では、forループを用いた配列処理の基本的な方法を、具体的なコード例とともに解説していきます。

forループと配列の組み合わせは、Pythonプログラミングにおいて非常に頻繁に利用されます。そのため、forループを用いた配列処理をマスターすることは、効率的かつ簡潔なコードを書く上で非常に重要です。ぜひ、この章の内容をしっかりと理解し、様々な配列処理に対応できるようになりましょう。

• 配列の要素を順番に処理
• インデックスと要素を取得
• 条件に合致する要素を抽出

それでは、具体的な内容に入っていきましょう。

配列の要素を順番に処理

forループを用いることで、配列の要素を順番に処理することができます。最も基本的なforループの使い方は、以下の通りです。

fruits = ["apple", "banana", "orange"]

for fruit in fruits:
    print(fruit)

このコードでは、`fruits`というリストの要素が順番に変数`fruit`に代入され、for文によって`print(fruit)`が実行されます。その結果、リストの要素が順番に表示されます。

インデックスと要素を取得

forループで配列を処理する際、要素のインデックス（番号）も同時に取得したい場合があります。このような場合は、`enumerate()`関数を使用します。`enumerate()`関数は、イテラブルオブジェクトの要素とインデックスをペアにしたタプルを生成します。

fruits = ["apple", "banana", "orange"]

for index, fruit in enumerate(fruits):
    print(f"{index+1}番目の果物は{fruit}です")

このコードでは、`enumerate(fruits)`によって、インデックスと要素のペアが順番に変数`index`と`fruit`に代入されます。その結果、インデックスと要素を同時に処理することができます。

条件に合致する要素を抽出

forループとif文を組み合わせることで、特定の条件を満たす要素だけを抽出することができます。例えば、以下のリストから偶数だけを抽出したい場合は、以下のように記述します。

numbers = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]

for number in numbers:
    if number % 2 == 0:
        print(number)

このコードでは、`numbers`というリストの要素が順番に変数`number`に代入され、if文によって`number`が偶数かどうかを判定しています。偶数の場合のみ`print(number)`が実行され、偶数だけが出力されます。

なべくん

forループを用いることで、配列の要素を柔軟に処理することができます。様々なパターンを試して、forループと配列の組み合わせ方をマスターしましょう。

配列を活用したpythonの実践的なプログラム

配列の基本操作やforループを用いた処理方法を理解したところで、次は配列を活用した実践的なプログラム例を見ていきましょう。この章では、配列を用いたプログラム例を3つ紹介します。それぞれの例を通して、配列がどのように実務で活用されるのかを理解し、自身のプログラミングスキル向上に役立ててください。

これらの例は、配列の活用方法のほんの一例に過ぎません。配列は、データ分析や機械学習、Webアプリケーション開発など、様々な分野で活用されています。ぜひ、これらの例を参考に、自分自身でも配列を活用したプログラムを作成し、その可能性を探求してみてください。

• 平均値を求める
• 最大値・最小値を求める
• 重複要素を削除

具体的なコード例を見ていきましょう。

平均値を求める

配列に格納された数値データの平均値を求めるプログラムは、以下のように記述できます。

numbers = [80, 75, 90, 65, 70]
total = 0

for number in numbers:
    total += number

average = total / len(numbers)
print(f"平均値: {average}")

# 出力結果
# 平均値: 76.0

このコードでは、`numbers`というリストに格納された数値データの合計値をforループで計算し、要素数で割ることで平均値を求めています。`len(numbers)`は、リスト`numbers`の要素数を取得する関数です。

最大値・最小値を求める

配列に格納された数値データの最大値と最小値を求めるプログラムは、以下のように記述できます。

numbers = [80, 75, 90, 65, 70]
max_value = numbers[0]
min_value = numbers[0]

for number in numbers:
    if number > max_value:
        max_value = number
    if number < min_value:
        min_value = number

print(f"最大値: {max_value}")
print(f"最小値: {min_value}")

# 出力結果
# 最大値: 90
# 最小値: 65

このコードでは、`max_value`と`min_value`をリストの最初の要素で初期化し、forループでリストの要素を順番に比較することで最大値と最小値を求めています。

重複要素を削除

配列から重複要素を削除するプログラムは、以下のように記述できます。

numbers = [1, 2, 2, 3, 4, 4, 5]
unique_numbers = []

for number in numbers:
    if number not in unique_numbers:
        unique_numbers.append(number)

print(f"重複要素を削除: {unique_numbers}")

# 出力結果
# 重複要素を削除: [1, 2, 3, 4, 5]

このコードでは、`unique_numbers`という空のリストを作成し、forループで`numbers`の要素を順番にチェックします。要素が`unique_numbers`に含まれていない場合のみ、`unique_numbers`に追加することで、重複要素を削除しています。

なべくん

配列を活用することで、様々なデータ処理を行うことができます。今回紹介した例を参考に、ぜひ自分自身でも配列を活用したプログラムを作成し、その可能性を探求してみてください。

まとめ 配列をマスターして、Pythonプログラミングをレベルアップ！

今回は、Python初心者の方に向けて、配列の基本的な知識から、作成方法、操作方法、forループを使った処理、そして実践的なプログラム例まで解説しました！

配列をマスターすることで、より複雑なプログラムを作成できるようになります。ぜひ、積極的に活用して、Pythonプログラミングスキルを向上させましょう！