関数

再利用可能なコードブロックの整理

関数とは？

関数の概念

再利用可能な コードブロック
特定のタスク を実行
入力（引数） を受け取る
出力（戻り値） を返す
コードの整理 と 重複の削除

関数を使う理由

メリット: - コードの再利用 - 保守性の向上 - 読みやすさの向上 - テストしやすい - バグの削減

例:

# 関数なし（悪い例）
print("=" * 30)
print("ようこそ！")
print("=" * 30)

print("=" * 30)
print("さようなら！")
print("=" * 30)

# 関数あり（良い例）
def print_banner(message):
    print("=" * 30)
    print(message)
    print("=" * 30)

print_banner("ようこそ！")
print_banner("さようなら！")

関数の定義

基本的な構文

# 基本的な関数定義
def greet():
    """挨拶を表示する関数"""
    print("こんにちは！")
    print("Python の世界へようこそ！")

# 関数の呼び出し
greet()

引数のある関数

# 引数を受け取る関数
def greet_person(name):
    """名前を指定して挨拶する関数"""
    print(f"こんにちは、{name}さん！")

def greet_with_time(name, time):
    """名前と時間を指定して挨拶する関数"""
    print(f"{time}、{name}さん！")

# 関数の呼び出し
greet_person("太郎")
greet_with_time("花子", "おはよう")

戻り値のある関数

# 値を返す関数
def add_numbers(a, b):
    """2つの数値を足して結果を返す"""
    result = a + b
    return result

def calculate_area(width, height):
    """長方形の面積を計算"""
    area = width * height
    return area

# 戻り値の使用
sum_result = add_numbers(5, 3)
print(f"5 + 3 = {sum_result}")

room_area = calculate_area(4, 6)
print(f"部屋の面積: {room_area}平方メートル")

高度な引数

デフォルト引数

# デフォルト値を持つ引数
def introduce(name, age, hobby="読書"):
    """自己紹介する関数（趣味はデフォルト値あり）"""
    print(f"私の名前は{name}です。")
    print(f"年齢は{age}歳で、趣味は{hobby}です。")

# 呼び出し方法
introduce("太郎", 25)  # デフォルト値を使用
introduce("花子", 30, "映画鑑賞")  # デフォルト値を上書き

キーワード引数

# キーワード引数を使った呼び出し
def create_profile(name, age, city, profession):
    """プロフィールを作成"""
    profile = f"{name}（{age}歳）は{city}在住の{profession}です。"
    return profile

# 位置引数
profile1 = create_profile("山田太郎", 28, "東京", "エンジニア")

# キーワード引数（順序を変更可能）
profile2 = create_profile(
    profession="デザイナー",
    name="佐藤花子", 
    city="大阪",
    age=32
)

print(profile1)
print(profile2)

可変長引数

# *args - 可変長位置引数
def calculate_average(*numbers):
    """任意の数の数値の平均を計算"""
    if not numbers:
        return 0
    return sum(numbers) / len(numbers)

print(f"平均: {calculate_average(10, 20, 30)}")
print(f"平均: {calculate_average(1, 2, 3, 4, 5)}")

# **kwargs - 可変長キーワード引数
def print_info(**info):
    """任意のキーワード引数を表示"""
    for key, value in info.items():
        print(f"{key}: {value}")

print_info(名前="太郎", 年齢=25, 職業="エンジニア")

スコープと名前空間

ローカルスコープとグローバルスコープ

# グローバル変数
global_message = "これはグローバル変数です"

def demo_scope():
    # ローカル変数
    local_message = "これはローカル変数です"
    print(f"関数内から: {global_message}")
    print(f"関数内から: {local_message}")

def modify_global():
    global global_message
    global_message = "グローバル変数が変更されました"

print(f"関数外から: {global_message}")
demo_scope()

modify_global()
print(f"変更後: {global_message}")

変数の優先順位

# 変数の優先順位の例
x = "グローバル"

def outer_function():
    x = "外側の関数"
    
    def inner_function():
        x = "内側の関数"
        print(f"内側の関数内: {x}")
    
    inner_function()
    print(f"外側の関数内: {x}")

outer_function()
print(f"グローバル: {x}")

ドキュメンテーション

ドキュメント文字列（docstring）

def calculate_bmi(weight, height):
    """
    BMI（体格指数）を計算する関数
    
    Args:
        weight (float): 体重（kg）
        height (float): 身長（m）
    
    Returns:
        float: BMI値
    
    Example:
        >>> calculate_bmi(70, 1.75)
        22.857142857142858
    """
    bmi = weight / (height ** 2)
    return bmi

# ドキュメンテーションの確認
print(calculate_bmi.__doc__)

# 実際の使用
result = calculate_bmi(70, 1.75)
print(f"BMI: {result:.2f}")

タイプヒント

def greet_user(name: str, age: int) -> str:
    """
    ユーザーに挨拶する関数（タイプヒント付き）
    
    Args:
        name: ユーザーの名前
        age: ユーザーの年齢
    
    Returns:
        挨拶メッセージ
    """
    return f"こんにちは、{name}さん（{age}歳）！"

# 使用例
message = greet_user("太郎", 25)
print(message)

実践的な例

温度変換関数

def celsius_to_fahrenheit(celsius: float) -> float:
    """摂氏を華氏に変換"""
    return (celsius * 9/5) + 32

def fahrenheit_to_celsius(fahrenheit: float) -> float:
    """華氏を摂氏に変換"""
    return (fahrenheit - 32) * 5/9

def temperature_converter(temp: float, unit: str) -> dict:
    """温度変換の統合関数"""
    if unit.lower() == 'c':
        fahrenheit = celsius_to_fahrenheit(temp)
        return {
            'original': f"{temp}°C",
            'converted': f"{fahrenheit:.2f}°F"
        }
    elif unit.lower() == 'f':
        celsius = fahrenheit_to_celsius(temp)
        return {
            'original': f"{temp}°F", 
            'converted': f"{celsius:.2f}°C"
        }

# 使用例
result = temperature_converter(25, 'C')
print(f"{result['original']} = {result['converted']}")

パスワード検証システム

def check_password_strength(password: str) -> dict:
    """パスワードの強度をチェック"""
    checks = {
        'length': len(password) >= 8,
        'uppercase': any(c.isupper() for c in password),
        'lowercase': any(c.islower() for c in password),
        'digit': any(c.isdigit() for c in password),
        'special': any(c in "!@#$%^&*" for c in password)
    }
    
    score = sum(checks.values())
    
    if score >= 4:
        strength = "強い"
    elif score >= 3:
        strength = "普通"
    else:
        strength = "弱い"
    
    return {
        'strength': strength,
        'score': score,
        'checks': checks
    }

# テスト
result = check_password_strength("MyPass123!")
print(f"パスワード強度: {result['strength']}")
print(f"スコア: {result['score']}/5")

ラムダ関数

ラムダ関数の基本

# 通常の関数
def square(x):
    return x ** 2

# ラムダ関数（無名関数）
square_lambda = lambda x: x ** 2

print(f"通常の関数: {square(5)}")
print(f"ラムダ関数: {square_lambda(5)}")

# ラムダ関数の応用
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]

# map() でラムダ関数を使用
squared = list(map(lambda x: x ** 2, numbers))
print(f"二乗: {squared}")

# filter() でラムダ関数を使用
evens = list(filter(lambda x: x % 2 == 0, numbers))
print(f"偶数: {evens}")

練習問題

演習 1：計算機関数

基本的な計算機能を持つ関数を作成してください：

def calculator(a, b, operation):
    """
    基本的な計算を行う関数
    
    Args:
        a, b: 計算する数値
        operation: 演算子 ('+', '-', '*', '/')
    
    Returns:
        計算結果
    """
    # TODO: 実装してください
    pass

# テスト例
print(calculator(10, 5, '+'))  # 期待: 15
print(calculator(10, 5, '*'))  # 期待: 50

演習 2：文字列処理関数

文字列を処理する関数を作成してください：

def process_text(text, action='upper'):
    """
    文字列を指定された方法で処理
    
    Args:
        text: 処理する文字列
        action: 'upper', 'lower', 'title', 'reverse'
    
    Returns:
        処理された文字列
    """
    # TODO: 実装してください
    pass

# テスト例
print(process_text("hello world", "title"))  # 期待: "Hello World"

演習 3：統計関数

数値リストの統計を計算する関数を作成してください：

def calculate_stats(numbers):
    """
    数値リストの統計を計算
    
    Returns:
        統計情報の辞書
    """
    # TODO: 平均、最大、最小、合計を計算
    pass

# テスト例
stats = calculate_stats([1, 2, 3, 4, 5])
# 期待: {'average': 3.0, 'max': 5, 'min': 1, 'sum': 15}

まとめ

学習内容の復習

今日学んだ関数の概念：

基本概念: - 関数の定義と呼び出し - 引数と戻り値 - デフォルト引数 - キーワード引数 - 可変長引数

高度な概念: - スコープと名前空間 - ドキュメント文字列 - タイプヒント

ベストプラクティス: - 関数は1つのことを行う - 説明的な名前を使用 - ドキュメンテーションを書く - 適切な引数を設計 - 戻り値を明確にする

応用: - ラムダ関数 - 関数型プログラミング - 実践的な例

次回の内容

次回のセッションでは： - クラスとオブジェクト指向プログラミング - クラスの定義 - インスタンスとメソッド - 継承とポリモーフィズム

宿題

今日の復習として： 1. 練習問題をすべて完成させる 2. 自分で新しい関数を作成する 3. ドキュメント文字列を書く練習 4. ラムダ関数を使った例を試す

お疲れさまでした！

関数はプログラミングの基礎です。
しっかりマスターしましょう！

次回もお楽しみに！ 🐍⚙️

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