関数

関数は、入力に対して何らかの処理を施し、出力を返します。一般には、幾つかの処理がまとめられたプログラムになっています。Pythonに元々定義された関数（組み込み関数）もあれば、利用者が独自に作る関数もあります。また、幾つかの関数をまとめたプログラムは、モジュールといいます。このモジュールは、「.py」を拡張子に持つファイル（Python のコードを記述したプログラム）のことで、必要なときに読み込んで使います。幾つかのモジュールをひとまとまりにしたセットがパッケージで、このパッケージの集合体をライブラリとか、フレームワークとかいいます。

組み込み関数

組み込み関数は、はじめからPythonに定義された関数です。これまで使ってきたprint()は、その代表例です。この組み込み関数を使うと、効率的にプログラムを作成していくことができます。したがって、頻繁に使う関数は必ず、そうでない関数もできれば、知っておくとよいでしょう。

関数を呼び出すには、「関数名（引数1, 引数2, ...）」というように書きます。引数というのは、関数に代入する数値や文字列のことです。引数は、パラメータということもあります。引数の型は、関数ごとに決まっています。つまり、引数に、どのような種類のデータを代入できるかが決まっているということです。また、引数の数も関数によって決まっています。引数を渡す必要がない関数もあります。

len()

ここで、関数len()を見てみましょう。関数len()は、引数に入力された文字列の長さやリストの要素の数を返します。ここで、print()も組み込み関数です。

In

k1 = len("Hello World") # 文字列の長さ

print(k1)

k2 = len([3, 4, 5, 6, 7, 8]) # リストの要素の数

print(k2)

Out

11

6

注意点として、組み込み関数の関数名は、変数名として使ってはいけません。組み込み関数や予約語（if文のifとか、for文のforとか）の名前を変数名として使うと、その名前が変数名として上書きされてしまいます。したがって、組み込み関数や予約語としての役割を果たさなくなります。

int()

次に、関数int()を見ていきましょう。int()は、文字列を数値に型変換したり、浮動小数点を整数に変換したりします。以下の例は、文字列を10進数の数値に変換します。

In

a = int("300")

print(a)

Out

300

関数の引数は一つしかありませんでしたが、もう一つ設定して基数を指定することができます。引数を指定すると、処理の内容が変わってきます。例えば、以下の例は、文字列100を数値に変換し、それが基数2（二進数）だったとして10進数の数値で表します。

In

a = int("100", 2)

print(a)

Out

4

基数が16（16進数）だった場合、数値は以下のようになります。

In

a = int("100", 16)

print(a)

Out

256

関数int()の例では、文字列を入力して、数値を出力しました。この出力したデータは戻り値といいます。どんな型の戻り値が返るかは、関数によって決まっています。このint()の場合、戻り値は整数型になっています。

In

a = int("300")

print(type(a))

Out

<class 'int'>

戻り値を持たない関数もあります。例えば、上のprint()が一例です。関数print()には、引数の内容を表示する機能があり、戻り値を返す必要がありません。

abs()

abs()は、数値の絶対値を返します。abs()の引数には数値を渡し、戻り値として数値（絶対値）が返ります。

In

b1 = abs(10.1)

print(b1)

b2 = abs(-20.2)

print(b2)

Out

10.1

20.2

range()とfor文

range()は、整数を一つずつカウントアップする関数です。for文など、ループを特定の回数実行するときによく使います。range()に一つ引数を与えると、0から始まる数値を、引数の一つ前の値まで生成します。例えば、以下のように書くと、0～9の数値10個を生成し、表示します。

In

for i in range(10):

    print(i, end = ' ')

Out

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

引数に、開始する数値とステップ数を指定することができます。例えば、20～30までの数値を一つ飛びに生成する（結果として偶数になる）場合、range()の引数は以下のようになります。

In

for i in range(20, 31, 2):

    print(i, end = " ")

Out

20 22 24 26 28 30 

上の例では、引数の中で「終了する数値」が31になっている点に注意が必要です。終了する値は含まれないので、30にすると結果が違ってきます。

関数の作成

関数は独自のものを作ることができます。独自の関数を作ることで、プログラム全体の見通しがよくなりますし、同じ処理を実装するための同じコードを何度も書かなくてよくなります。つまり、プログラム作成の効率化が図れます。

関数を定義するには、以下のように定義します。引数を渡すと、その関数の中でその値を使うことができます。また、関数内で定義した変数は、その関数の中だけでしか使えません。

def 関数名（引数）：

その関数を使うときは、定義した後に「関数名（引数）」と書いて呼び出します。

In

def Birth(m):

    print("出身は" + m + "です！")

Birth("千葉県")

Out

出身は千葉県です！

複数の引数を渡すこともできます。引数に設定した数値を累乗してその値を表示するには、以下のように書きます。

In

def eight_cal(x, y):

    print(x ** y)

eight_cal(5, 8)

Out

390625

引数の初期値

関数の引数に初期値を設定できます。関数の中で初期値を設定しておくと、関数を呼び出したときに引数を省略すると、初期値がその引数の代わりになります。例えば、以下の例では、呼び出す側の関数に引数は書かれていませんが、関数内の初期値が代わりに使われています。

In

def Birth(m = "埼玉県"):      # 初期値が使われる

    print("出身は" + m + "です！")

Birth()

Out

出身は埼玉県です！

呼び出す側で関数に引数を設定したときは、その引数の値が、定義した関数の中で使われます。

In

def eight_cal(x = 5, y = 8):

    print(x ** y)

eight_cal(2, 10)      # 呼び出す側の関数の引数が優先される

Out

1024

戻り値

多くの関数は、呼び出し元に対して処理の結果を戻り値として返します。def文で定義した関数で戻り値を返すには、「return 戻り値」と書きます。戻り値は返り値とも言われます。return文は関数の最後に置き、returnの後に括弧は必要ありません。

In

def Birth(m = "埼玉県"):

    return "出身は" + m + "です！"

print(Birth("神奈川県"))

Out

出身は神奈川県です！

関数の中でreturn文の横に複雑なコードが書いてあると見にくいので、変数に代入してその変数の値を返すようにします。

In

def eight_cal(x = 5, y = 8):

    z = x ** y

    return z

print(eight_cal(2, 12))

Out

4096

モジュールを使う

パッケージは、同じような用途で使われるモジュールのセットです。モジュールは複数の関数で構成され、必要なときに読み込んで使います。読み込みは、「import 名前」と書きます。モジュールをimport文により呼び出せば、呼び出したモジュールの中のクラスや関数や変数を利用することができます。モジュールの関数を使用する場合、「import モジュール名」で読み込み、「モジュール名.関数名()」で関数を使います。例えば、timeモジュールを使う場合、以下のようにします。

In

import time

current_time = time.time()

print(current_time)

Out

1604555280.0819666

意味不明な数字を表示しているように見えますが、システム依存の時刻を起点にしています。で、これを年月日時分秒の形式で表示するには、gmtime()を使います。出力は、適当に改行しています。

In

import time

current_time = time.gmtime()

print(current_time)

Out

time.struct_time(tm_year=2020, tm_mon=11, tm_mday=5, tm_hour=5, 

tm_min=49, tm_sec=25, tm_wday=3, tm_yday=310, tm_isdst=0)

fromを使うと、モジュールの関数を、モジュール名なしで使うことができます。「from モジュール名 import 関数名」と書いて、該当する関数を直接読み出します。こうすると、この関数を使うときにモジュール名を書かなくてよくなります。上の例では、timeというモジュールのtime()という関数を使いました。これは、以下のようにコードを短くできます。

In

from time import time

current_time = time()

print(current_time)

Out

1604636241.1457312

モジュールのモジュール名は、「as」を使って名前を一時的に変更できます。例えば、データを可視化する機能を持ったライブラリmatplotlibには、データをプロットする関数を備えたモジュールpyplotがあります（matplotlibについては、後に詳しく説明します）。このモジュールの関数plot()を使うには、コードの中でmatplotlib.pyplot.plot()のように記述する必要があります。このmatplotlib.pyplotの部分を、pltのような省略語で表すことができるのです。

In

import matplotlib.pyplot as plt

month = [1, 2, 3, 4, 5, 6]

temp = [7.1, 8.3, 10.7, 12.8, 19.5, 23.2]   # 東京の平均気温（2020）

plt.plot(month, temp)

plt.show()

Out