【入門者向け】Pythonの関数の実装｜Python入門 #6

def fib(n): # write Fibonacci series up to n
"""Print a Fibonacci series up to n."""
a, b = 0, 1
while a < n:
print(a, end=' ')
a, b = b, a+b

# Now call the function we just defined:
fib(2000)

上記はフィボナッチ数を計算する関数をプログラミングしています。実行結果は下記のようになります。

f:id:lib-arts:20190828164828p:plain

上記において、フィボナッチ数は $x_{n+2}=x_{n+1}+x{n}$ という計算を行なっており、これは直前の二項の足し算で次の項を作成しています。これを実装するにあたって、aとbの二つの変数を用意し、それぞれに0と1を与え、随時値を置き換えて数列を生成しています。
ここまでがフィボナッチ数列の計算の実装の話ですが、ここからはPythonにおける関数の実装の話になります。関数の実装にあたっては定義する必要があるので、"def fib(n)"部分で関数の定義をしていることを明示しています。この説明ではわかりづらいと思うので、関数の必要性についてもっと詳しく見ていきましょう。
もともと上記のフィボナッチ数列を生成するプログラムは下記のように実装することができます。

a, b = 0, 1
n=2000

while a < n:
print(a, end=' ')
a, b = b, a+b

上記を実行すると同様に下記のようなフィボナッチ数列を得ることができます。

f:id:lib-arts:20190828165814p:plain

さて、なぜこのようにシンプルに実装することができるのに、わざわざ"def fib(n)"などを書いて行数を増やしてまで関数の実装を行ったのでしょうか。それは再利用性にあります。
例えば、2,000までのフィボナッチ数列を生成するという問題を解くだけなら関数を使わない実装で良いです。が、300、500、1,000、2,000、5,000、10,000までそれぞれ求める必要があるとなった場合はどうでしょうか。この際に関数を用いない実装だと、nの値を何度も変えてコピペのコードを実行する形になりなかなか見づらいです。

f:id:lib-arts:20190828170402p:plain

このようなコードは小規模で動かすうちは良いですが、段々と慣れてきたり後から見返したりする際に整理が難しくなります。ここで関数を使うと、下記のように実装できます。

f:id:lib-arts:20190828170738p:plain

このように関数を定義すると記述量を減らせたり、実装したコードの再利用性を高めたりすることができます。

関数の必要性についての説明はできたと思いますので、次に関数において重要となる引数と戻り値についてご紹介します。簡単に言うと、引数は関数の入力(Input)にあたり、戻り値は関数の出力(output)になります。引数の値に応じてなんらかの処理を行い、出力が必要な際は戻り値を返します。（関数内で処理を行い、戻り値は設定しない際もあります。

）
抽象的な話が続くと難しくなるので、こちらも書きコードを実際に動かしてみましょう。

def fib2(n): # return Fibonacci series up to n
"""Return a list containing the Fibonacci series up to n."""
result = []
a, b = 0, 1
while a < n:
result.append(a) # see below
a, b = b, a+b
return result

f100 = fib2(100) # call it
print(f100) # write the result

実行結果は下記になります。

f:id:lib-arts:20190828172859p:plain

ここで関数名はfib2、引数はn、返り値はreturnの次に記述されているresultであることに注意です。
上記までで関数について一通り確認できたので、1節はここまでとします。

2. 関数定義についてもう少し(4.7)
2節ではSection4.7の内容を元に関数定義についてもう少し詳しく確認していきます。
関数の実装において可変個の引数を設定した上で定義を行うこともできます。引数の定義方法には3 つの形式があり、それらを組み合わせることが可能です。
・デフォルトの引数値(Section4.7.1)
デフォルトの引数値の説明に関してはドキュメントの説明がわかりやすいのでキャプチャします。

f:id:lib-arts:20190828173502p:plain