Python Fundamentals

Python の基礎

概要

このスキルでは、構文、データ型、制御構造、関数、オブジェクト指向プログラミング、標準ライブラリなど、Python プログラミングの基礎要素を扱います。

学習目標

• PEP 8 のガイドラインに従って、読みやすく Python らしいコードを書く
• Python のすべてのデータ構造（リスト、タプル、辞書、セット）を習得する
• オブジェクト指向プログラミングの概念を理解し、実装する
• Python の標準ライブラリを効果的に使いこなす
• pip/venv で仮想環境とパッケージを管理する

主なトピック

1. Python の構文とデータ型

• 変数と命名規則
• 数値型（int、float、complex）
• 文字列と文字列メソッド
• ブール論理と None
• 型ヒント（PEP 484）
• F 文字列とフォーマット

コード例：

# Type hints and f-strings
def greet_user(name: str, age: int) -> str:
    return f"Hello {name}, you are {age} years old!"

# Using the function
message = greet_user("Alice", 30)
print(message)  # Hello Alice, you are 30 years old!

2. 制御フローと関数

• 条件文（if/elif/else）
• ループ（for、while）
• リスト／辞書／セットの内包表記
• 関数のパラメーターと引数
• ラムダ関数
• デコレーターの基礎

コード例：

# List comprehension with conditional
numbers = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]
even_squares = [x**2 for x in numbers if x % 2 == 0]
print(even_squares)  # [4, 16, 36, 64, 100]

# Decorator example
def timing_decorator(func):
    import time
    def wrapper(*args, **kwargs):
        start = time.time()
        result = func(*args, **kwargs)
        end = time.time()
        print(f"{func.__name__} took {end - start:.4f} seconds")
        return result
    return wrapper

@timing_decorator
def slow_function():
    import time
    time.sleep(1)
    return "Done!"

3. オブジェクト指向プログラミング

• クラスとインスタンス
• 継承とコンポジション
• ポリモーフィズムとダックタイピング
• カプセル化（パブリック／プライベート）
• 特殊メソッド（init、str、repr など）
• 抽象基底クラス

コード例：

from abc import ABC, abstractmethod

class Vehicle(ABC):
    def __init__(self, brand: str, model: str):
        self.brand = brand
        self.model = model

    @abstractmethod
    def start_engine(self) -> str:
        pass

    def __str__(self) -> str:
        return f"{self.brand} {self.model}"

class Car(Vehicle):
    def __init__(self, brand: str, model: str, doors: int):
        super().__init__(brand, model)
        self.doors = doors

    def start_engine(self) -> str:
        return f"{self} engine started with {self.doors} doors"

# Usage
car = Car("Toyota", "Camry", 4)
print(car.start_engine())  # Toyota Camry engine started with 4 doors

4. 標準ライブラリ

• ファイル操作（open、read、write）
• pathlib によるパス処理
• 日付／時刻操作のための datetime
• collections（Counter、defaultdict、namedtuple）
• itertools と functools
• json と csv モジュール

コード例：

from pathlib import Path
from datetime import datetime, timedelta
from collections import Counter
import json

# Path operations
data_dir = Path("data")
data_dir.mkdir(exist_ok=True)

config_file = data_dir / "config.json"
config = {"app_name": "MyApp", "version": "1.0.0"}

# Write JSON
with open(config_file, "w") as f:
    json.dump(config, f, indent=2)

# Read JSON
with open(config_file, "r") as f:
    loaded_config = json.load(f)

# Date operations
today = datetime.now()
next_week = today + timedelta(days=7)
formatted = today.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S")

# Counter for frequency analysis
words = ["apple", "banana", "apple", "cherry", "banana", "apple"]
word_count = Counter(words)
print(word_count.most_common(2))  # [('apple', 3), ('banana', 2)]

実践演習

プロジェクト 1：ファイル管理ツール

拡張子ごとにファイルを整理するコマンドラインツールを作成します。

要件：

• 入力としてディレクトリパスを受け取る
• ファイルを再帰的に検索する
• 拡張子ごとにファイルをグループ化する
• ファイルを整理したフォルダーに移動する
• サマリーレポートを生成する

主なスキル： pathlib、ファイル I/O、os モジュール

プロジェクト 2：連絡先管理システム（OOP）

オブジェクト指向の原則を使用して、連絡先管理システムを作成します。

要件：

• 名前、メールアドレス、電話番号を持つ Contact クラス
• 連絡先を管理する ContactBook クラス
• CRUD 操作（作成、読み取り、更新、削除）
• 検索とフィルター機能
• データを JSON ファイルに保存する

主なスキル： OOP、JSON シリアライズ、データ構造

プロジェクト 3：テキストアナライザー

テキストファイルの統計とパターンを分析します。

要件：

• 単語の出現頻度分析
• 文字数のカウント（スペースあり／なし）
• 単語の平均長
• 最もよく使われる単語（ストップワードを除外）
• 結果を CSV にエクスポートする

主なスキル： 文字列操作、collections.Counter、CSV

評価基準

• PEP 8 に準拠した Python コードを書く
• 状況に応じた適切なデータ構造を使用する
• 適切な OOP の原則に従ってクラスを実装する
• 標準ライブラリのモジュールを効果的に活用する
• 仮想環境と依存関係を管理する
• 例外を適切に処理する
• 明確な docstring とコメントを書く

リソース

公式ドキュメント

• Python.org - Python の公式ドキュメント
• PEP 8 - Python のスタイルガイド
• Python Tutorial - 公式チュートリアル

学習プラットフォーム

• Real Python - 総合的なチュートリアル
• Python for Everybody - 無料コース
• Automate the Boring Stuff - 実践的な Python

ツール

• VS Code - 推奨エディター
• PyCharm - プロフェッショナル向け IDE
• pylint - コードリンター
• black - コードフォーマッター

次のステップ

Python の基礎を習得したら、次のトピックに進みましょう。

• Django Framework - Web アプリケーションを構築する
• Pandas Data Analysis - データを扱う
• Pytest Testing - 包括的なテストを書く
• Asyncio Programming - 非同期 Python