ループ処理の基礎

この教材で学ぶこと

この教材では、プログラムで「繰り返し処理」を行う方法を学びます。同じ処理を何度も実行したいとき、ループを使うことで効率的にプログラムを書くことができます。

• 繰り返し処理が必要な理由
• for文の基本（range関数）
• while文の基本
• break文とcontinue文
• 無限ループとその回避方法
• for文とwhile文の使い分け

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1. 繰り返し処理とは

1.1 なぜ繰り返し処理が必要なのか

日常生活でも、同じ作業を繰り返すことはよくあります。

• 「1から10までの数字を順番に言う」
• 「クラス全員に配布物を配る」
• 「買い物リストの商品を1つずつカートに入れる」

プログラミングでも同じように、同じ処理を何度も実行したい場面があります。例えば、次のようなプログラムを考えてみましょう。

# 1から5まで表示する（繰り返しを使わない場合）
print(1)
print(2)
print(3)
print(4)
print(5)

これでも動作はしますが、もし1から100まで表示したい場合、100行も書く必要があります。
これは非効率ですし、間違いも起こりやすくなります。

繰り返し処理（ループ）を使えば、このような処理を簡潔に書くことができます。

1.2 Pythonの繰り返し処理

Pythonには主に2種類の繰り返し処理があります。

• for文: 決まった回数だけ繰り返す
• while文: 条件を満たしている間、繰り返す

まずはfor文から見ていきましょう。

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2. for文の基本

2.1 for文の構文

for文は、指定した回数だけ処理を繰り返します。基本的な構文は以下の通りです。

for 変数 in 範囲:
    # 繰り返し実行される処理

実際の例を見てみましょう。

for i in range(5):
    print(i)

実行結果

0
1
2
3
4

このプログラムは、iという変数に0から4までの数字を順番に入れながら、print(i)を5回繰り返します。
我々が数字を数えるとき、ほとんどの場合1から数え始めますが、プログラムは0から数え始めることを覚えておきましょう。

2.2 range()関数

range()は、数字の範囲を生成する関数です。for文と組み合わせてよく使います。

range()の3つの使い方

# 1. range(終了値) - 0から始まる
for i in range(5):
    print(i)  # 0, 1, 2, 3, 4

# 2. range(開始値, 終了値) - 開始値から始まる
for i in range(1, 6):
    print(i)  # 1, 2, 3, 4, 5

# 3. range(開始値, 終了値, ステップ) - 増加量を指定
for i in range(0, 10, 2):
    print(i)  # 0, 2, 4, 6, 8

重要なポイント

• 終了値は含まれません（range(5)は0から4まで）
• 開始値を指定しない場合は0から始まります
• ステップを指定すると、その数だけ増やしながら繰り返します

2.3 for文の実用例

例1: 1から10までの合計を計算

total = 0

for i in range(1, 11):  # 1から10まで
    total += i
    print("{}までの合計: {}".format(i, total))

print("最終合計: {}".format(total))

実行結果

1までの合計: 1
2までの合計: 3
3までの合計: 6
4までの合計: 10
5までの合計: 15
6までの合計: 21
7までの合計: 28
8までの合計: 36
9までの合計: 45
10までの合計: 55
最終合計: 55

例2: 九九の表を表示

number = 7

for i in range(1, 10):
    result = number * i
    print("{} × {} = {}".format(number, i, result))

実行結果

7 × 1 = 7
7 × 2 = 14
7 × 3 = 21
7 × 4 = 28
7 × 5 = 35
7 × 6 = 42
7 × 7 = 49
7 × 8 = 56
7 × 9 = 63

2.4 for文と条件分岐の組み合わせ

for文の中でif文を使うこともできます。

# 1から20までの偶数だけを表示
for i in range(1, 21):
    if i % 2 == 0:
        print(i)

実行結果

2
4
6
8
10
12
14
16
18
20

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3. while文の基本

3.1 while文の構文

while文は、条件がTrueである間、処理を繰り返します。

while 条件式:
    # 条件がTrueの間、繰り返し実行される処理

実際の例を見てみましょう。

count = 1

while count <= 5:
    print("カウント: {}".format(count))
    count += 1

print("ループ終了")

実行結果

カウント: 1
カウント: 2
カウント: 3
カウント: 4
カウント: 5
ループ終了

このプログラムの動作

1. countが1からスタート
2. count <= 5がTrueなので、処理を実行
3. count += 1でcountを1増やす
4. 再び条件をチェック
5. countが6になったとき、count <= 5はFalseになり、ループ終了

3.2 while文の実用例

例1: ユーザーが正しい値を入力するまで繰り返す

password = ""

while password != "python":
    password = input("パスワードを入力してください: ")
    
    if password != "python":
        print("パスワードが違います")

print("ログイン成功！")

このプログラムは、正しいパスワードが入力されるまで繰り返し入力を求めます。

例2: カウントダウンタイマー

time = 5

print("カウントダウン開始！")
while time > 0:
    print(time)
    time -= 1

print("発射！")

実行結果

カウントダウン開始！
5
4
3
2
1
発射！

3.3 無限ループとその回避

while文を使う際に注意しなければいけないのが「無限ループ」です。条件が永遠にTrueのままだと、プログラムが終わらなくなってしまいます。

# 危険な例：無限ループ
count = 1

while count <= 5:
    print(count)
    # count += 1 を忘れている！

このプログラムは、countが1のまま変わらないため、永遠に「1」を表示し続けます。
Ctrl + Cを入力することで強制的に終了することができますが、強制終了させないといけないプログラムは良いプログラムとは言えません。
制御構文を使う場合は、この無限ループが起こらないかどうか注意しましょう。

無限ループを回避する方法

1. ループの中で条件を変化させる変数を必ず更新する
2. プログラムを書いたら、ループが正しく終了するか確認する
3. 意図的に無限ループを作る場合は、breakで抜ける仕組みを用意する

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4. break文とcontinue文

4.1 break文（ループを途中で抜ける）

breakは、ループを途中で終了させるための命令です。

# 1から10まで数えるが、5で止める
for i in range(1, 11):
    if i == 5:
        break  # ループを抜ける
    print(i)

print("ループ終了")

実行結果

1
2
3
4
ループ終了

実用例：検索処理

numbers = [3, 7, 2, 9, 5, 1, 8]
target = 9

for num in numbers:
    if num == target:
        print("{}が見つかりました！".format(target))
        break
else:
    print("{}は見つかりませんでした".format(target))

このように、目的の値が見つかったらそれ以上探す必要がないので、breakでループを抜けます。

4.2 continue文（その回の処理をスキップ）

continueは、その回のループ処理をスキップして、次のループに進みます。

# 1から10までの数字のうち、3の倍数以外を表示
for i in range(1, 11):
    if i % 3 == 0:
        continue  # 3の倍数ならスキップ
    print(i)

実行結果

1
2
4
5
7
8
10

breakとcontinueの違い

• break: ループ全体を終了する
• continue: 今回のループだけスキップして、次のループに進む

# breakの動作
print("=== breakの例 ===")
for i in range(1, 6):
    if i == 3:
        break
    print(i)

# continueの動作
print("\n=== continueの例 ===")
for i in range(1, 6):
    if i == 3:
        continue
    print(i)

実行結果

=== breakの例 ===
1
2

=== continueの例 ===
1
2
4
5

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5. for文とwhile文の使い分け

5.1 for文を使うべき場合

• 繰り返す回数が明確にわかっている
• リストやrange()など、決まった範囲を処理する
• カウンターが必要な処理

# 回数が決まっている例
for i in range(10):
    print("{}回目の処理".format(i + 1))

# リストの各要素を処理する例
fruits = ["りんご", "バナナ", "オレンジ"]
for fruit in fruits:
    print(fruit)

5.2 while文を使うべき場合

• 繰り返す回数が事前にわからない
• ある条件を満たすまで繰り返す
• ユーザーの入力待ちなど、終了条件が動的に決まる

# 条件を満たすまで繰り返す例
total = 0
number = 1

while total < 100:
    total += number
    number += 1

print("合計が100を超えました: {}".format(total))

5.3 同じ処理をfor文とwhile文で書く

参考として、同じ処理をfor文とwhile文の両方で書いた例を見てみましょう。

# for文で1から5まで表示
print("=== for文 ===")
for i in range(1, 6):
    print(i)

# while文で1から5まで表示
print("\n=== while文 ===")
i = 1
while i <= 5:
    print(i)
    i += 1

どちらも同じ結果になりますが、この場合はfor文の方が簡潔で読みやすいです。

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実習問題

問題1: for文の基本

以下の要件を満たすプログラムを作成してください。

要件

1. 変数nに数値（例: 10）を代入する
2. 1からnまでの数字を順番に表示する
3. すべての数字の合計を計算し、最後に表示する

期待する出力例

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
合計: 55

ヒント

• range(1, n+1)を使います
• 合計を格納する変数を0で初期化しておきます

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問題2: while文の基本

以下の要件を満たすプログラムを作成してください。

要件

1. 変数numberに1を代入する
2. numberが2倍されていき、100を超えるまで繰り返す
3. 各ステップでnumberの値を表示する
4. 最後に「100を超えました」と表示する

期待する出力例

1
2
4
8
16
32
64
100を超えました

ヒント

• while文でnumber <= 100の間繰り返します
• ループの中でnumber *= 2を実行します

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問題3: 条件分岐とループの組み合わせ

以下の要件を満たすプログラムを作成してください。

要件

1. 1から30までの数字をループで処理する
2. 3の倍数のときは「Fizz」と表示する
3. 5の倍数のときは「Buzz」と表示する
4. 3の倍数でも5の倍数でもないときは、その数字を表示する

期待する出力例

1
2
Fizz
4
Buzz
Fizz
7
8
Fizz
Buzz
11
Fizz
13
14
Fizz
16
17
Fizz
19
Buzz
...

ヒント

• i % 3 == 0で3の倍数を判定できます
• if-elif-elseを使います

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問題4: break文を使った総合問題

以下の要件を満たすプログラムを作成してください。

要件

1. ユーザーに「数字を入力してください（終了は0）: 」と表示し、入力を受け付ける
2. 入力された数字を整数に変換する
3. 入力が0なら、ループを終了する
4. 入力が0でなければ、その数字が偶数か奇数かを判定して表示する
5. すべての入力（0を除く）の合計を計算し、最後に表示する

期待する出力例

数字を入力してください（終了は0）: 5
5は奇数です
数字を入力してください（終了は0）: 8
8は偶数です
数字を入力してください（終了は0）: 3
3は奇数です
数字を入力してください（終了は0）: 0
入力された数字の合計: 16

ヒント

• while Trueで無限ループを作り、0が入力されたらbreakします
• number % 2 == 0で偶数を判定できます
• 合計を格納する変数を0で初期化しておきます

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まとめ

この教材では、以下の内容を学習しました

繰り返し処理の基本

• 同じ処理を効率的に実行できる
• Pythonにはfor文とwhile文がある

for文

• 決まった回数だけ繰り返す
• range()関数で範囲を指定
• range(終了値)、range(開始値, 終了値)、range(開始値, 終了値, ステップ)

while文

• 条件がTrueの間、繰り返す
• 無限ループに注意（条件を変化させる）
• 繰り返す回数が事前にわからない場合に便利

break文とcontinue文

• break: ループを途中で終了
• continue: その回の処理をスキップ

使い分け

• 回数が決まっている → for文
• 条件を満たすまで → while文

次の教材では、リストとループを組み合わせて、より実践的なプログラミングを学びます。演習問題をしっかり解いて、ループ処理をマスターしましょう。