【完全版】Pythonの内包表記｜サンプルコード付きで書き方を解説

（最終更新月：2023年7月）

✔当記事は以下のような方に向けて書かれています

✔当記事で紹介する内容

• Pythonの内包表記の基本概念
• 内包表記を利用したPythonの実装方法とその応用
• Pythonの内包表記による具体的な実例

当記事では、Pythonの内包表記の基本的な理解から、更なる応用技術まで、手に取るようにわかりやすい具体例で詳しく説明しています。

ぜひ最後までご覧いただき、Pythonの内包表記をマスターしましょう。

内包表記の基礎知識

こちらでは、内包表記についての基礎を把握します。

• 内包表記とは
• Python内包表記の重要性
• 内包表記の基本構文の理解

内包表記とは

Pythonの内包表記（Comprehension）は、コードを簡潔に書くための構文。

リスト（list）、辞書（dictionary）、集合（set）などのデータ構造を生成するのに特に便利です。

例えば、リスト内包表記を使用して、1から10までの整数の平方のリストを作成できます。

squares = [x**2 for x in range(1, 11)]
print(squares)
# 出力: [1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81, 100]

また、条件を追加して特定の要素だけを新しいリストに含めることも可能。

以下の例では、1から10までの整数の中から偶数だけの平方をリストにします。

squares_of_evens = [x**2 for x in range(1, 11) if x % 2 == 0]
print(squares_of_evens)
# 出力: [4, 16, 36, 64, 100]

辞書内包表記も使えます。

以下は、各整数とその平方をマッピングする辞書を作成する例です。

square_dict = {x: x**2 for x in range(1, 11)}
print(square_dict)
# 出力: {1: 1, 2: 4, 3: 9, 4: 16, 5: 25, 6: 36, 7: 49, 8: 64, 9: 81, 10: 100}

このように、内包表記はPythonでコードを簡潔に書くための強力なツールです。

Python内包表記の重要性

Pythonの内包表記（comprehensions）は、コードの簡潔さと可読性を大幅に向上させるための強力な機能です。

なぜなら内包表記により、ループや条件文を1行にまとめられるから。

結果としてクリーンで理解しやすいコードを作成できるのです。

以下に、その重要性をいくつか説明します。

1. 簡潔さ: 内包表記は、データ構造の生成に関連するコードを一行に縮小することを可能にします。これにより、多数の行でループを書く必要がなくなります。
2. 可読性: 内包表記は、Pythonの「可読性が重要である」という哲学を支持します。内包表記を理解している人にとっては、一連のループと条件文を解読するよりも、内包表記の方がはるかに直感的に読めます。
3. パフォーマンス: 内包表記は一般的に、対応するforループよりも高速に実行されます。これはPythonが内包表記を効率的に実装しているためです。
4. 機能性: 内包表記はフィルタリング（if文を使用）や複雑な式（ループ内の各要素に適用）を含むことができます。これにより、一行で非常に強力な操作を実行できます。

ただし、内包表記は強力なツールである一方で、適切に使用することが重要です。

内包表記が非常に複雑になったり、読みにくくなったりする場合、通常のループを使用した方が良い場合もあります。

基本的には、コードの可読性と保守性を優先するべきです。

内包表記の基本構文の理解

内包表記は、新しいリスト、辞書、セットを生成する際に、シンプルで効率的な構文を提供します。

基本的な形式はこちら。

[expression for item in iterable] 

以下、構成要素の説明です:

• expression: 各要素に対して評価される式または演算。イテラブル内の各要素に適用され、新しいリストの要素として結果が追加される
• item: イテラブル内の要素を参照するための変数名。各要素を順番に取り出し、expressionに適用される。
• iterable: 要素を反復処理するためのイテラブルオブジェクト。リスト、タプル、文字列などが一般的な例。

種類別、内包表記の基本形式

こちらでは、内包表記のさまざまな形式を学びます。

• リスト内包表記の基本
• 条件付きリスト内包表記
• 三項演算子を伴うリスト内包表記
• リスト内包表記とzip,enumerate関数
• 多重ループとリスト内包表記
• 集合内包表記の基礎
• 辞書内包表記の基礎
• ジェネレータ式の解説

リスト内包表記の基本

リスト内包表記は新しいリストを生成するための強力な構文です。

squares = [x**2 for x in range(10)] 

0から9までの数字の平方のリストを作成します。

この1行のコードは、通常のforループで書くよりも非常に簡潔です。

条件付きリスト内包表記

条件付きリスト内包表記を使うと、条件に一致する要素だけをリストに含められます。

even_squares = [x**2 for x in range(10) if x % 2 == 0] 

0から9までの偶数の平方のリストを作成します。

三項演算子を伴うリスト内包表記

三項演算子を使用して、リスト内包表記内で条件に基づいて異なる値を生成できます。

signs = [1 if x >= 0 else -1 for x in my_list] 

リスト内の正の要素に1を、負の要素に-1を割り当てます。

リスト内包表記とzip,enumerate関数

zipやenumerate関数と組み合わせることで、リスト内包表記がさらに強力になります。

sums = [x + y for x, y in zip(list1, list2)]

2つのリストの要素をペアごとに足し合わせた新しいリストを生成します。

多重ループとリスト内包表記

リスト内包表記内で複数のループを使用できます。

これは、ネストされたループを簡潔に書くのに便利です。

flattened = [item for sublist in nested_list for item in sublist] 

ネストされたリストを平坦化します。

集合内包表記の基礎

リスト以外にも、集合を生成するための内包表記が存在します。

squared_set = {x**2 for x in range(10)} 

0から9までの数の平方を要素とする集合を作成します。

辞書内包表記の基礎

辞書内包表記を使用して、キーと値のペアを持つ辞書を効率的に生成できます。

squared_dict = {x: x**2 for x in range(5)} 

キーが0から4の整数で、値がその平方である辞書を作成します。

ジェネレータ式の解説

ジェネレータ式は、リスト内包表記に似ていますが、メモリを節約するために要素を遅延評価します。

squares = (x**2 for x in range(10))

必要に応じて0から9までの数の平方を生成するジェネレータオブジェクトを作成します。

内包表記の良い使い方と注意点

こちらでは、内包表記を効果的に使用するためのヒントと、避けるべき落とし穴について見ていきましょう。

• 内包表記を使用する利点
• 使用時のベストプラクティスと注意点

内包表記を使用する利点

内包表記はコードを短くするだけでなく、しばしば計算速度の向上ももたらします。

リスト内包表記は通常のforループよりも高速に動作するのです。

さらに、一貫したスタイルで書くことで、他人がコードを理解しやすくなります。

#内包表記の例
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
squares = [n**2 for n in numbers]
print(squares)  # [1, 4, 9, 16, 25]

#forループの例
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
squares = []
for n in numbers:
    squares.append(n**2)
print(squares)  # [1, 4, 9, 16, 25]

使用時のベストプラクティスと注意点

内包表記は強力ですが、使いすぎるとコードが読みにくくなることもあります。

複雑な内包表記は避け、シンプルさを保つようにしましょう。

また、内包表記内でのエラーハンドリングは難しいため、内包表記はシンプルな操作に限定し、複雑なロジックは通常のループで処理することをおすすめします。

内包表記を使ったリアルコーディング例

こちらでは、実際のコードでの内包表記の使用例を紹介します。

• 有用なコード短縮事例
• データ変換における活用例
• フィルタリング適用例

有用なコード短縮事例

内包表記を使用して、単語のリストから長さが5以上の単語だけを抽出する例です。

long_words = [word for word in words if len(word) >= 5]

これは通常のforループよりもコードが短くなります。

データ変換における活用例

内包表記を使用して、CSVファイルの各行を辞書に変換する例です。

dicts = [{key: value for key, value in zip(header, row)} for row in csv_rows]

データを簡単に操作できる形式に変換されます。

フィルタリング適用例

内包表記を使用して、数値のリストから奇数だけを取り出す例です。

odds =[x for x in numbers if x % 2 == 1]

これは、データフィルタリングに内包表記を活用した簡潔な例です。

よくある質問：FAQ

こちらでは、内包表記に関する一般的な質問と回答を提供します。

事前に理解しておけば、トラブル回避も早まるでしょう。

• Q: 内包表記はメモリを多く消費しますか？
• Q: 内包表記のネストは推奨されますか？

Q: 内包表記はメモリを多く消費しますか？

A: リスト内包表記は、リスト全体をメモリに生成するため、大規模なデータセットではメモリを多く消費します。

この場合、ジェネレータ式を使用すると良いでしょう。

#ジェネレータ式の例
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
squares = (n**2 for n in numbers)
print(squares)  # <generator object <genexpr> at 0x7f4b9ebd5d60>
print(list(squares))  # [1, 4, 9, 16, 25]

Q: 内包表記のネストは推奨されますか？

A: 内包表記を過度にネストすると、コードが読みにくくなるため、一般的には推奨されません。

シンプルさを保ちましょう。

まとめ: 内包表記のマスタリー

当記事では、Pythonの内包表記について学習してきました。

内包表記はPythonの強力な機能であり、コードを簡潔にし、しばしばパフォーマンスを向上させます。

シンプルさを保ちながら、効率的にコードを書くために内包表記を活用しましょう。

Pythonの内包表記をマスターすることで、より洗練されたコーディングスキルを身につけられます。

当記事のコードなどを活用し、手を使いながら学んでください。