Music and Railway

　前章で覚えた FOR ～ NEXT制御文を使うと、入力したデータの平均を求めるプログラムができます。この章からしばらくの間、テストの成績処理プログラム（学校のテストにはいい思い出がない方、少しの間がまんしてください）で合計、平均の求め方、ある条件により処理内容が変わる選択処理（次章以後）、変数の再利用以外のもっと高度なデータ再利用の方法を学びます。
　いよいよコンピュータならではのプログラミングに入ります。少しだけお楽しみに(^ ^;

［平均を求めるアルゴリズム］

アルゴリズムとは、問題解決の手順です。コンピュータのプログラムの世界では、主として計算、代入、条件判断をどのように組み合わせ、どのように繰り返せば目的の仕事ができるか、ということになります。前章までのサンプル程度のプログラムならパソコンの前に座ってチャッチャと作れますが、もう少し長い（規模の大きい）プログラムになると、最初にアルゴリズムを考えてから作り出さないと後で出来上がったプログラムを見直した時、作った本人でさえ何が何だかわからない、グチャグチャなプログラム（プロのプログラマが「スパゲッティプログラム」と呼んでいるヤツです）になってしまいます。ということでここから後はサンプルプログラムをお見せする前に、どのように考えてこのプログラムになったか、というアルゴリズムを示してゆくことにします。

　５人の児童のテストの点数が次のようになっているとします。
　　　75、80、60、35、95
　この平均点を求めます。この程度の計算なら皆さんなら５つの数字をながめて暗算で 69 点とわかると思います。ところがコンピュータに、５つの数字を見せて「平均は？」と言ってもわからないのです。コンピュータでいくつかの数の平均を求めるなら、１つ１つのデータを加算し、データ件数を数え、全部のデータを加算し終わったら、その値を数えたデータ件数で割る、という何とものんびりとした作業を行うことになります。



図8_1.５人の児童のテストの平均を求めるアルゴリズム
　このアルゴリズムをコンピュータで実現するのがコンピュータのプログラムであり、Tiny BASIC for Windowsはそのためのツールのひとつということになります。ではサンプルプログラムです。サンプルプログラムの各行に行番号が付いていますが、これは説明用のためのもので、実際にプログラムを作るときには省略してください。以後サンプルプログラムが10行以上になるときにはこのようにします。
　 1: PRINT "テストの平均点"
　 2: GOKEI=0
　 3: NINZU=0
　 4: FOR I=1 TO 5
　 5: PRINT I;"番";
　 6: INPUT "点数",TENSU
　 7: GOKEI=GOKEI+TENSU
　 8: NINZU=NINZU+1
　 9: NEXT I
　10: HEIKIN=GOKEI/NINZU
　11: PRINT "平均点は";HEIKIN
　12: END

ここでは第２章でやった代入演算子が活躍します（忘れてしまった方は第２章図2_3をもう一度見てください）。
　まず、５～８行目（ループの中）を見てください。
　５行目は「これから入力するのは何番目のデータか」ということを表示しています。誤操作（誤入力）防止のためのものだす。
　６行目でキーボードから点数を入力し、変数TENSUに代入します。
　７行目は今入力した点数を、変数GOKEIに加算しています。
　８行目では入力した件数をカウントしています（この場合、テストを受けた人数）
　７、８行目の代入演算子＝の使い方に着目してください。思い出しましたか。代入演算子の意味は「右辺の値を左辺に代入する」命令でしたね。
　この４行は点数の入力がすべて終わるまで繰り返しますから、４、９行目の FOR ～ NEXTで、（今回は）５回繰り返すようにしています。
　では、その他の箇所を見てみましょう。　
　１行目は「何のプログラムか」を表示しています。これはもちろん、誤操作（誤実行）防止策です。
　２行目、３行目はそれぞれ点数の合計、データ件数をカウントする変数ですが、これは処理に先立ち、０にしておく必要があります。なぜかというと、Tiny BASIC for Windowsを始め、多くのBASICではプログラム実行スタート時にすべての数値変数は０、ストリング変数は""（Null、何も入っていない）にリセットされるのですが、プログラミング言語はすべてそうなっているとは限りません。最初にクリアしておかないと何が入っているかわからないという言語もあります。筆者が30年ほど前に使っていたFORTRAN、COBOLなどではそうでした。また今日では、Visual BASICなどのように、最初に使用宣言をしていない変数は使えない、というプログラミング言語もあります。
　合計や平均を求めるプログラムでは、データの合計、データ数カウントのための変数は、最初に０にしておく（ゼロクリア）することを習慣にしましょう。


図8_2.実行中（３番目のデータの入力待ち）
　図8_2はこのプログラムの実行中です。入力窓は省略します。実行画面には、これから何番目のデータを入れるのかが表示されています。該当データを入れると何番目という表示（INPUT命令の直前のPRINT命令で表示した内容）が消えてしまいますが、これはTiny BASIC for Windowsの仕様なのでどうにもなりません。今後のバージョンアップで改善されることを期待しています。

図8_3.実行結果（平均が計算され表示された）
　データをすべて入力すると平均が計算され表示されてプログラムを終わります（図8_3）

【この章のまとめ】

問題解決の手順のことをアルゴリズムという。

代入演算子＝とFOR ～ NEXTループを組み合わせると、入力したデータの合計や平均を求めるプログラムができる。

データを加算する（合計）やデータ件数を数えるための変数は、ループに入る前にゼロクリアしておく

［ストリングとは］　

　ずっと堅苦しい話が続きましたので、Tiny BASICを使ってもうちょっと楽しいことをやってみましょう。


図5_1.文字を画面に表示する
　ここまでずっと数値データばかり扱ってきました。変数に代入するのもPRINT命令で画面に表示するのもすべて数値のみでした。この章では画面に数値以外の文字を表示したり、文字データを扱うことを覚えましょう。まずは図5_1のように画面に文字を表示する方法です（思いっ切り筆者の趣味が入ったサンプルで申し訳ありません・・・汗）。これは、画面に何か表示するのだから PRINT命令を使うのかな、はい、そのとおりです。ではやってみましょう。プログラムはこうなるはず。では作って実行してみてください。

　　　PRINT Ｃ62型は国鉄で最後に作られた蒸気機関車
　　　END


図5_2.実行したらエラーになった
　
　実行したらこうなってしまいました（図5_2）。では次のように直してください。
　　　PRINT "Ｃ62型は国鉄で最後に作られた蒸気機関車"
　　　END
　どこが違うのかわかりますか。そうです。「Ｃ62型は」の前と「機関車」の後ろに"（ダブルクォーテーションまたは引用符とよばれる）が入っています。この"　"で囲まれたものを文字列とか文字リテラル、ストリングと呼びます。当カテゴリーでは今後ストリングといいます。プログラミング言語ではストリングもまた「式」です。ストリングであることを示す引用符はTiny BASICでは"（ダブルクォーテーション）のみです。プログラミング言語によっては'（シングルクォーテーション）が使えるものもありますが、Tiny BASICでは ' は別の意味を持つのでご注意ください。引用符は始めも終わりも " です。日本語の「　」のように始め終わりの区別がありません。
　最初の例がエラーとなった原因ですが、PRINT命令は続くオペランド（式）が数値、計算式、関数、ストリング以外のときはすべて変数とみなします。この場合だと「Ｃ62型～機関車」が"　"で囲まれていないのでストリングではなく変数とみなされます。変数名は半角英数字という規則がありました（第２章）。なので「これは何？」ということでエラーになってしまったというわけです。
　では次のようなプログラムはどういう結果になるでしょうか。考えてみてください。

　　　PRINT 50+30
　　　PRINT "50+30"
　　　END

　結果は図5_3のようになります。１行目のPRINT命令のオペランドの内容は 50+30 の計算結果ですが、２行目は " で囲まれているため「ご、ゼロ、たす、さん、ゼロ」というストリングとみなされていることがわかります。


図5_3. "　"で囲むと計算式とはみなされない
　ところで、大変細かいことなのですが、お気づきになったでしょうか。PRINT命令での表示のとき、ストリングは普通に（左詰めで）表示されますが、数値の場合は最上桁の左側に半角１文字分のスペースが空きます。これは本来正負を表す + 、 - の符合が入るところです。負の数の場合は - （マイナス）が表示されますが、正の数の場合、 + （プラス）は省略されます。トライアルコード（３和音）では、マイナーコードを表す小文字のｍは書かれるけれど、メジャーコードを表す大文字のＭは普通は省略されるというのと似ています（筆者の本業は・・・ええい、しつこい！）

図5_4.メジャーコード（左）とマイナーコード（右）

「変数にストリングを代入する」

次のプログラムを実行すると、図5_5のようになります。「誰か」の部分はご自分の名前でも好きな人の名前でもなんでもけっこうです。
　　　A$="誰か"
　　　B$="さん、こんにちは"
　　　C$=A$+B$
　　　PRINT C$
　　　END


図5_5.実行結果
　プログラム１、２行目の代入文を見てください。ストリングはこのように変数に代入することもできます。ストリングを入れる変数は変数名の後ろに半角の $ （ダラー、またはドルマーク）を付けます。
３行目ですが「えっ？文字と文字のたし算って？」と思われた方もいらっしゃると思います。これはたし算ではなく、ストリングの連結です。このサンプルの場合、A$に入っているストリングの後ろに変数B$に入っているストリングが連結されそれが変数C$に代入されます。

「PRINT命令の使い方いろいろ」

　今度は少し長く面倒ですが、次のプログラムを実行してみましょう。 ; （セミコロン）と , （カンマ）を入れ間違えないように気をつけてください。
　　　A$="誰か"
　　　B$="さん、こんにちは"
　　　D$=DATE$
　　　PRINT A$;B$,"今日は";D$;"です"
　　　PRINT
　　　PRINT "今日もお仕事がんばってください"
　　　END
　３行目に出てきたDATE$は、画面に美少女が現れてデートしてくれる・・・わけではなく（冷汗）、今日の日付です（現在のパソコンは、筆者の知る限りすべての機種で内部にカレンダー・時計機能を持っています）。DATE$はコンピュータが管理している日付を引っ張り出してくる（多くのプログラミング言語のマニュアルでは「与える」という言い方をします）関数です。Windows10＋Tiny BASICの場合、日付は西暦４桁/月２桁/日２桁になります。DATE$は $ が付いているので想像つくと思いますが、日付をストリングで与えますから、３行目のように $ の付いた変数に代入して使うことが可能です。
　このプログラムを実行するとこのようになります。PRINT命令は続くオペランドの中に式（表示するもの）が複数入っていてもよいのですが、その区切りを ; にすると続けて表示、 , にすると少し間隔を空けて表示します。またオペランドが全くないPRINTだけだと改行のみ行ないます。１行空けるときなどに使います。


図5_5.実行結果

［この章のまとめ]

画面に文字を表示するには表示したい文字を " で囲む

"　　"で囲まれたものを文字列、文字リテラル、ストリングという

変数名に $ を付けた変数にはストリングが代入できる

PRINT命令で数値を表示すると最上桁の左に正負の符合が入る半角１つのスペースが空く

PRINT命令で複数の式を表示させるとき、区切りを ; にすると続けて表示、 , にすると少し間隔を空けての表示となる。オペランドが何もないと改行のみ行なう

DATE$はコンピュータが管理している日付をストリングで与える関数である

　前章で作ったプログラムはこうなっていました。
　　　A=10
　　　B=6
　　　S=A*H/2
　　　PRINT S
　　　END

　このプログラムは変数Ａを底辺、Ｈを高さとしたときの三角形の面積Ｓを求めるものでした。そこでＡを10、Ｈを６として計算したわけですが（下線部）、もしＡに７、Ｈに４を代入すれば今度は底辺が７、高さが４の三角形の面積が求められます。異なる底辺、高さで計算したいときは代入文（下線部）を変更すればいいわけです。これでも一応変数を使う意味はあるのですが、底辺と高さの値が変わる度に代入文を修正する必要があり少々不便です。ということで、このブログラムを使い勝手が良くなるように改造します。


［前に作ったプログラムを修正する］

　では前章で作ったプログラムを次のように改造します。下線部が変更する部分です。
　　INPUT A
　　INPUT H
　　S=A*H/2
　　PRINT S
　　END
　この程度の長さのプログラムなら始めから全部作り直してもいいのですが、今後もっと長いプログラムを作るようになったとき、あるいは一度作ったプログラムにミスがあって修正する必要が出てきたというような場合のことを考え、ここでは前章で作ったプログラムを呼び出して（パソコンに向かって「おーい、プログラム出てこーい」と叫ぶのではありません。既存のプログラムやドキュメントを開いて再利用できるようにすることです。プログラミングの世界ではほかに「関数の呼び出し」のような使われ方をします）、編集し再び保存という方法を覚えましょう。
　前に作ったプログラムを呼び出すには、編集画面から「プログラム」→「開く」と進みます（図4_1）。




図4_1.既存のプログラムを呼び出す
　すると前章で作った ex1.tbt というプログラムが表示されるので、これをクリックして「開く」をクリックするか、ex1.tbt をダブルクリックします。これもWord、Excelを使ったことのある方にはおなじみの方法です。

図4_2.呼び出したいプログラムを選ぶ
　呼び出しが成功すると、ex1.tbt のプログラムが編集画面に出てきますから、最初の２行を図4_3のように修正します。カーソルを直したいところにもっていって直します。Wordやメモ帳と同じです。修正では新規作成と違って、１行修正するごとに【ENTER】を押す必要はありません（【ENTER】を押すとそこで改行します）。

図4_3.このように修正する
　修正が終わったら、実行してみてもいいのかと思われそうですが、実行前に保存はプログラム修正時も同じです。今やった編集作業はあくまでコンピュータの主記憶装置の中だけで行われたことであり、保存されているプログラムが自動的に直っているわけではないからです。修正したプログラムの保存は編集画面上の「プログラム」から「上書き保存」です（図4_4）。


図4_4.修正したプログラムの保存
　保存が終わったら実行してみましょう。編集画面上部の「即実行」をクリックしてください。実行するとすぐに図4_5になると思います。これはキーボードからの入力待ちです。入力窓に15と入れて「OK」をクリックしてください。するともうひとつ入力窓が現れます（図4-6）。今度は10と入れてみましょう。「OK」を押すと実行画面に底辺15、高さ10の三角形の面積75が表示されます（図4-7）。

図4_5.修正したプログラムを実行


図4_6.キーボードからの入力待ち


図4_7.実行結果



［データをキーボードから入力する］

　このプログラムを実行すると途中でオペレータ（コンピュータを操作している人とお考えください）がキーボードからデータを入力するのを待つために一時停止します。INPUTはキーボードから入力された内容を、後に続く変数に読み込む（代入）する命令です。そしてこれが実行されるとプログラムはキーボードから何かデータが入ってくるまで実行をいったん停止します。

　INPUT命令を使う最大の利点は、異なるデータで同じ処理を行いたい場合、いちいちプログラムを書き換えないで済むことです。現段階ではまだこのありがたみは実感できないと思いますが、この後に出てくるサンプルプログラムを見ていただければ「なるほどな」と納得していただけると思います。

［順次処理］

　図4_3と図4_7をもう一度見てください。プログラムは最初のステートメントから順番に実行されていることがおわかりいだけると思います。コンピュータのプログラムは基本的には体育祭や演奏会のプログラムと同じです。図4_8は演奏会のプログラムの例です（しつこいようですが筆者の本業はピアノの先生です）。演奏会では普通、会場入口でお客様に差し上げたプログラムのとおりに最後まで演奏されます。この場合ならベートーヴェン、ショパン、ドビュッシーの順に演奏されて終わりです（アンコールで何かもう１曲演奏されることはありますが）。よほどの事態が発生しない限り、ベートーヴェンとショパンの演奏順が入れ替わったり、ドビュッシーまで終わったところで、もう一度ベートーヴェンに戻って最初から、ということは起こりません。コンピュータのプログラムも同じで、通常は最初のステートメントから終わりに向かって順番に実行されてゆきます。このような処理を順次処理といいます。コンピュータのプログラムは同じ処理を一定回数繰り返し実行したり、条件によって処理内容を変えたりすることができるのですが、その場合でも基本は順次処理です。


図4_8.演奏会のプログラムの例
　ここまでで覚えたプログラムの作成、保存、プログラムの修正、プログラムの実行で、Tiny BASICを使うにあたって必要最小限の操作はひととおり終わりました。Tiny BASICにはプログラム開発に便利な機能がまだまだたくさんありますが、当カテゴリーの実習ではこれだけ覚えておけば充分です。今後は「保存しましょう」「プログラムから開くを選び～」などは言いません。ここまでの操作に不安がある方は前章までを読み返し、操作に習熟しておいてください。

［この章のまとめ］

一度作ったプログラムは修正・変更が可能である

修正したプログラムは再び保存する必要がある

INPUT命令
　キーボードから入力された内容を、後に続く変数に読み込む（代入する）

順次処理
　プログラムは通常、最初のステートメントから終わりに向かって順番に実行される

【演習２】キーボードからたて、よこの長さを入力し長方形の面積を求めるプログラムを作りなさい