Music and Railway

　不定回の繰り返し処理のやり方はおわかりいただけたでしょうか。この章ではさらに「条件によって処理内容を変える」という方法を学びます。コンピュータの最もコンピュータらしい部分で、これができるゆえに、筆者が小学生だった昭和40年頃は、コンピュータは「人工頭脳」と呼ばれたりしたものでした。今でも中国語では「電脳」といい、日本でも電脳少女など、ホビーの世界ではこの言い方が使われてますね。
　話を本題に戻します。回数が決まってないとはいえ、データの件数が無限ということはそうそうあることではありません。テストの平均点を求めるプログラムなら受験者の点数すべて入力し終わったらループは終了で、平均の計算に移ります。では、何人受験したかわからない学力テストの平均点を求めるプログラムで「ここでデータ入力終わり」ということをどうやってプログラムに知らせたらよいでしょう。これにはいくつかの方法がありますが、よく使われる方法は、「あり得ないデータ」が入ってきたところでループから抜けるというものです。たとえば


１）テストの点数は０点～100点の範囲である
２）点数に999が入力されたらデータ入力のループを抜ける
３）児童の出席番号（または受験番号）は１、２、３、・・・、Ｎとなっていて欠番はないものとする。

という前提で、不定回数の繰り返し処理によるテストの平均を求めるアルゴリズムを考えてみます。基本的な流れは次のようになります。


図10_1.受験者人数が一定でない学力テストの平均点を求める
　上の図で、入力された点数が（たとえば）75のときと999のときでは処理の流れがどう変わるかを辿ってみてください。このアルゴリズムをTiny BASICでコーディング（プログラミング言語を使って実際にプログラムを作成すること）すると次のようになります。

　 　 1: PRINT "***テストの平均点***"
　 　 2: GOKEI=0
　 　 3: NINZU=0
　 　 4: BANGO=0
　 　 5: TENSU=-1
　 　 6: WHILE TENSU<>999
　 　 7: 　　BANGO=BANGO+1
　 　 8: 　　PRINT BANGO;"番";
　 　 9: 　　INPUT "点数（999=END）",TENSU
　　 10: 　　IF TENSU<>999 THEN
　　 11: 　　　　GOKEI=GOKEI+TENSU
　　 12: 　　　　NINZU=NINZU+1
　　 13: 　　END IF
　　 14: WEND
　　 15: HEIKIN=GOKEI/NINZU
　　 16: PRINT "平均点は";HEIKIN
　　 17: END
　１～３行目はもう説明不要ですね。
　４行目の変数BANGOは出席番号です。え？これ、NINZUを使えばいいんじゃない？と思われる方もいると思いますが、それはあまり感心しません。今ここでは番号の欠番はないものとしていますが、たとえば学校の場合、転校などによっていなくなった児童がいたりします。筆者の知る限りではこういうときその児童の出席番号は欠番となります（学年が変わってクラス替えがない限り１つずつ出席番号が前へずれるということはありません）。塾・予備校などの学力テストなら受験申し込みはしたものの受験はしなかったという児童・生徒がいるかもしれません。そういうとき、データ件数の値と出席番号（受験番号）の値が一致しなくなることは容易に想像がつきます。そのようなことにも対処できるようなプログラムにするにはデータ件数と出席番号は別々の変数にした方が後でプログラムの修正が楽になります。
　実際プロのプログラマが作ったプログラムを拝見すると後から機能の追加の要求がきたり、処理内容の一部に変更があってプログラムを修正（メンテナンス）する必要が出てきたときのことを想定して書かれていることがうかがえます。
　５行目はループに入るために、その条件となる変数TENSUに「得点の範囲外でループ終了条件とも違う値」を代入しています。WHILEの後ろの条件はループ実行条件であることを思い出してください。
　７～９行目、これで点数入力のループに入ったのですから出席番号を +1 して、点数入力です。
　10行目がこの章の主役、IF文です。ここでは「変数TENSUの値が999でないときはTHEN以下の処理をせよ」ということになります。どこまでかを示すのが13行目にあるEND IFです（詳細は次節で）。
　繰り返し処理はここまでなので14行目にはWENDがあり、６行目のループ実行判定に戻ります。もし今、入力した内容がループ終了条件の999だったら、11～12行目の処理は行なわずに６行目に戻ってくることになります。ここでTENSUの値は999ですから、ループ実行条件は成立せず（ループ終了条件が成立し）、15行目以下に飛びます。平均を計算し、表示してプログラムは終わります。

［IF ～ END IF制御文］

　このプログラム中に IF～END IFというのが出てきます。勘の良い方なら「ん？この構文は？FOR ～ NEXTやWHILE ～ WENDのように条件によってプログラムの実行順序を変える制御文かな？」と思ったことでしょう。その通りです。ただ、IF ～ END IFは繰り返し処理というより、条件によって処理内容が変わる選択処理に向いている制御文です。プログラミング言語によっては判断・分岐命令と呼ばれることもあります。IF ～ END IF制御文の使い方の基本はこうなります。
　　IF 条件式 THEN
　　　　条件式が成立したときに実行される命令
　　ELSE
　　　　条件式が成立しなかったときに実行される命令
　　END IF
ここで、条件が成立しなかった時に行なう処理が何もなければ、ELSE以下、END IFの手前までは省略できます（上のサンプルプログラムがそうです）。
さらに条件を細かく分けたいときには、このような使い方もできます。
　　IF 条件式１ THEN
　　　　条件式１が成立したときに実行される命令
　　ELSEIF 条件式２ THEN
　　　　条件式１が成立しないが、条件式２は成立したときに実行される命令
　　ELSE
　　　　条件式１も条件式２も成立しなかったときに実行される命令
　　END IF

　これは少々わかりにくいと思いますので、実例でみてみましょう。次のプログラムでは入力された値が1か2か、それ以外かによって、処理の内容が変わっています。
　　　　PRINT "サービスデーのご案内"
　　　　INPUT "お客様の性別は 1.男性 2.女性",SEI
　　　　IF SEI=1 THEN
　　　　　　PRINT "毎週火曜日は男性のお客様は￥1000で食べ放題"
　　　　ELSEIF SEI=2 THEN
　　　　　　　　　PRINT "毎週木曜日は女性のお客様は￥1000で食べ放題"
　　　　ELSE
　　　　PRINT "毎週水曜日は￥1000で食べ放題"
　　　　END IF
　　　　PRINT
　　　　PRINT "焼肉　〇〇"
　　　　END
入力内容が1か2か、それ以外かで処理の流れがどのようになるか（この例では画面に表示される内容）、考えてみてください。実行結果は次のようになります。


条件によって処理内容が選択される
　こんな焼肉屋さんがあったら、火・水曜日はいつもここで夕食ですなぁ(^ ^;

［この章のまとめ］

条件によって処理内容が変わる処理を選択処理という。

Tiny BASICでは選択処理に向いている制御文はIF ～ END IF制御文である。基本的な書き方は

　　IF 条件式 THEN
　　　　条件式が成立したときの処理内容
　　END IF

である。さらに条件を細かく分けたいときは
　　IF 条件式１ THEN
　　　　条件式１が成立したときの処理内容
　　ELSEIF 条件式２ THEN
　　　　条件式１は成立しないが、条件式２が成立したときの処理内容
　　END IF

【演習６】ユーザー認証のプログラムを作ってみましょう。登録ユーザーは２人で、登録した名前で認証するものとします（ここでは変数で入れておくことにしておきます）。ユーザー名を入力し、登録ユーザー名のどちらかと一致すれば「〇〇（登録ユーザー名）さん、こんにちは」どちらとも一致しなければ「認証できませんでした」と表示するようにすること。このプログラムはいろいろな方法があるのですが、習熟のため、IF制御文を使うようにしましょう。

　2020年３月21日より、富山地方鉄道市内軌道線南北直通運転が開始された。これに伴い、富山ライトレールと富山地方鉄道が合併したため、富山～岩瀬浜間は何十年の時を経て、富山地鉄に帰ってきた。富山駅～岩瀬浜は富山港線の名称も復活した。



左：富山駅市内軌道線ホーム(南側)　右：富山駅市内軌道線ホーム（北側）


　南北直通で運転系統が大きく変わったのは岩瀬浜発の電車はすべて富山市中心部（南富山駅前、グランドプラザ前、富山大学前）に乗り入れること。富山ライトレール時代の富山駅北どまりがなくなった。



左：環状線を走るTLR0600形（ポートラム）　右：岩瀬浜駅まで乗り入れるT100形　

　また合併の際、（旧）富山ライトレールのTLR0600形電車はすべて地鉄が引き継いだ（７色の塗色とPORTRAMのロゴはそのまま）のと、地鉄のデ9000形、T100形は富山港線にも入るので、富山駅でポートラムの電車が来たから岩瀬浜行きだと思って乗ったら、富山大学前に連れて行かれた、という乗り間違いに注意を要する。そのせいかどうか、直通開始から１週間経った今も富山駅の市内軌道線のりばには案内係が数名配置されている。
尚、旧来からあるデ7000形とデ8000形は富山港線には乗り入れない。



左：デ7000形　右：デ8000形

　春休み中最後の日曜日、この５系統（岩瀬浜～富山大学前）を始発から終点まで乗り通してみた。岩瀬浜発11:46、富山港線内は単線のため、途中、荻浦小学校前（旧大広田）、城川原、淡島、奥田中学校前に交換設備がある。乗り入れ電車の本数が増えたためか、以前は平日日中、休日は城川原と奥中前でしか交換がなかったのが、今回、荻浦小前でも交換があった。乗った電車はT100形（通称サントラム）だった。この電車は今まで南富山～富山駅～大学前でしか乗ったことも見たこともなかった。この区間は全線併用軌道なのでスビードは出しても30km/hくらい、のんびりのんびり走るチンチン電車という感じだったのが富山港線（ほとんどが鉄道線）ではガチで走る。いやはや、こんなスピードが出る車両だったのか！



↑画像をクリックすると動画で見られます

　富山大学前（旧大学前）着11:23、岩瀬浜からの所要時間は約40分。子供やお年寄りは全区間乗るなら、乗車前にトイレは済ませておいた方がいいかもしれない。
　ちょっと研究室に寄って、今度は富山大学前から丸の内まで乗車、ここで環状線廻りの岩瀬浜行きに乗車、岩瀬浜まで、乗った電車はTLR0600形、残念ながら赤ではなかった。富山ライトレールが開業した当時、沿線の高校の女子生徒の間で「赤ポートラムに乗れた日に告白すると両想いになれる」というのがあった。学校によりいろいろなバリエーションがあったようだ。今日は６系統の運用に赤ポートラムが入っているのは、来るときに確認しているが、まぁ、今さら両想いになりたい相手などいないので、来た電車に乗った。

　ところで、この６系統は岩瀬浜～富山駅～環状線～富山駅～岩瀬浜という運転である。環状線は丸の内からはグランドプラザ前～荒町～富山駅という一方向しか走らない。するとこの電車は再び富山港線に入るとき編成が逆になる？（鉄道に詳しくない方のために解説すると、鉄道は車両の編成が本来と逆の列車を走らせると信号など安全運転の設備が正しく作動しなくなるか破損してしまう）。まさか鉄道線の中をＡＴＳ切って走るの？おっかねぇ～。もしかして電鉄富山駅エスタ前出てすぐのところに今でも残っている旧線（上図赤で示した区間）を使って方向変換するの？結果、富山駅から先、逆向きのまま岩瀬浜まで走りました。終点に着いて、運転士さんにきいてみたところ、「逆向きでも問題なく走れるように出来ている」とのことでした。よく考えるとTLR0600、デ9000は見た目が２両編成(T100だと３両編成)に見えますが、あれは１両の電車が真ん中でグニャグニャ動く構造なだけで、正確には単行なんですね。そりゃ、信号機から見れば１両の電車が行ったり来たりするだけなわけだ。と納得したところで帰路につきました（車は岩瀬浜駅のパークアンドライド駐車場に停めていました）。



　

　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