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標準ライブラリの基本（パート 1）

Python の最大の特徴の 1 つは「Batteries Included」です——すべての Python インストールに完全な標準ライブラリ一式が付属しています。このレッスンでは、最もよく使われる 4 つのモジュール——random、time、sys、os——をカバーします。それぞれの最も人気のある関数だけを学んでも、多くの実世界の問題を解決するのに役立ちます。

1. random — 乱数

PYTHON 
import random

# ランダムな浮動小数点数 [0, 1)
print(random.random())              # 0.3745...

# ランダムな整数 [a, b]（両端含む）
print(random.randint(1, 10))        # 1 から 10 の間のランダムな整数

# ランダムな選択
fruits = ["apple", "banana", "orange", "grape"]
print(random.choice(fruits))        # ランダムに 1 つ選ぶ

# ランダムなサンプル（非復元抽出）
print(random.sample(fruits, 2))     # ランダムに 2 つ選ぶ

# 順序をシャッフル
cards = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]
random.shuffle(cards)
print(cards)                        # 順序がシャッフルされる

例：抽選プログラム（難易度 ⭐）

PYTHON 
import random

# 抽選プール
participants = ["Alice", "Bob", "Charlie", "Diana", "Eve",
                "Frank", "Grace", "Henry"]

# 1 等 — 1 名
first = random.choice(participants)
print(f"🎉 1st Prize: {first}")

# 2 等 — 2 名（1 等を除く）
remaining = [p for p in participants if p != first]
second = random.sample(remaining, 2)
print(f"🎊 2nd Prize: {' & '.join(second)}")

# 3 等 — 3 名
remaining = [p for p in remaining if p not in second]
third = random.sample(remaining, 3)
print(f"🎁 3rd Prize: {' & '.join(third)}")
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2. time — 時間処理

PYTHON 
import time

# 現在のタイムスタンプ（1970-01-01 からの秒数）
print(time.time())                  # 1758588800.123

# 実行を一時停止（秒）
print("Start")
time.sleep(1)                       # 1 秒停止
print("1 second later")

# 現在時刻のフォーマット
print(time.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S"))       # 2026-06-23 16:00:00

例：タイマー（難易度 ⭐）

PYTHON 
import time

def countdown(seconds):
    """カウントダウンタイマー"""
    while seconds > 0:
        print(f"\r⏱ {seconds} seconds left", end="")
        time.sleep(1)
        seconds -= 1
    print("\r⏰ Time's up!")

# コードの実行時間を計測
start = time.time()
total = sum(range(1000000))
end = time.time()
print(f"Execution time: {end - start:.4f} seconds")
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3. sys — システム操作

PYTHON 
import sys

# Python バージョン
print(sys.version)                  # 3.13.0 ...

# コマンドライン引数（python script.py a b c のとき）
print(sys.argv)                     # ['script.py', 'a', 'b', 'c']

# プログラムを終了
# sys.exit(0)                       # 正常終了

# 標準入力
# line = sys.stdin.readline()       # 1 行入力を受け付ける

例：コマンドライン電卓（難易度 ⭐⭐）

PYTHON 
import sys

def main():
    # 使い方：python calculator.py 3 + 5
    if len(sys.argv) != 4:
        print("Usage: python calculator.py num1 operator num2")
        print("Example: python calculator.py 3 + 5")
        return

    a = float(sys.argv[1])
    op = sys.argv[2]
    b = float(sys.argv[3])

    if op == "+":
        result = a + b
    elif op == "-":
        result = a - b
    elif op == "*":
        result = a * b
    elif op == "/":
        if b == 0:
            print("Error: cannot divide by zero")
            return
        result = a / b
    else:
        print(f"Unsupported operator: {op}")
        return

    print(f"{a} {op} {b} = {result}")

if __name__ == "__main__":
    main()
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4. os — オペレーティングシステム

PYTHON 
import os

# 現在の作業ディレクトリ
print(os.getcwd())                  # D:\project

# ディレクトリ変更
# os.chdir("/tmp")

# ディレクトリ内容を一覧
for item in os.listdir("."):
    print(item)

# ディレクトリ作成
# os.mkdir("new_folder")

# パスの確認
print(os.path.exists("test.txt"))   # True
print(os.path.isfile("test.txt"))   # True
print(os.path.isdir("data"))        # True

# パスを結合
path = os.path.join("data", "files", "test.txt")
print(path)                         # data/files/test.txt

例：バッチファイル名変更（難易度 ⭐⭐）

PYTHON 
import os

def batch_rename(directory, prefix):
    """ディレクトリ内のすべての .txt ファイルの名前を一括変更"""
    files = [f for f in os.listdir(directory) if f.endswith(".txt")]
    
    for i, filename in enumerate(files, 1):
        old_path = os.path.join(directory, filename)
        new_name = f"{prefix}_{i:03d}.txt"
        new_path = os.path.join(directory, new_name)
        os.rename(old_path, new_path)
        print(f"  {filename} → {new_name}")

print("Batch rename example (display only, not executed):")
print("Iterate all .txt files, rename to prefix_001.txt format")
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よくあるユースケース

❓ よくある質問

Q random は暗号学的に安全な乱数に適していますか？
A いいえ。random は PRNG（疑似乱数ジェネレータ）を使用しており、予測可能です。暗号学的に安全な乱数（パスワードやトークンの生成など）には、secrets モジュールを使用してください。
Q time.sleep() はプログラム全体をブロックします。非ブロッキングの遅延はどうすればよいですか？
A sleep() は現在のスレッドをブロックします。非ブロッキング遅延には、マルチスレッド化や asyncio のような非同期フレームワークを使用します。シンプルなシナリオでは sleep() で十分です。
Q os と pathlib はどちらを使うべきですか？
A Python 3.4+ では pathlib が推奨されます（よりオブジェクト指向で直感的）。ただし、os はより低レベルで包括的です。新しいプロジェクトでは pathlib を、低レベルのシステムコールには os を使用してください。

📖 まとめ

📝 練習問題

  1. 基本（難易度 ⭐）：1 から 100 までのランダムな整数を 10 個生成し、それらとその平均を出力するプログラムを書いてください。

  2. 中級（難易度 ⭐⭐）：パスワード生成関数 generate_password(length=8) を書いてください。大文字、小文字、数字を含むランダムなパスワードを作成します。ヒント：文字プールとして string.ascii_letters + string.digits を使用し、random.choice() で文字を選びます。

  3. 挑戦（難易度 ⭐⭐⭐）：「フォルダ統計ツール」を書いてください。ディレクトリパス（sys.argv で渡される）が与えられたとき、ファイルタイプ（拡張子）ごとのファイル数と合計サイズをカウントします。ヒント：反復に os.listdir()、拡張子に os.path.splitext()、ファイルサイズに os.path.getsize() を使用。

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