よんすう　さんすう: 4月 2021

自然数の2乗の和

を、上の式の右辺のように n 回の 2 乗と足し算で計算するプログラムを

Scratch, Python, Ruby, C で書いてみよう。

1. Scratch （スクラッチ）で書いたプログラム sumi^2.sb3を

　https://scratch.mit.edu/projects/520761496/
にアップした。

テキストに書き直すと、

　旗がクリックされたとき
　(n=) と聞いて待つ
　[n] を (答え) にする
　[s] を (0) にする
　[i] を (1) にする
　(n) 回繰り返す
　｜[s] を ((s) + ((i) * (i))) にする
　｜(2) 秒待つ
　｜[i] を (1) ずつ変える

このプログラム中の (2) 秒待つは動作の様子を観察するためのもので、
これを削除すると途中の計算の様子は見ることができず、
結果が一瞬にして表示される。

2. Python （パイソン）でのプログラム sumi^2.py

　n=int(input('n= '))
　s=0
　for i in range(1, n+1):
　 s=s+i*i
　print('s=',s)

1 行目の input('n= ') は n= を表示し、入力を待つ。
入力された数文字列を int 関数で整数に変換。
その結果を変数 n に格納する。

2 行目は和を蓄える変数 s を 0 に初期化。

3 行目の range(1, n+1) は 1 から n までの範囲を示し、
i を 1 から n まで変化させながら 4 行目の実行を繰り返す。

4 行目は i かける i、すなわち i の 2 乗を s に加え、
その結果を変数 s に蓄える。

5 行目は s= に続けて s の値を表示する。

以下は n= に 10 を入力したときの実行結果。

　$ python3 sumi^2.py
　n= 10
　s= 385

3. Ruby （ルビー）で書いたプログラム sumi^2.rb

　print "n= "
　n=gets.to_i
　s=0
　for i in 1..n do
　 s=s+i*i
　end
　printf("s=%d\n", s)

1 行目の print "n= " は n= を表示する。

2 行目の gets.to_i は gets で数文字列を受け取り、.to_i で整数に変換。
その結果を変数 n に格納する。

3 行目は和を蓄える変数 s を 0 に初期化。

4 行目の 1..n は 1 から n までの範囲を示し、
i を 1 から n まで変化させながら
do から 6 行目の end に挟まれた部分のプログラムの実行を繰り返す。

5 行目は i かける i、すなわち i の 2 乗を s に加え、
その結果を変数 s に蓄える。

6 行目の end は for で繰り返すプログラムの部分の末尾を示す。

7 行目は s= に続けて s の値を表示する。

以下は n= に 10 を入力したときの実行結果。

　$ ruby sumi^2.rb
　n= 10
　s=385

4. C で書いたプログラム sumi^2.c

　#include <stdio.h>
　int main(void)
　{
　  int n, i, s;
　  printf("n= ");
　  scanf("%d", &n);
　  s=0;
　  for (i=1; i<=n; i++){
　   s=s+i*i;
　  }
　  printf("s=%d\n", s);
　  return 0;
　}

#include <stdio.h> は標準入出力ライブラリのヘッダファイルを使うとの宣言で、
画面に出力する printf やキーボードから入力する scanf を用いるときに必要。

C のプログラムは main 関数が入り口の関数で、
スクラッチの旗に続くプログラムのようなもの。
関数とは、引数の値を受け取り、実行結果の値を返すものである。
int main(void) は引数が無し (void) で返す値が整数型 int であることをまず記述し、
その後ろの { から } までの部分に関数の本体の記述が続く。

int n, i, s; は整数型の変数 n, i, s を用いることを宣言。

printf("n= "); で、画面上に文字列 n= (= の後ろには空白文字）を表示する。

scanf("%d", &n); で、キーボード（詳しくは標準入力装置）から

整数を変数 n に読み込む。

for (i=1; i<=n; i++) { は、変数 i を 1 から n 以下の間、i を 1 づつ増加させながら、
{ と } に挟まれた部分のプログラムを繰り返し実行する。

s=s+i*i; で、変数 s の値に i の2乗を加えたものを s に格納する。

繰り返しが終わったら printf("s=%d\n", s); で
s= の文字列に続き、変数 s の値を整数として表示し、改行する。
\n は改行を表す。

return 0; で main 関数の値 0 を返して終了する。
0 はプログラムが正常終了したことを表す。

Cのプログラムを実行するには、コンパイルが必要である。
gcc などのコンパイラでコンパイル（プログラムを実行ファイルに翻訳）する。

$ gcc sumi^2.c

プログラムに問題がなければ a.out という実行ファイルが生成される。
これを以下のように実行する。

　$ ./a.out
　n= 10
　s=385