Perl入学式 in 東京 秋開講 第2回 ピザ会でのお題「コラッツの問題」
Perl入学式 in 東京では各回の講義終了後にピザ会（ピザ＆ジュース代は参加者負担）を開催しており、そこでサポーター・受講者さんと雑談などをしております。
サポーター含め参加者が抱えているプログラムの問題や、詰まってしまったところを相談したり、エディタやGitの使い方、PerlとExcelなど他のツール・ソフトの連携方法、業界の動向について話したりしています。全体的にゆるーい雰囲気です。
その中で、id:xtetsuji さんが課題が出し、志願者がコードを書いてその場で発表、という試みを行っています。
今回のお題：コラッツの問題
xtetsujiさんからのお題ですが、今回は「コラッツの問題」でした。コラッツ・・・聞いたことないですね・・・コラッタの仲間かな？来年ねずみ年だし・・・
コラッツの問題は、「任意の正の整数 n をとり、
n が偶数の場合、n を 2 で割る n が奇数の場合、n に 3 をかけて 1 を足すという操作を繰り返すと、どうなるか」というものである。
ねずみ関係なかった。
このコラッツの問題を 1, 2, 3, 4, 5 ・・・ と与える数字を変えていき、どのような経緯で数値が変わっていくかを出して欲しい、というものでした。
コラッツの問題を解くには・・・？
この問題は今回学習した、「繰り返し」と「条件分岐」に「四則演算」で解くことができますが、それだけではちょっと足りません。
例えば、n = 5 とすると以下のような経緯を経て1になります。
5: 16 -> 8 -> 4 -> 2 -> 1 -> end
n = 7 の場合にはこう。
7: 22 -> 11 -> 34 -> 17 -> 52 -> 26 -> 13 -> 40 -> 20 -> 10 -> 5 -> 16 -> 8 -> 4 -> 2 -> 1 -> end
つまり、与える数によって繰り返しの数が異なります。繰り返しの数が読めない場合、ちょっとした工夫が必要です。
それは、特定の条件の時に繰り返しを終わらせる last です。
繰り返し を抜ける last
これは Hello world! を10回表示するスクリプトです。
for ( 1 .. 10 ) { print "Hello world!\n"; }
これに1行加えます。
for ( 1 .. 10 ) { print "Hello world!\n"; last; }
このようにすると、Hello world!は1回のみ表示されます。処理が last に到達すると、その繰り返しから抜けると動きとなります。
コラッツの問題、何回ループするかは分からないので、とりあえず10000回くらいにしておきます。
lastを使う条件は n = 1 になった時です。
#!/usr/bin/env perl use strict; use warnings; print "input number > "; my $input_num = <STDIN>; chomp $input_num; print "$input_num: "; for ( 0 .. 10000 ) { if ( $input_num == 1 ) { print "end\n"; last; } elsif ( $input_num % 2 == 0 ) { # n が偶数の場合、n を 2 で割る $input_num = $input_num / 2; } else { # n が奇数の場合、n に 3 をかけて 1 を足す $input_num = $input_num * 3 + 1; } print $input_num . " -> "; }
last のようにループ内で使える関数は next や redo があります。
回数を指定しないループ、無限ループ
先ほどの解き方だと、10000回の繰り返しで終わらなかった時には途中で終わってしまいます。
このように、繰り返しの回数が分からない場合には while を使います。Perl入学式のテキストでは「落ち穂拾い」として掲載しています。
while を使う時には無限ループにならないよう、ループを終わらせる処理を入れることが必要です。last ですね。
もし、処理を書き間違えて無限ループになってしまったら、Ctrl（Control）キーを押しながらCを押すことで強制的に止めることが可能です。
コラッツの問題のwhile版です。
#!/usr/bin/env perl use strict; use warnings; print "input number > "; my $input_num = <STDIN>; chomp $input_num; print "$input_num: "; while (1) { if ( $input_num == 1 ) { print "end\n"; last; } elsif ( $input_num % 2 == 0 ) { # n が偶数の場合、n を 2 で割る $input_num = $input_num / 2; } else { # n が奇数の場合、n に 3 をかけて 1 を足す $input_num = $input_num * 3 + 1; } print $input_num . " -> "; }
繰り返しを繰り返す
さて、当初のレギュレーションでは与える数が変わっていく・・・というものでした。
今回はループの中にループを作る「二重ループ」で実現してみました。このような二重ループは「入れ子構造」「ネスト構造」などとも呼ばれます。
#!/usr/bin/env perl use strict; use warnings; for my $number ( 1 .. 10 ) { print "$number: "; while (1) { if ( $number == 1 ) { print "end\n"; last; } elsif ( $number % 2 == 0 ) { # n が偶数の場合、n を 2 で割る $number = $number / 2; } else { # n が奇数の場合、n に 3 をかけて 1 を足す $number = $number * 3 + 1; } print $number . " -> "; } }
1: end 2: 1 -> end 3: 10 -> 5 -> 16 -> 8 -> 4 -> 2 -> 1 -> end 4: 2 -> 1 -> end 5: 16 -> 8 -> 4 -> 2 -> 1 -> end 6: 3 -> 10 -> 5 -> 16 -> 8 -> 4 -> 2 -> 1 -> end 7: 22 -> 11 -> 34 -> 17 -> 52 -> 26 -> 13 -> 40 -> 20 -> 10 -> 5 -> 16 -> 8 -> 4 -> 2 -> 1 -> end 8: 4 -> 2 -> 1 -> end 9: 28 -> 14 -> 7 -> 22 -> 11 -> 34 -> 17 -> 52 -> 26 -> 13 -> 40 -> 20 -> 10 -> 5 -> 16 -> 8 -> 4 -> 2 -> 1 -> end 10: 5 -> 16 -> 8 -> 4 -> 2 -> 1 -> end
二重ループについては、掛け算の「九九の表」をスクリプトで再現してみる、ってのも良いかもしれません。
Perl入学式の第2回までの範囲で書いてみるとこんな感じですかね。
スペースの扱いをもっとスマートにしたい！という人は printf 関数に挑戦してみると良いと思います。
#!/usr/bin/env perl use strict; use warnings; print ' 1 2 3 4 5 6 7 8 9' . "\n"; for my $tate (1 .. 9){ print "$tate:"; for my $yoko ( 1 .. 9){ if ($tate * $yoko < 10){ print ' ' . $tate * $yoko; }else{ print ' ' . $tate * $yoko; } } print "\n"; }
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 2: 2 4 6 8 10 12 14 16 18 3: 3 6 9 12 15 18 21 24 27 4: 4 8 12 16 20 24 28 32 36 5: 5 10 15 20 25 30 35 40 45 6: 6 12 18 24 30 36 42 48 54 7: 7 14 21 28 35 42 49 56 63 8: 8 16 24 32 40 48 56 64 72 9: 9 18 27 36 45 54 63 72 81
