Pythonでリストを使った数学的計算の方法をわかりやすく解説

Pythonのリストは、単に複数の値をまとめて保持するためだけのものではありません。リストに格納したデータを活用して、さまざまな数学的な計算や演算を実行することもできます。この記事では、代表的な数値処理の例をいくつか紹介します。

例1：math.floor()で数値を切り捨てる

mathモジュールのfloor()関数を使うと、小数点以下を切り捨てた整数値を取得できます。

import math

data = 21.6
print('21.6の切り捨て結果:', math.floor(data))

実行結果

21.6の切り捨て結果: 21

リストの加重平均を計算する方法

加重平均は、「各値 × 重み」の合計を「重みの合計」で割ることで求められます。zip()関数を使えば、コストと重みの2つのリストを簡潔に組み合わせて処理できます。

例2

cost = [23, 10, 5, 32, 41]
weight = [10, 20, 30, 40, 50]

# 各要素に重みを掛けて合計し、重みの総和で割る
weighted_avg = sum(c * w for c, w in zip(cost, weight)) / sum(weight)

print('加重平均:', weighted_avg)

実行結果

加重平均: 26.066666666666666

例3：角度から三角関数の値を求める

radians()関数で度数法の角度をラジアンに変換すれば、sin()・cos()・tan()といった三角関数にそのまま渡して計算できます。

import math

degree = 180
radian = math.radians(degree)

print('与えられた角度（ラジアン）:', radian)
print('sin(x):', math.sin(radian))
print('cos(x):', math.cos(radian))
print('tan(x):', math.tan(radian))

実行結果

与えられた角度（ラジアン）: 3.141592653589793
sin(x): 1.2246467991473532e-16
cos(x): -1.0
tan(x): -1.2246467991473532e-16

180度（πラジアン）におけるsinとtanが「1.22e-16」という極めて小さい値になるのは、浮動小数点数特有の丸め誤差によるものです。数学的には sin(π) = 0 ですが、コンピュータ上では厳密な0にはならない点に注意してください。

主なPythonの数学関数（mathモジュール）

• ceil(x)：x以上の最小の整数値を返す
• copysign(x, y)：yの符号を付けたxを返す
• fabs(x)：xの絶対値を返す
• factorial(x)：xの階乗を返す
• floor(x)：x以下の最大の整数値を返す
• fmod(x, y)：xをyで割った余りを返す
• frexp(x)：xの仮数部と指数部をペア（m, e）として返す
• fsum(iterable)：イテラブル内の値の正確な浮動小数点の合計を返す
• isfinite(x)：xが無限大でもNaN（非数）でもない場合にTrueを返す
• isinf(x)：xが正または負の無限大の場合にTrueを返す
• isnan(x)：xがNaNの場合にTrueを返す
• ldexp(x, i)：x * (2**i) を返す
• modf(x)：xの小数部と整数部を返す
• trunc(x)：xの小数部を切り捨てた整数値を返す
• exp(x)：e**x を返す
• expm1(x)：e**x - 1 を返す
• log(x[, base])：指定した底（デフォルトはe）に対するxの対数を返す
• log1p(x)：1+x の自然対数を返す
• log2(x)：底2のxの対数を返す