Pythonで不変（イミュータブル）なベクトルを表現する方法

Pythonで不変（イミュータブル）なベクトルを表現したい場合は、タプルを使うのが最もシンプルで一般的な方法です。タプルはリストとよく似たデータ構造ですが、一度作成すると要素の変更・追加・削除が一切できません。この「変更不可」という性質により、誤って値が書き換えられる心配がなく、順序も確実に保持されます。また、リストと比べて一般に処理速度が速く、メモリ効率にも優れています。

タプルでベクトルを作成する例

myVec = (10, 15, 21)

このように、値をカンマで区切って丸括弧で囲むだけで、不変のベクトルとして扱えます。

要素を変更しようとするとエラーになる

myVec[0] = 10

上記のようにインデックスを指定して代入しようとすると、次のようなエラーが発生します。

TypeError: 'tuple' object does not support item assignment

これはタプルがイミュータブル（変更不可）であるためで、まさに「不変のベクトル」として期待どおりに動作している証拠です。

不変ベクトルを使うメリット

• 安全性： 関数の引数などに渡しても、呼び出し先で意図せず書き換えられることがありません。
• ハッシュ化可能： 辞書のキーやセットの要素として利用できます（リストは不可）。
• パフォーマンス： リストより軽量で、生成やアクセスが高速です。

応用：成分に名前を付けたい場合は namedtuple

各成分に x・y・z のような名前を持たせて可読性を高めたい場合は、標準ライブラリの collections.namedtuple が便利です。こちらもイミュータブルなので、不変ベクトルとして安全に使えます。

from collections import namedtuple

Vector = namedtuple('Vector', ['x', 'y', 'z'])
v = Vector(10, 15, 21)

print(v.x)  # 10
print(v.y)  # 15

このように、単純なタプルから始めて、必要に応じて namedtuple へ拡張することで、安全かつ読みやすい不変ベクトルを実装できます。