4 条件判断（Control structures）

4.1 条件判断とは？

プログラミングでは、ある条件のときはこの処理、別の条件のときはこの処理…、といった具合に、条件によって行う処理を変えたいことがよくあります。例えば、じゃんけんでは出した手の条件によって勝ち・負け・引き分けという3つの処理を行うことになります。このように、条件によって処理を変えることを、条件判断と呼びます。

4.2 条件と論理型（logical）

条件として用いられるのは、論理型（logical）です。論理型はTRUE（真）とFALSE（偽）の2つの値を持ちます。論理型はそれそのものを用いる場合と、比較演算子の演算結果として得る場合があります。Rでは、TRUEをT、FALSEをFと表記することができます。

論理型

TRUE
## [1] TRUE

FALSE
## [1] FALSE

T
## [1] TRUE

F
## [1] FALSE

c(T, F, T, F) # logicalはベクターにもできる
## [1]  TRUE FALSE  TRUE FALSE

1 < 3 # 3は1より大きいのでTRUE
## [1] TRUE

1 > 3 # 1は3より大きくないのでFALSE
## [1] FALSE

4.3 数値としての論理型

論理型は、Rの内部では数字として取り扱われています。RではTRUEは1、FALSEは0と同一です。ですので、ベクター中のTRUEの数を足し算で計算することができます。また、0以外がTRUE、0がFALSEとして扱われる場合もあります。条件判断では0をFALSEとして用いる場合もあります。

数値としての真偽値

T + T + F # 足し算すると2が返ってくる
## [1] 2

vec <- c(T, T, F, T, F, T, F)
sum(vec) # sumはベクターの要素を足し算する関数
## [1] 4

他言語でのTRUEとFALSEの数値変換

RではTRUEが1、FALSEが0ですが、他の言語ではFALSEが-1のものもあります。言語によりTRUE/FALSEの仕様は異なります。

4.4 論理演算子

論理型は、論理演算子による計算に使うことができます。Rでの論理演算子は&、&&、|、||の4つです。このうち、&&と||は、ベクターの始めの値だけを評価するという特徴を持っています（Rのバージョン4.3以降ではベクターを比較するとエラーが出ます）。&&と||を用いるとプログラムが予想外の挙動を取ることがあるので、できるだけ&と|だけを用いたほうがよいでしょう。RにはNAND（否定論理積）、NOR（否定論理和）などを表す専用の論理演算子はありませんが、XOR（排他的論理和）を表す関数（xor関数）はあります。XORは2つの論理型に対し、どちらかがTRUEならTRUEを、両方がFALSEならFALSEを返す演算子です。

表1：Rで使える論理演算子
論理演算子	演算子の意味
&	論理積（AかつB）
&&	論理積（ベクターの始めの要素のみ評価）
\|	論理和（AまたはB）
\|\|	論理和（ベクターの始めの要素のみ評価）
!	否定演算子（真偽を反転）
xor	排他的論理和
any	いずれかが真の時に真を返す
all	すべてが真の時に真を返す

論理演算子による演算

logic1 <- c(T, F)
logic2 <- c(F, F)
logic1 & logic2 # & は論理積（AND）
## [1] FALSE FALSE

logic1 | logic2 # | は論理和（OR）
## [1]  TRUE FALSE

logic1 && logic2 # 1番目の項目同士のみを比較する
## Error in logic1 && logic2: 'length = 2' in coercion to 'logical(1)'

logic1 || logic2
## Error in logic1 || logic2: 'length = 2' in coercion to 'logical(1)'

xor(logic1, logic2) # 排他的論理和
## [1]  TRUE FALSE

any(logic1) # 片方がTRUEなのでTRUE
## [1] TRUE

all(logic1) # すべてがTRUEでは無いのでFALSE
## [1] FALSE

論理演算子として、!（エクスクラメーションマーク、否定演算子）も用いることができます。!は論理型の前に置くことで、論理型を反転（TRUEをFALSEに、FALSEをTRUEに）させます。

!による論理値の反転

!TRUE
## [1] FALSE
!FALSE
## [1] TRUE

!(1 < 3)
## [1] FALSE
!(1 > 3)
## [1] TRUE

4.5 条件分岐の文

上記のように、比較演算子や論理演算子を用いると、論理型を得ることができます。この論理型に従い、行う処理を変えるものを、条件分岐と呼びます。条件分岐では、条件分岐の文（Control structures）というものが用いられます。Rでは、条件分岐の文として、if文とswitch文の2つが設定されています。

表2：Rで使える条件分岐
条件分岐	条件分岐の形式
if文	if(条件式){TRUEのときの演算}else{FALSEのときの演算}
ifelse関数	ifelse(条件式, TRUEのときの演算, FALSEのときの演算)
switch文	switch(評価する値, 評価の既定値=既定値のときの演算)

4.5.1 if文

if文は最もシンプルな条件分岐の文です。if文では、条件式に従い、実行する処理が変わります。Rでのif文は、以下の形を取ります。

if(条件式){TRUEのときに実施する処理}

条件式をif()のカッコの中に書きます。if文は1行で書くこともできますし、複数行に渡って書くこともできます。複数行に処理を書くときには、中括弧（{}）を条件式の後に書き、中括弧の中に処理を書きます。

if文の使い方

if(TRUE) "Hello R" # 1行で書く場合（"Hello R"が返ってくる）
## [1] "Hello R"

if(FALSE) "Hello FALSE" # 条件式がFALSEなので、何も返ってこない

if(TRUE){ # 複数行で書く時には中括弧（{}）を用いる
  "Hello R"
}
## [1] "Hello R"

if(FALSE){"Hello FALSE"} # 1行のif文で中括弧を使ってもよい

if文の条件が0のときには、0がFALSEであると判断されて、処理が実行されません。一方で条件が0以外である場合には、TRUEであると判断されて処理が実行されます。if(0)とするとその処理が行われないので、Rではif(0)がコメントアウトに使われることもあります。

条件式が数値の時のif文

if(0){"0はFALSEなので、これは表示されません"}

if(-1){"-1はTRUE扱いなので、表示されます"}
## [1] "-1はTRUE扱いなので、表示されます"

if(-0.005){"0以外はTRUEとして処理されます"}
## [1] "0以外はTRUEとして処理されます"

4.5.1.1 if else文

if文ではさらに条件を分岐させることもできます。条件を追加する場合には、if文の後に、else if()を繋げます。else if()のカッコの中に2つ目の条件を書くことで、条件を分離させることができます。elseだけを書いて、if()の条件式をつけない場合には、どの条件にも合わない時に実行する処理になります。ですので、if else文は以下の形を取ります。

if(条件式1){
式1がTRUEのときの処理
}else if(条件式2){
式1がFALSE、式2がTRUEのときの処理
}else{
式1、2がFALSEのときの処理
}

if else文

x <- 2 # xは2

# xは2なので、2番目の処理が返ってくる
if(x == 1){ # =が1つだと代入になるのでエラーが出る
  "first"
} else if(x == 2){
  "second"
} else {
  "others"
}
## [1] "second"

4.5.1.2 ifelse関数

条件分岐が2つしかない場合には、ifelse関数を用いることもできます。ifelse関数は3つの引数、「(条件式)、(TRUEのときの処理)、(FALSEのときの処理)」を取ります。条件が1つだけで、簡単な処理のみを行うのであればifelse関数で十分な場合もあります。

ifelse関数

# TRUEなので2番目の処理が返ってくる
ifelse(1 < 3, "One is smaller than three.", "One is not smaller than three.")
## [1] "One is smaller than three."

# FALSEなので3番目の処理が返ってくる
ifelse(1 > 3, "One is larger than three.", "One is not larger than three.") 
## [1] "One is not larger than three."

4.5.2 switch文

条件式ではなく、特定の値に対応して処理を変えたい場合には、switch文を用います。switch文では、始めの引数が条件を指定する値、それに続く引数が条件に対応した処理となります。条件を指定する値には、数値または文字列を用いることができます。条件が数値の場合と文字列の場合では、やや使い方が異なります。

switch文（条件が数値のとき）

# 条件が1のときは、2番目の引数の処理が返ってくる
switch(1, "first", "second", "third") 
## [1] "first"

# 条件が2のときは、3番目の引数の処理が返ってくる
switch(2, "first", "second", "third") 
## [1] "second"

# 条件が5のときは、6番目の引数の処理がないので何も返ってこない
switch(5, "first", "second", "third")

switch文（条件が文字列のとき）

# 条件式に対応したもの（=で繋いだもの）が返ってくる
switch("dog", dog = "犬", cat = "猫", monkey = "猿", pig = "豚")
## [1] "犬"

switch("monkey", dog = "犬", cat = "猫", monkey = "猿", pig = "豚")
## [1] "猿"

# horseは引数に登録していないので、何も返ってこない
switch("horse", dog = "犬", cat = "猫", monkey = "猿", pig = "豚")

ライブラリで設定されている条件分岐

インストールしたばかりのRでは、上記のif文、if else文、ifelse関数、switch文しか使えませんが、ライブラリというものを用いると、他の条件分岐（if_else関数やcase_which文、case_when文）などを用いることもできます。詳細については16章で説明します。

# 条件判断（Control structures） ```{r, setup, include=FALSE, echo=FALSE} knitr::opts_chunk$set( collapse = TRUE ) ``` ## 条件判断とは？プログラミングでは、ある条件のときはこの処理、別の条件のときはこの処理...、といった具合に、条件によって行う処理を変えたいことがよくあります。例えば、じゃんけんでは出した手の条件によって勝ち・負け・引き分けという3つの処理を行うことになります。このように、条件によって処理を変えることを、**条件判断**と呼びます。 ## 条件と論理型（logical）条件として用いられるのは、**論理型（logical）**です。論理型は`TRUE`（真）と`FALSE`（偽）の2つの値を持ちます。論理型はそれそのものを用いる場合と、比較演算子の演算結果として得る場合があります。Rでは、**`TRUE`を`T`、`FALSE`を`F`**と表記することができます。 ```{r, filename="論理型"} TRUE FALSE T F c(T, F, T, F) # logicalはベクターにもできる 1 < 3 # 3は1より大きいのでTRUE 1 > 3 # 1は3より大きくないのでFALSE ``` ## 数値としての論理型論理型は、Rの内部では数字として取り扱われています。Rでは**`TRUE`は`1`、`FALSE`は`0`**と同一です。ですので、ベクター中の`TRUE`の数を足し算で計算することができます。また、**`0`以外が`TRUE`、`0`が`FALSE`**として扱われる場合もあります。条件判断では`0`を`FALSE`として用いる場合もあります。 ```{r, filename="数値としての真偽値"} T + T + F # 足し算すると2が返ってくる vec <- c(T, T, F, T, F, T, F) sum(vec) # sumはベクターの要素を足し算する関数 ``` :::{.callout-tip collapse="true"} ## 他言語でのTRUEとFALSEの数値変換 RではTRUEが1、FALSEが0ですが、他の言語ではFALSEが-1のものもあります。言語によりTRUE/FALSEの仕様は異なります。 ::: ## 論理演算子論理型は、**論理演算子**による計算に使うことができます。Rでの論理演算子は**`&`、`&&`、`|`、`||`**の4つです。このうち、`&&`と`||`は、ベクターの**始めの値だけ**を評価するという特徴を持っています（Rのバージョン4.3以降ではベクターを比較するとエラーが出ます）。`&&`と`||`を用いるとプログラムが予想外の挙動を取ることがあるので、できるだけ`&`と`|`だけを用いたほうがよいでしょう。RにはNAND（否定論理積）、NOR（否定論理和）などを表す専用の論理演算子はありませんが、XOR（排他的論理和）を表す関数（`xor`関数）はあります。XORは2つの論理型に対し、どちらかがTRUEならTRUEを、両方がFALSEならFALSEを返す演算子です。 ```{r, filename="論理演算子", echo=FALSE} d <- data.frame( operator = c("&", "&&", "|", "||", "!", "xor","any", "all"), meaning = c("論理積（AかつB）", "論理積（ベクターの始めの要素のみ評価）", "論理和（AまたはB）", "論理和（ベクターの始めの要素のみ評価）", "否定演算子（真偽を反転）", "排他的論理和", "いずれかが真の時に真を返す", "すべてが真の時に真を返す") ) colnames(d) <- c("論理演算子", "演算子の意味") knitr::kable(d, caption="表1：Rで使える論理演算子") ``` ```{r, filename="論理演算子による演算", error=TRUE} logic1 <- c(T, F) logic2 <- c(F, F) logic1 & logic2 # & は論理積（AND） logic1 | logic2 # | は論理和（OR） logic1 && logic2 # 1番目の項目同士のみを比較する logic1 || logic2 xor(logic1, logic2) # 排他的論理和 any(logic1) # 片方がTRUEなのでTRUE all(logic1) # すべてがTRUEでは無いのでFALSE ``` 論理演算子として、**`!`（エクスクラメーションマーク、否定演算子）**も用いることができます。`!`は論理型の前に置くことで、論理型を反転（`TRUE`を`FALSE`に、`FALSE`を`TRUE`に）させます。 ```{r, filename="!による論理値の反転"} !TRUE !FALSE !(1 < 3) !(1 > 3) ``` ## 条件分岐の文上記のように、比較演算子や論理演算子を用いると、論理型を得ることができます。この論理型に従い、行う処理を変えるものを、**条件分岐**と呼びます。条件分岐では、条件分岐の文（Control structures）というものが用いられます。Rでは、条件分岐の文として、**if文とswitch文**の2つが設定されています。 ```{r, echo=FALSE} d <- data.frame( meaning = c("if文", "ifelse関数", "switch文"), structure = c("if(条件式){TRUEのときの演算}else{FALSEのときの演算}", "ifelse(条件式, TRUEのときの演算, FALSEのときの演算)", "switch(評価する値, 評価の既定値=既定値のときの演算)") ) colnames(d) <- c("条件分岐", "条件分岐の形式") knitr::kable(d, caption="表2：Rで使える条件分岐") ``` ### if文 `if`文は最もシンプルな条件分岐の文です。`if`文では、**条件式**に従い、実行する処理が変わります。Rでの`if`文は、以下の形を取ります。 **if(条件式){TRUEのときに実施する処理}** 条件式を**`if()`**のカッコの中に書きます。`if`文は1行で書くこともできますし、複数行に渡って書くこともできます。複数行に処理を書くときには、**中括弧（`{}`）**を条件式の後に書き、中括弧の中に処理を書きます。 ```{r, filename="if文の使い方"} if(TRUE) "Hello R" # 1行で書く場合（"Hello R"が返ってくる） if(FALSE) "Hello FALSE" # 条件式がFALSEなので、何も返ってこない if(TRUE){ # 複数行で書く時には中括弧（{}）を用いる "Hello R" } if(FALSE){"Hello FALSE"} # 1行のif文で中括弧を使ってもよい ``` `if`文の条件が`0`のときには、`0`が`FALSE`であると判断されて、処理が実行されません。一方で条件が`0`以外である場合には、`TRUE`であると判断されて処理が実行されます。`if(0)`とするとその処理が行われないので、**Rでは`if(0)`がコメントアウトに使われる**こともあります。 ```{r, filename="条件式が数値の時のif文"} if(0){"0はFALSEなので、これは表示されません"} if(-1){"-1はTRUE扱いなので、表示されます"} if(-0.005){"0以外はTRUEとして処理されます"} ``` #### if else文 `if`文ではさらに条件を分岐させることもできます。条件を追加する場合には、`if`文の後に、`else if()`を繋げます。`else if()`のカッコの中に2つ目の条件を書くことで、条件を分離させることができます。`else`だけを書いて、`if()`の条件式をつけない場合には、どの条件にも合わない時に実行する処理になります。ですので、`if else`文は以下の形を取ります。 **if(条件式1){**\ **式1がTRUEのときの処理**\ **}else if(条件式2){**\ **式1がFALSE、式2がTRUEのときの処理**\ **}else{**\ **式1、2がFALSEのときの処理**\ **}** ```{r, filename="if else文"} x <- 2 # xは2 # xは2なので、2番目の処理が返ってくる if(x == 1){ # =が1つだと代入になるのでエラーが出る "first" } else if(x == 2){ "second" } else { "others" } ``` #### ifelse関数条件分岐が2つしかない場合には、`ifelse`関数を用いることもできます。`ifelse`関数は3つの引数、「(条件式)、(`TRUE`のときの処理)、(`FALSE`のときの処理)」を取ります。条件が1つだけで、簡単な処理のみを行うのであれば`ifelse`関数で十分な場合もあります。 ```{r, filename="ifelse関数"} # TRUEなので2番目の処理が返ってくる ifelse(1 < 3, "One is smaller than three.", "One is not smaller than three.") # FALSEなので3番目の処理が返ってくる ifelse(1 > 3, "One is larger than three.", "One is not larger than three.") ``` ### switch文条件式ではなく、特定の値に対応して処理を変えたい場合には、`switch`文を用います。`switch`文では、**始めの引数が条件を指定する値、それに続く引数が条件に対応した処理**となります。条件を指定する値には、数値または文字列を用いることができます。条件が数値の場合と文字列の場合では、やや使い方が異なります。 ```{r, filename="switch文（条件が数値のとき）"} # 条件が1のときは、2番目の引数の処理が返ってくる switch(1, "first", "second", "third") # 条件が2のときは、3番目の引数の処理が返ってくる switch(2, "first", "second", "third") # 条件が5のときは、6番目の引数の処理がないので何も返ってこない switch(5, "first", "second", "third") ``` ```{r, filename="switch文（条件が文字列のとき）"} # 条件式に対応したもの（=で繋いだもの）が返ってくる switch("dog", dog = "犬", cat = "猫", monkey = "猿", pig = "豚") switch("monkey", dog = "犬", cat = "猫", monkey = "猿", pig = "豚") # horseは引数に登録していないので、何も返ってこない switch("horse", dog = "犬", cat = "猫", monkey = "猿", pig = "豚") ``` :::{.callout-tip collapse="true"} ## ライブラリで設定されている条件分岐インストールしたばかりのRでは、上記の`if`文、`if else`文、`ifelse`関数、`switch`文しか使えませんが、**ライブラリ**というものを用いると、他の条件分岐（`if_else`関数や`case_which`文、`case_when`文）などを用いることもできます。詳細については[16章](./chapter16.html)で説明します。 :::