Python - 論理演算子：or・and・notと真偽値判定

概要

Pythonの論理演算子or、and、notを真理値判定と実行順序から整理する。

再試行回数の0を残す初期値設定と、ゼロ除算を避ける条件式を比較する。何が偽になるかに加えて、どの値が返り、どこまで式が実行されるかを確認する。設定値と短絡評価の比較例はPython 3.12.2で確認。

この記事の構成

論理演算子の種類
論理演算子の種類と各項目の特徴を整理。
True/Falseの判定基準
数値の0・空のコンテナ・Noneなどの真理値判定を確認。
論理和（or）
返される値を確認し、有効な0を残す初期値設定と比較。
論理積（and）
評価順序を追い、ゼロ除算を防ぐ条件の並べ方を確認。
論理否定（not）
真理値を反転し、boolとして返す動作を確認。

各論理演算子の使い方と実装サンプル

論理演算子の種類

Pythonではbool型以外のオブジェクトも条件式に使える。組込み型では数値のゼロ、空の文字列やコンテナ、NoneなどがFalseとなり、それ以外は原則としてTrueとなる。独自クラスでは__bool__()または__len__()で判定方法を定義できる。

各データ型の参考

論理演算子一覧（or, and, not の三つのみ）

演算子	使用例	説明
or	a or b	a、b の論理和
and	a and b	a、b の論理積
not	not a	a の否定

True/Falseの判定基準

論理演算で最も重要となるTrue/Falseの判定基準として、空文字や空リスト等もFalseと判定される。
下記は偽と判定される代表例である。独自クラスなどでは型が定めた真理値判定に従い、判定自体が例外になる場合もある。

False判定一覧

False判定となる要素	説明
False	bool型のFalse
None	何もないことを示すオブジェクト（≒多言語のNull）
0	int型（整数）のゼロ
0.0	float型（浮動小数点数）のゼロ
0j	complex型（複素数）のゼロ
Decimal(0)	decimal型のゼロ
Fraction(0, 1)	fraction型（有理数）のゼロ
''	str型（文字列）の空文字
[]	list型（配列）の空配列
{}	dict型（連想配列）の空配列
()	tuple型（タプル）の空配列
set()	set型（集合）の空配列
range(0)	range型（数値配列）の空配列

※ 各実装サンプルは、下記ページを参考。

Python - 組込みデータ型まとめ : bool , int, float, complex > bool型 : 真偽リテラル

以降、論理演算子に関する実装サンプルを対話モード（インタプリタ）で解説する。

論理和（or）

a or bは、前方から評価して最初にTrueとなるオペランドを返す。そこで評価を終える動作をショートサーキットという。
a、b共にFalseである場合は、末尾の要素bを返す。

論理和パターン

a の評価	b の評価	a or b の戻り値
True	False	a の値
False	True	b の値
True	True	a の値
False	False	b の値

論理和実装サンプル（論理和パターン）

$ python
    >>> # True or False (int型 or int型)
    >>> bool_a = 1 or 0
    >>> print(bool_a)
    1
    >>> # False or True (float型 or float型)
    >>> bool_b = 0.0 or 1.0
    >>> print(bool_b)
    1.0
    >>> # True or True (complex型 or complex型)
    >>> bool_c = 1j or 2j
    >>> print(bool_c)
    1j
    >>> # False or False (list型 or dict型)
    >>> bool_d = [] or {}
    >>> print(bool_d)
    {}
    >>>

ショートサーキットの例
複数の候補は左から評価され、最初に真となった値が返る。順番を変えると返る値や実行される処理も変わるため、候補の優先順位に合わせて並べる。

$ python
    >>> # 先頭の 2 (True) のみで評価が返される。
    >>> # 以降の 0 (False)、1 (True) は評価しない。
    >>> bool_a = 2 or 0 or 1
    >>> print(bool_a)
    2
    >>> # 2項目の 4 (True) で評価が返される。
    >>> # 以降の 3 (True)、2 (True)、1 (True) は評価しない。
    >>> bool_b = 0 or 4 or 3 or 2 or 1
    >>> print(bool_b)
    4
    >>>

有効な0を初期値で置き換えない
再試行回数は0なら再試行なし、Noneなら未設定として扱う。未設定のときだけ3回へ補うつもりでorを使うと、0回の指定も置き換わる。
```
for retries in (None, 0, 5):
    by_or = retries or 3
    by_none = 3 if retries is None else retries
    print(retries, by_or, by_none)
```
```
None 3 3
0 3 0
5 5 5
```
各行は「元の指定・orの結果・Noneだけを補う結果」の順である。orは未設定かを調べる演算子ではなく、左辺が偽なら右辺を返す演算子なので0も対象になる。

空文字列や0をすべて既定値へ置き換えたい仕様ならorを使える。値として有効な0を残したい場合はis Noneで未設定を判定する。入力の型や範囲の検査は別途必要であり、この例は非負整数またはNoneを前提とする。

論理積（and）

a and bは、前方から評価していきFalseとなる要素が見つかった時点（ショートサーキット）でその要素を返す。 a、b共にTrueである場合は、末尾の要素bを返す。

論理積パターン

a の評価	b の評価	a and b の戻り値
True	False	b の値
False	True	a の値
True	True	b の値
False	False	a の値

論理積実装サンプル（論理積パターン）

$ python
    >>> # True and False (int型 and int型)
    >>> bool_a = 1 and 0
    >>> print(bool_a)
    0
    >>> # False and True (float型 and float型)
    >>> bool_b = 0.0 and 1.0
    >>> print(bool_b)
    0.0
    >>> # True and True (complex型 and complex型)
    >>> bool_c = 1j and 2j
    >>> print(bool_c)
    2j
    >>> # False and False (list型 and dict型)
    >>> bool_d = [] and {}
    >>> print(bool_d)
    []
    >>>

ショートサーキットの例左から評価して最初に偽となった値を返し、残りの式は実行しない。後ろの式を実行できる条件を先に確認すると、前提を満たさない計算を避けられる。

$ python
    >>> # 先頭の 0 (False) のみで評価が返される。
    >>> # 以降の 1 (True)、2 (True) は評価しない。
    >>> bool_a = 0 and 1 and 2
    >>> print(bool_a)
    0
    >>> # 3項目の 0 (False) で評価が返される。
    >>> # 以降の 4 (True)、5 (True) は評価しない。
    >>> bool_b = 1 and 2 and 0 and 4 and 5
    >>> print(bool_b)
    0
    >>>

ゼロ除算を避ける条件は左側で確認する
「分母が0でなく、割った結果が2を超える」という条件を考える。関数内で表示させ、割り算が実行されたかも確認する。
```
def exceeds_two(numerator, denominator):
    print("divide", numerator, denominator)
    return numerator / denominator > 2


for denominator in (0, 2):
    result = denominator != 0 and exceeds_two(6, denominator)
    print("result", denominator, result)
```
```
result 0 False
divide 6 2
result 2 True
```
分母が0のときは左辺が偽なので関数自体が呼ばれない。次のように逆順にすると先に割り算が実行され、右側の判定では防げない。
```
denominator = 0
try:
    print(6 / denominator > 2 and denominator != 0)
except ZeroDivisionError as error:
    print(type(error).__name__)
```
```
ZeroDivisionError
```
真になりやすさや偽になりやすさだけで順番を変えず、後続の式が安全に評価できる前提と副作用を確認する。長い条件は名前の付いた変数やif文へ分けると、その依存関係を追いやすい。

論理否定（not）

not xは、対象xを否定した結果をbool型で返す。
FalseならTrueを返し、TrueならFalseを返す。

論理否定実装サンプル

$ python
    >>> # int型 0 の否定
    >>> bool_a = not 0
    >>> print(bool_a)
    True
    >>> # int型 1 の否定
    >>> bool_b = not 1
    >>> print(bool_b)
    False
    >>> # float型 0.0 の否定
    >>> bool_c = not 0.0
    >>> print(bool_c)
    True
    >>> # float型 2.5 の否定
    >>> bool_d = not 2.5
    >>> print(bool_d)
    False
    >>> # complex型 0j の否定
    >>> bool_e = not 0j
    >>> print(bool_e)
    True
    >>> # complex型 1j の否定
    >>> bool_f = not 1j
    >>> print(bool_f)
    False
    >>> # int型 1 and int型 2 and int型 0 の否定
    >>> bool_g = not (1 and 2 and 0)
    >>> print(bool_g)
    True
    >>>

まとめ

orとandはTrue/Falseへ変換した値ではなく、選ばれたオペランドの値を返す。notはboolを返す。
0もNoneも真理値判定では偽になる。有効な0を残して未設定だけを補う場合はis Noneを使う。
短絡評価では後ろの式が実行されないことがある。後続の計算に必要な前提を左側で確認する。
条件の並べ替えは返る値や副作用にも影響する。処理の意味を保てるか確認してから変更する。

参考文献

金城俊哉（\(2018\)）『現場ですぐに使える! Pythonプログラミング逆引き大全313の極意』株式会社昭和システム
Python公式ドキュメント - 真理値判定（日本語・真偽値評価の公式解説）
Python公式ドキュメント - ブール演算（日本語・論理演算子の公式仕様）

SIGMA-SE Math & Tech Library

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この記事の構成

各論理演算子の使い方と実装サンプル

論理演算子の種類

True/Falseの判定基準

論理和（or）

論理積（and）

論理否定（not）

まとめ

参考文献

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True/Falseの判定基準

論理和（or）

論理積（and）

論理否定（not）

まとめ

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