Kotlin練習問題4-☆3：アラビア数字をローマ数字に変換しよう

Kotlinの初心者向け問題4-☆3：アラビア数字をローマ数字に変換しよう

この問題を解くために必要な知識：

【レベル１～３の知識】
コメントの書き方、変数と定数、基本データ型、算術演算と論理演算、入力と出力、import文、配列、分岐処理（if、if～else、when）、繰り返し処理（for、while、do～while）、Null安全、スマートキャスト、関数の定義と呼び出し、関数の戻り値、関数のオーバーロード、ラベルとジャンプ、例外処理、クラスの定義と使用、インスタンス、コンストラクタ、プロパティ、クラスの継承、クラスの拡張、コレクションの基礎、リストコレクション（MutableList、ArrayList）、セットコレクション（HashSet、MutableSet、TreeSet）、マップコレクション（HashMap、MutableMap、TreeMap）

【レベル４の知識】
メンバ関数、ゲッターとセッター、カプセル化、クラスメンバ、抽象クラス、インターフェース、データクラス

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Kotlin練習問題4-☆3：アラビア数字をローマ数字に変換しよう

この課題では、アラビア数字（例: 1, 5, 10, 100）をローマ数字（例: I, V, X, C）に変換するプログラムを作成します。

具体的には、1から3999までのアラビア数字をローマ数字に変換する機能を実装します。

この問題の要件

以下の要件に従ってプログラムを完成させてください。

ただし、以下のような実行結果となること。

－－－－－ ↓出力される結果の例↓ －－－－－

アラビア数字を入力してください: 1987
ローマ数字: MCMLXXXVII

アラビア数字を入力してください: abc
無効な数値です。

－－－－－ ↑出力される結果の例↑ －－－－－

この問題を解くヒント

１からコードを組み立てることが難しい場合は、以下のヒントを開いて参考にしましょう。

// ArabicToRomanConverter クラス
class ArabicToRomanConverter {
    // ローマ数字の対応表
    private val arabicValues = arrayOf(1000, 900, 500, 400, 100, 90, 50, 40, 10, 9, 5, 4, 1)
    private val romanNumerals = arrayOf("M", "CM", "D", "CD", "C", "XC", "L", "XL", "X", "IX", "V", "IV", "I")

    fun convert(arabic: Int): String {
        var arabic = arabic
        val roman = StringBuilder()

        /* ***【穴埋め問題1】***
        ここにfor文を使って、arabicValuesの各値についてローマ数字を生成するコードを書いてください。
        */

        return roman.toString()
    }
}

// メイン関数
fun main() {
    val converter = ArabicToRomanConverter()

    // ユーザーにアラビア数字を入力させる
    print("アラビア数字を入力してください: ")

    /* ***【穴埋め問題2】***
    ここにユーザー入力を受け取り、それを数値に変換するコードを書いてください。
    入力が無効な場合にはエラーメッセージを表示して終了する処理も書いてください。
    */

    // ローマ数字に変換して結果を表示
    val roman = converter.convert(arabic)
    println("ローマ数字: $roman")
}

このヒントを見てもまだ回答を導き出すのが難しいと感じる場合は、先に正解のコードと解説を見て内容を理解するようにしましょう。

解答例

この問題の一つの正解例とそのコードの解説を以下に示します。

正解コードの例

例えば以下のようなプログラムが考えられます。

********************

// ArabicToRomanConverter クラス
class ArabicToRomanConverter {
    // ローマ数字の対応表
    private val arabicValues = arrayOf(1000, 900, 500, 400, 100, 90, 50, 40, 10, 9, 5, 4, 1)
    private val romanNumerals = arrayOf("M", "CM", "D", "CD", "C", "XC", "L", "XL", "X", "IX", "V", "IV", "I")

    fun convert(arabic: Int): String {
        var arabic = arabic
        val roman = StringBuilder()

        for (i in arabicValues.indices) {
            while (arabic >= arabicValues[i]) {
                roman.append(romanNumerals[i])
                arabic -= arabicValues[i]
            }
        }

        return roman.toString()
    }
}

// メイン関数
fun main() {
    val converter = ArabicToRomanConverter()

    // ユーザーにアラビア数字を入力させる
    print("アラビア数字を入力してください: ")
    val arabic = readLine()?.toIntOrNull() ?: run {
        println("無効な数値です。")
        return
    }

    // ローマ数字に変換して結果を表示
    val roman = converter.convert(arabic)
    println("ローマ数字: $roman")
}

********************

正解コードの解説

このコードでは、アラビア数字をローマ数字に変換するプログラムを実装しています。コードは非常にシンプルで、基本的なKotlinの文法と構造を学ぶのに適しています。

クラス ArabicToRomanConverter の定義

class ArabicToRomanConverter {
    // ローマ数字の対応表
    private val arabicValues = arrayOf(1000, 900, 500, 400, 100, 90, 50, 40, 10, 9, 5, 4, 1)
    private val romanNumerals = arrayOf("M", "CM", "D", "CD", "C", "XC", "L", "XL", "X", "IX", "V", "IV", "I")

この部分では、ArabicToRomanConverterというクラスを定義しています。このクラスは、アラビア数字をローマ数字に変換するための機能を提供します。

クラス内には、アラビア数字とそれに対応するローマ数字を保持する2つの配列arabicValuesとromanNumeralsがあります。

private修飾子が使われているため、これらの配列はクラスの外部から直接アクセスすることはできません。これは「カプセル化」と呼ばれる技術で、データの不正な操作を防ぐためのものです。

2. convert 関数の定義

    fun convert(arabic: Int): String {
        var arabic = arabic
        val roman = StringBuilder()

        for (i in arabicValues.indices) {
            while (arabic >= arabicValues[i]) {
                roman.append(romanNumerals[i])
                arabic -= arabicValues[i]
            }
        }

        return roman.toString()
    }

convert関数は、アラビア数字をローマ数字に変換するためのメインロジックを持っています。この関数は、arabicという整数を受け取り、それに対応するローマ数字の文字列を返します。

• 変数arabic: arabic変数は、受け取ったアラビア数字を格納し、その後の処理で使用されます。関数内部でvar修飾子を使って再宣言されていますが、これは元の値を変更しながら処理するためです。
• StringBuilder クラス: romanという変数にはStringBuilderを使用しており、これにより効率的に文字列を構築できます。
• ループ処理: forループとwhileループを組み合わせて、アラビア数字がローマ数字に変換される過程を実現しています。arabicが対応する値以上である限り、そのローマ数字が結果に追加され、アラビア数字の値が減算されます。

main 関数の定義

fun main() {
    val converter = ArabicToRomanConverter()

    // ユーザーにアラビア数字を入力させる
    print("アラビア数字を入力してください: ")
    val arabic = readLine()?.toIntOrNull() ?: run {
        println("無効な数値です。")
        return
    }

    // ローマ数字に変換して結果を表示
    val roman = converter.convert(arabic)
    println("ローマ数字: $roman")
}

main関数は、Kotlinプログラムのエントリーポイントです。ここでは、ユーザーからアラビア数字を入力させ、それをローマ数字に変換して表示するまでの処理を行います。

• ユーザー入力: readLine()を使用してユーザーからの入力を受け取り、それを整数に変換しています。toIntOrNull()を使うことで、入力が整数に変換できなかった場合にnullを返し、nullの場合にはエラーメッセージを表示してプログラムを終了します。
• ローマ数字への変換: ユーザーから受け取った数字をconvert関数に渡し、その結果を表示します。

まとめ

このプログラムでは、基本的なクラス定義、配列の操作、文字列の操作、ユーザー入力の処理など、Kotlinの基本的な文法を学ぶことができます。

また、カプセル化やエラー処理などの重要なプログラミング技術についても理解を深めることができます。

プログラム全体がシンプルでありながら実用的な機能を持つため、初心者にとって非常に有用な学習素材となっています。

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この問題への質問・コメント

この問題を作成するにあたりAIを活用しています。

問題ないことは確認していますが、もし間違いや表現の違和感などありましたら、ご指摘頂けると大変助かります。

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