初心者向け No.059

四則演算ドリル

ランダムな計算問題を出題して正誤判定・スコア表示するドリルアプリ。難易度設定と制限時間モード付き。

🎯 難易度: ★☆☆ 📦 ライブラリ: tkinter（標準ライブラリ） ⏱️ 制作時間: 30〜90分

📋 目次

1. アプリ概要
2. 機能一覧
3. 事前準備・環境
4. 完全なソースコード
5. コード解説
6. ステップバイステップガイド
7. カスタマイズアイデア
8. よくある問題と解決法
9. 練習問題

1. アプリ概要

ランダムな計算問題を出題して正誤判定・スコア表示するドリルアプリ。難易度設定と制限時間モード付き。

このアプリはtoolsカテゴリの実践的なPythonアプリです。使用ライブラリは tkinter（標準ライブラリ）、難易度は ★☆☆ です。

このアプリは「ツール」カテゴリです。日々の作業を自動化する実用ツールは Python が最も得意とする領域です。短いコードで実用性のある成果物が作れる点が魅力です。tkinter（標準ライブラリ） を活かして実装するこの構造は、他のアプリにも応用が効きます。

コピー＆実行で動作確認 → コード解説で構造理解 → カスタマイズで応用、の 3 ステップで進めると、短時間で本質を押さえられます。

アプリを完成させた後は、自分の使い方に合わせて改造するのが学びを定着させる近道です。カスタマイズ章のアイデアを足がかりに、独自機能を一つ追加してみてください。

四則演算ドリル実行画面（Linux Mint） — 実行画面（Linux Mint）

2. 機能一覧

「スタート」ボタン（start()）・「回答」ボタン（_answer()）・「次の問題」ボタン（next_question()）で操作
キー <Return> から _answer() を実行
after(500, ...) による500ミリ秒間隔の _tick() 呼び出し（画面の自動更新）
messagebox.showinfo() によるダイアログ通知
ウィンドウはタイトル「四則演算ドリル」・サイズ 560x460 で起動

3. 事前準備・環境

ℹ️

動作確認環境

Python 3.10 以上 / Windows 11（実機）で起動・基本操作を確認／ Linux Mint 22.3（仮想マシン）で起動・画面表示を確認（macOS は未検証）

Windows 11（実機）で起動と基本操作を確認しています（全機能の網羅テストではありません）。Linux Mint 22.3（仮想マシン）では起動と画面表示を確認しました。macOS は標準ライブラリの範囲で動作する想定ですが、未検証です。

Python 3.10 以上
OS: Windows 11（実機で起動・基本操作を確認）・Linux Mint 22.3（仮想マシンで起動・画面表示を確認）

4. 完全なソースコード

💡

コードのコピー方法

右上の「コピー」ボタンをクリックするとコードをクリップボードにコピーできます。

✅ 追加インストール不要（標準ライブラリのみ使用）

app059.py

import operator
import random
import time
import tkinter as tk
from tkinter import messagebox, ttk


OPS = {
    "+": (operator.add, "+"),
    "-": (operator.sub, "-"),
    "×": (operator.mul, "×"),
    "÷": (operator.floordiv, "÷"),
}


class App059:
    """四則演算ドリル"""

    def __init__(self, root):
        self.root = root
        self.root.title("四則演算ドリル")
        self.root.geometry("560x460")
        self.root.configure(bg="#f8f9fc")
        self.score = 0
        self.total = 0
        self.start_ts = None
        self.time_limit = 60
        self.timed = False
        self.running = False
        self.current = None  # (a, op, b, ans)
        self._build_ui()

    def _build_ui(self):
        """UI を構築する"""
        title = tk.Frame(self.root, bg="#3776ab", pady=12)
        title.pack(fill=tk.X)
        tk.Label(title, text="四則演算ドリル", font=("Noto Sans JP", 16, "bold"),
                 bg="#3776ab", fg="white").pack()

        opt = ttk.LabelFrame(self.root, text="設定", padding=8)
        opt.pack(fill=tk.X, padx=15, pady=8)
        ttk.Label(opt, text="難易度:").grid(row=0, column=0, padx=4)
        self.level_var = tk.StringVar(value="ふつう")
        ttk.Combobox(opt, textvariable=self.level_var, state="readonly", width=10,
                     values=["かんたん", "ふつう", "むずかしい"]).grid(row=0, column=1, padx=4)
        ttk.Label(opt, text="演算:").grid(row=0, column=2, padx=4)
        self.op_vars = {}
        for i, sym in enumerate("+-×÷"):
            v = tk.IntVar(value=1)
            self.op_vars[sym] = v
            ttk.Checkbutton(opt, text=sym, variable=v).grid(row=0, column=3 + i, padx=2)
        self.timed_var = tk.IntVar(value=0)
        ttk.Checkbutton(opt, text="制限時間モード(60秒)",
                        variable=self.timed_var).grid(row=0, column=8, padx=10)

        score = tk.Frame(self.root, bg="#f8f9fc")
        score.pack(fill=tk.X, pady=4)
        self.score_label = tk.Label(score, text="正解 0 / 0",
                                    font=("Noto Sans JP", 12, "bold"),
                                    bg="#f8f9fc", fg="#3776ab")
        self.score_label.pack(side=tk.LEFT, padx=20)
        self.time_label = tk.Label(score, text="", bg="#f8f9fc",
                                   font=("Noto Sans JP", 12))
        self.time_label.pack(side=tk.RIGHT, padx=20)

        self.q_label = tk.Label(self.root, text="スタートを押してね",
                                font=("Noto Sans JP", 28, "bold"),
                                bg="white", relief=tk.GROOVE, pady=20)
        self.q_label.pack(fill=tk.X, padx=20, pady=10)

        self.entry = ttk.Entry(self.root, font=("Arial", 18),
                               justify="center", width=10)
        self.entry.pack()
        self.entry.bind("<Return>", lambda e: self._answer())

        btns = tk.Frame(self.root, bg="#f8f9fc")
        btns.pack(pady=10)
        ttk.Button(btns, text="スタート", command=self.start).pack(side=tk.LEFT, padx=4)
        ttk.Button(btns, text="回答", command=self._answer).pack(side=tk.LEFT, padx=4)
        ttk.Button(btns, text="次の問題", command=self.next_question).pack(side=tk.LEFT, padx=4)

        self.fb = tk.Label(self.root, text="", bg="#f8f9fc",
                          font=("Noto Sans JP", 12))
        self.fb.pack()

    def _range(self):
        """難易度に応じた数値範囲を返す"""
        level = self.level_var.get()
        if level == "かんたん":
            return 1, 10
        if level == "むずかしい":
            return 10, 99
        return 1, 30

    def _allowed_ops(self):
        """選択中の演算子記号一覧を返す"""
        ops = [s for s, v in self.op_vars.items() if v.get()]
        return ops or ["+"]

    def start(self):
        """ドリルを開始する"""
        self.score = 0
        self.total = 0
        self.score_label.config(text="正解 0 / 0")
        self.timed = bool(self.timed_var.get())
        self.start_ts = time.time()
        self.running = True
        self.next_question()
        if self.timed:
            self._tick()

    def next_question(self):
        """新しい問題を作成する"""
        if not self.running:
            self.start()
            return
        lo, hi = self._range()
        sym = random.choice(self._allowed_ops())
        op_func, _ = OPS[sym]
        a = random.randint(lo, hi)
        b = random.randint(lo, hi)
        if sym == "-" and a < b:
            a, b = b, a
        if sym == "÷":
            # 整数除算でも余りが出ないように調整
            b = max(1, b)
            ans = random.randint(lo, hi)
            a = b * ans
        ans = op_func(a, b)
        self.current = (a, sym, b, ans)
        self.q_label.config(text=f"{a} {sym} {b} = ?")
        self.entry.delete(0, tk.END)
        self.entry.focus_set()
        self.fb.config(text="")

    def _answer(self):
        """回答を判定する"""
        if not self.running or self.current is None:
            return
        try:
            user = int(self.entry.get().strip())
        except ValueError:
            self.fb.config(text="数値で入力してください", fg="red")
            return
        a, sym, b, ans = self.current
        self.total += 1
        if user == ans:
            self.score += 1
            self.fb.config(text="正解！", fg="green")
        else:
            self.fb.config(text=f"不正解。正解: {ans}", fg="red")
        self.score_label.config(text=f"正解 {self.score} / {self.total}")
        self.root.after(700, self.next_question)

    def _tick(self):
        """残り時間を更新する"""
        if not (self.running and self.timed):
            return
        remain = self.time_limit - int(time.time() - self.start_ts)
        if remain <= 0:
            self.running = False
            self.time_label.config(text="残り 0 秒")
            messagebox.showinfo("結果",
                                f"終了！\n正解: {self.score} / {self.total}")
            return
        self.time_label.config(text=f"残り {remain} 秒")
        self.root.after(500, self._tick)


if __name__ == "__main__":
    root = tk.Tk()
    app = App059(root)
    root.mainloop()

5. コード解説

四則演算ドリルのコードを、実際に書かれている実装に沿って解説します。

クラス設計とコンストラクタ

App059 クラスにアプリの全機能をまとめています（メソッド8個・全173行）。__init__ ではタイトル「四則演算ドリル」とウィンドウサイズ 560x460 を設定します。あわせて状態を保持する変数（self.score・self.total・self.start_ts・self.time_limit）を初期化し、最後に _build_ui() で画面を組み立てます。