Atcoderの競技プログラミングの鉄則問題A04でのBinary Representation 1の実装方法が分からない

Question

### 実現したいこと

整数を入力した値に対して二進数に変換をしたい。また桁数10になのであまった位には0を追加する

### 前提
問題文
整数 N が 10 進法表記で与えられます。N を 2 進法に変換した値を出力するプログラムを作成してください。

制約
N は 1 以上 1000 以下の整数

■■な機能を実装中に以下のエラーメッセージが発生しました。

### 該当のソースコード

```python
N = int(input())
count = 10
ans = []
while N != 0:
    ad =  N%2
    N = N//2
    ans.insert(0,ad)  
    count -=1
    print(ans)

for i in range(count):
    ans.insert(0,0)
print(ans)
num = ''.join(map(str, ans))
print(num)

```

### 補足情報（FW/ツールのバージョンなど）
OS 名	Microsoft Windows 11 Home

Answer

競技プログラミングをさておいて、一般の問題として考えると、「10進数表記⇒整数値」「整数値⇒2進数表記」のどちらもmelianさんの回答の通り組み込み機能でできるので（他の言語でも組み込みの機能でできる場合が多いと思います）、出題意図は何かと考えると、
ケース１：進数変換の算数的なやり方を理解していてそれをコード化できるかどうかを問う問題
「整数値⇒2進数表記」はロジックで書いているが、「10進数表記⇒整数値」を組み込み機能に任せている質問のコードでは出題意図を満たさない。
ケース２：進数変換のPythonの組み込み機能を知っていてそれを使いこなせるかを問う問題
「整数値⇒2進数表記」を組み込み機能を使ってないので出題意図を満たさない。

普通の問題だと数値入力での文字列から数値への変換は組み込み関数一発でいいと思いますが、今回は進数変換自体が問題のテーマなので問題文でその可否に触れるべきでしょうね。あるいは、触れられてないのであればケース2で確定なのか？

お書きのコードは、前提が『非負の入力で「10進数表記⇒整数値」は組み込み関数`int()`一発でいいが「整数値⇒2進数表記」は算数的な方法で行え』であればそれでいいと思いますが、私なら`ans`は文字列にします。
```Python
count = 10
ans = ""
while N != 0:
	ans = str(N%2)+ans
	N = N//2
	count -=1
ans = "0"*count+ans
```

Answer

この問題に特化した解は[Melian](https://teratail.com/users/melian)氏が提示した解以上のモノは得られないと思う。

> 値を出力するプログラム

と言われてる以上、Pythonのファンシーな機能を使って、文字列を生成する以上に上手いテはない。
非常に直接的な解だと思う。

そこでここでは、もうちょっと一般化したユーティリティ作成を紹介しようと思う。

```Python
#!/usr/bin/env python3

class unfoldr(object):
    def __init__(self, f, seed):
        self.f = f
        self.seed = seed
    def __iter__(self):
        return self
    def __next__(self):
        match self.f(self.seed):
            case a, b:
                self.seed = b
                return a
            case None:
                raise StopIteration

if __name__ == '__main__':
    ans = ''.join(reversed(list(unfoldr(lambda N: None if N == 0 \
                                        else (str(N % 2), N // 2), int(input())))))
    print('0' * (10 - len(ans)) + ans)

```

ここで作成した[イテレータ](https://docs.python.org/ja/3.13/tutorial/classes.html#iterators)```unfoldr```は、Python組み込みのイテレータ[```range```](https://docs.python.org/ja/3.13/library/functions.html#func-range)の亜種だ。
と言うより、[```range```](https://docs.python.org/ja/3.13/library/functions.html#func-range)の上位互換だ。

```Python
>>> [i for i in range(3)]
[0, 1, 2]
>>> [i for i in unfoldr(lambda x: None if x == 3 else (x, x + 1), 0)]
[0, 1, 2]

```
従って、単純には、```range```は```unfoldr```を利用すると次のように書ける。

```Python
def range(*args):
    match args:
        case stop,:
            return unfoldr(lambda x: None if x >= stop else (x, x + 1), 0)
        case start, stop:
            return unfoldr(lambda x: None if x >= stop else (x, x + 1), start)
        case start, stop, step:
            return unfoldr(lambda x: None if x >= stop else (x, x + step), start)

```

```unfoldr```は```range```の上位互換な故、```unfoldr```の機能を制限する事で```range```が書けるわけだ。

```unfoldr```は[Haskell](https://www.haskell.org)と言うプログラミング言語の[```unfoldr```](https://hackage.haskell.org/package/ghc-internal-9.1201.0/docs/src/GHC.Internal.Data.OldList.html#unfoldr)をPython向けに移植したモノだ。
```unfoldr```は引数を2つ取り、第一引数は関数、第二引数に「シード」と呼ばれる単一の値(データ)を取る。
ここで第一引数で取る関数のカタチが特徴的だ。ここでは[ラムダ式](https://docs.python.org/ja/3.13/tutorial/controlflow.html#lambda-expressions)を使うが、作成すべき関数は次のルールに従う。

```Python
lambda x: None if 終了条件 else (取り出す値, 次のシード)
```

何らかの終了条件を満たせば```None```を返すようにすること。そうじゃなければ[タプル](https://docs.python.org/ja/3.13/tutorial/datastructures.html#tuples-and-sequences)を返すように書く。
そのタプルは2要素のタプルで、第一要素は生成するリストの要素、第二要素は「シードをどう加工してゆくか」の情報になっている。
結果、```unfoldr```は初期値として与えられたシードから粛々とリストの要素を生成していって、最終的にリスト(このコードだと正確にはリストを生成するイテラブル)を返すわけだ。

```Python
##   2 乗のリスト 1^2 ... 10^2
>>> list(unfoldr(lambda x: None if x > 10 else (x * x, x + 1), 1))
[1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81, 100]

```

見方によっては、```unfoldr```は[リスト内包表記](https://docs.python.org/ja/3.13/tutorial/datastructures.html#list-comprehensions)/[```map```](https://docs.python.org/ja/3.13/library/functions.html#map)と```range```の合わせ技を一つでやり抜く為のイテレータに見えるだろう。

```Python
>>> [i ** 2 for i in range(1, 11)]
[1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81, 100]
>>> list(map(lambda x: x ** 2, range(1, 11)))
[1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81, 100]

```

いずれにせよ、```unfoldr```はかなり便利な汎用的なユーティリティとなる。
例えば題意に沿うと、基本的には次のように一行で書いて結果のリストを得る。

```Python
>>> list(unfoldr(lambda x: None if x == 0 else (x % 2, x // 2), 13))
[1, 0, 1, 1]
>>> list(unfoldr(lambda x: None if x == 0 else (x % 2, x // 2), 37))
[1, 0, 1, 0, 0, 1]
>>> list(unfoldr(lambda x: None if x == 0 else (x % 2, x // 2), 1000))
[0, 0, 0, 1, 0, 1, 1, 1, 1, 1]

```

これらは「逆順のリストになる」んで、ちょっとしたデータ変換で文字列を得ることが出来るだろう。

``` Python
>>> ''.join(reversed(list(unfoldr(lambda x: None if x == 0 else (str(x % 2), x // 2), 13))))
'1101'
>>> ''.join(reversed(list(unfoldr(lambda x: None if x == 0 else (str(x % 2), x // 2), 37))))
'100101'
>>> ''.join(reversed(list(unfoldr(lambda x: None if x == 0 else (str(x % 2), x // 2), 1000))))
'1111101000'

```

この```unfoldr```の実装は```range```と同様のイテレータだが、```range```と違って直接[```reversed```](https://docs.python.org/ja/3.13/library/functions.html#reversed)出来ない。
結果、[```list```](https://docs.python.org/ja/3.13/library/stdtypes.html#list)化した上で```reversed```して更に・・・とひと手間かかる。
人によっては「そもそも```unfoldr```イテレータに[```__reversed__```](https://docs.python.org/ja/3.13/reference/datamodel.html#object.__reversed__)特殊メソッドを組み込むべきじゃない?」って言うだろう。
ただし、```unfoldr```は第一引数に与える関数が終了条件を持たない場合、無限長リスト(要はこれもイテラブル)を返すようになっている。無限長リストが返る可能性があるなら、直接```reversed```が出来るのは危険だ。
よって、手間でも、キチンと有限長になる事を確認してから```list```化して```reversed```した方が安全だろう。

```Python
#!/usr/bin/env python3

import sys
from itertools import islice

class unfoldr(object):
    def __init__(self, f, seed):
        self.f = f
        self.seed = seed
    def __iter__(self):
        return self
    def __next__(self):
        match self.f(self.seed):
            case a, b:
                self.seed = b
                return a
            case None:
                raise StopIteration

# わざと終了条件を与えず、無限長の素数列を得る例
def primes():
    yield 2
    for p in unfoldr(isPrime, 3):
        yield p

def isPrime(n):
    while True:
        for p in primes():
            if p ** 2 > n:
                return n, n + 2
            elif n % p == 0:
                n += 2
                break

if __name__ == '__main__':
    print(list(islice(primes(), int(sys.argv[1]))))

```

いずれにせよ、Pythonに```unfoldr```と言うユーティリティを備えとけば色々と便利だし、ある種、汎用アルゴリズムらしい抽象的アルゴリズムだ。

そんなカンジかな。
以上。

Answer

> 整数を入力した値に対して二進数に変換をしたい。
> また桁数10なのであまった位には0を追加する

桁数が固定（10桁）なら，`for` ループを使った方がわかり易いかもしれません。
記述例を下記に示します。

（追記）

AtCoder への [提出結果](https://atcoder.jp/contests/tessoku-book/submissions/69237107) も参照ください。

```Python
N = 1000
digit = 10

n, lst = N, []
for i in range(digit):
    lst.append(n % 2)
    n //= 2

bin_str = ''.join(str(i) for i in reversed(lst))
print(bin_str)
# 1111101000
```

Answer

9行目、13行目に、デバッグ出力用の`print(ans)`が残っているのが原因ではないでしょうか。これらを削除してみてください。

Answer

Pythonの場合、[bin()](https://docs.python.org/3.13/library/functions.html#bin) と [int.bit_length()](https://docs.python.org/3.13/library/stdtypes.html#int.bit_length) が用意されていますので、それらを利用すると以下の様に書くことができます。
```python
N = int(input())
count = 10
bin_str = '0'*(count - N.bit_length()) + bin(N)[2:]
print(bin_str)
```
もしくは f-strings を利用します。参考にしてみてください。
```python
N = int(input())
print(f'{N:010b}')
```

実現したいこと

前提

該当のソースコード

補足情報（FW/ツールのバージョンなど）

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