1-2 アルゴリズムとプログラミング

アルゴリズムとプログラミング

アルゴリズムは、入力から目的の結果を得るための有限で明確な処理手順です。ITパスポートでは複雑なコードを書くことより、順次・分岐・繰返し、変数、配列、探索、整列の動きを追跡し、どの処理が正しいかを判断する力が問われます。

この節の目標は、擬似言語やフローチャートを一行ずつ追い、変数と配列の値を表に記録し、条件・終了判定・探索方法を説明できるようになることです。

1. アルゴリズムの三つの基本構造

複雑な処理も、基本的にはこの三つを組み合わせます。問題では「条件を判定するタイミング」と「繰返しを終了する条件」を確認します。

2. 変数と代入を式として読まない

代入x ← x + 1は、数学の等式ではなく、「現在のxに1を加えた値を新しいxとして保存する」という意味です。

最初にx ← 3、その後でx ← x + 2を実行すると、xは5になります。

追跡表を使う

次の処理を考えます。

sum ← 0
for i を 1 から 4 まで繰り返す
  sum ← sum + i
endfor

頭の中だけで追わず、変化する変数を列にした表を作ると誤りを減らせます。

3. 分岐条件を境界値で確認する

次の条件を比べます。

score >= 80
score > 80

80点は前者では真、後者では偽です。境界値で結果が変わるため、79、80、81のように条件の前後を確認します。

複数条件では、論理演算も使います。

• age >= 18 AND consent = true：18歳以上で、かつ同意済み
• member = true OR amount >= 10000：会員または1万円以上購入
• NOT deleted：削除済みではない

4. 繰返しの種類と無限ループ

繰返し条件に使う変数が更新されないと、終了できない無限ループになる可能性があります。

完全ケース：入力値の合計と平均

正の整数を繰り返し入力し、0が入力されたら終了して平均を表示する処理を考えます。

sum ← 0
count ← 0
value を入力する
while value != 0
  sum ← sum + value
  count ← count + 1
  value を入力する
endwhile
if count > 0
  average ← sum / count
  average を表示する
endif

確認すべき点は次のとおりです。

• 終了用の0は合計と件数へ含めない。
• 次の入力をループ内で行う。
• 最初に0が入力された場合、0で割らない。

5. 配列と添字を追う

配列は同じ種類の複数データを一つの名前で管理します。問題文で添字が0から始まるか1から始まるかを確認します。

配列price = [120, 300, 80, 500]で0から数える場合、price[0]は120、price[2]は80です。

最大値を求める手順

max ← data[0]
for i を 1 から 要素数-1 まで繰り返す
  if data[i] > max
    max ← data[i]
  endif
endfor

最初の要素を仮の最大値とし、残りと順番に比較します。max ← 0とすると、全要素が負の数の場合に誤った結果になるため注意します。

6. 関数で処理を部品化する

関数を使うと、重複を減らし、テストしやすくなります。ただし、入力、戻り値、副作用を明確にします。

7. 探索方法をデータの状態で選ぶ

完全ケース：二分探索

昇順配列[3, 8, 12, 17, 25, 31, 40]から25を探します。

1. 中央の17と比較する。
2. 25は17より大きいので、右半分[25, 31, 40]へ絞る。
3. 中央の31と比較する。
4. 25は31より小さいので左へ絞り、25を発見する。

データが未整列なら、同じ手順では正しく絞れません。

8. 整列方法の違い

試験では細かな計算量より、比較・交換・分割の考え方を読み取ります。

9. プログラミング言語とデータ表現

HTMLはページ構造、CSSは見た目、JavaScriptは動作を担当するという違いを押さえます。

10. 問題を解く判断手順

1. 入力、出力、初期値を確認する。
2. 変化する変数と配列を書き出す。
3. 条件式を日本語へ置き換える。
4. 境界値と終了条件を確認する。
5. 一回ずつ追跡表へ記録する。
6. 配列の添字と要素数を確認する。
7. 空データ、0件、負の値など例外を試す。

11. よくある誤りと理由

• 代入を数学の等式として読む：右辺を計算して左辺へ保存する処理です。
• ループ回数を一つ多く・少なく数える：開始値と終了値を含むか確認します。
• 終了条件の変数を更新しない：無限ループになります。
• 0件で平均を計算する：0除算を避ける条件が必要です。
• 配列の添字を常に1始まりと決めつける：問題文の定義を確認します。
• 未整列データへ二分探索を使う：範囲を正しく絞れません。
• 最大値の初期値を常に0にする：負数だけの配列で誤ります。

12. セルフチェック

• 初期値、終了条件、1回ごとの更新を確認したか。
• 条件式の境界値を試したか。
• 変数の値を追跡表へ記録したか。
• 配列の添字範囲を超えていないか。
• 探索方法とデータの整列状態が合っているか。
• 0件・空データ・異常値を考えたか。

理解を確認したら、第1章の練習問題と第1章の知識カードで処理を追跡してください。数値・論理の基礎は基礎理論、実行環境はソフトウェアで確認できます。

公式範囲との対応

本節は、IPA「ITパスポート試験シラバス Ver.6.5」のアルゴリズムとプログラミング、プログラム言語、その他の言語に対応し、基本構造、擬似言語、変数、配列、関数、探索、整列、マークアップ言語などを扱います。

• IPA 試験要綱・シラバス