アルゴリズムとは何? 身近な具体例で簡単に解説!

アルゴリズムは、プログラミングを理解・学習する上で欠かせない要素です。

大人であればアルゴリズムの概要を把握するのは難しくありませんが、子どもにとっては理解が難しいものです。

しかし、アルゴリズムを理解しておかないと、その後のプログラミング能力の向上が遅くなる可能性があります。

この記事では、アルゴリズムとは何かを、身近で使用されている例を挙げながら分かりやすく解説します。

この記事を読んでいただければ、子どもにアルゴリズムについて説明できるようになりますので、ぜひ最後までご覧ください。

アルゴリズムとは?

アルゴリズムとは、目標を達成するための作業手順です。

例えば、木の板を機械で切断する場合、1枚よりも2枚を重ねた方が短時間で多くの作業が可能です。

木材を2枚重ねる・機械のスピードを速くするなど、効率的に目標を達成する手段は複数あります。

コンピューターは膨大な量の計算をおこなえますが、目標を達成するまでの手順を少し変えるだけで、処理に必要な計算を減らすことができます。

処理の量が減ると、目標を達成するまでの時間を削減できるため、アルゴリズムが重要となります。

代表的なアルゴリズムの種類とは?

アルゴリズムには、ソートアルゴリズムや探索アルゴリズムなどがあります。

ここでは、代表的なアルゴリズムの種類を紹介します。

ソートアルゴリズム

多くの人が最初に学ぶのが、ソートアルゴリズムです。

大量のデータを扱う場合、何の法則性もなく並んでいると、作業効率が悪いです。

そこで、昇順や降順など一定の法則に従って、データを並び替えます。

ソートアルゴリズムで並び替えをするには、次のような方法があります。

・バブルソート:隣接する値の並び替えを繰り返してデータを整列させる

・クイックソート:基準値を定めて基準以上か基準未満かのグループ分けを繰り返して整列させる

・選択ソート:最も小さい値を1番目のデータと交換し、次に2番目・3番目と手順を繰り返す

その他にもいろいろなソート方法があり、データに最適なアルゴリズムを選択してプログラミングをおこないます。

探索アルゴリズム

複数のデータの中から、目的のデータを探し出すのが探索アルゴリズムです。

ソートアルゴリズムと同じくらい重要であり、プログラミングには欠かせないアルゴリズムです。

代表的な探索アルゴリズムは、次の通りです。

・線形探索:先頭から順番に目的のデータ調べる

・2分探索:目的のデータとの大小を比べて目的のデータを探す

・ハッシュ探索:計算式を用いてデータの場所を特定する

探索アルゴリズムは、ビジネスやTwitterなどのSNSなど、幅広い分野で活用されています。

暗号化アルゴリズム

暗号化アルゴリズムは、データを暗号化するために用いられます。

例えば、「ABC」というデータを「BCD」と後ろにずらした場合、「アルファベットを後ろにずらす」のが暗号化アルゴリズムです。

ただし、実際は暗号が見破られないように、より複雑なプログラミングをおこないます。

一般的な暗号アルゴリズムは、暗号を読み解くための鍵が必要です。

この鍵が長いほど暗号の強度が上がり、第三者に読み取られる心配がなくなります。

誰もが活用している日常のアルゴリズムとは

アルゴリズムは、カーナビやおつりの計算など、身近なシーンで使われています。

ここでは、日常生活で活用されているアルゴリズムを紹介します。

カーナビのルート案内

カーナビで目的地までの経路を検索すると、もっとも時間がかからないルートが表示されます。

このルートを割り出すには、渋滞情報や事故情報などをもとに、どのルートが一番早いかを計算しているのです。

カーナビのアルゴリズムには、ダイクストラ法が利用されています。

ダイクストラ法とは、スタート地点からいくつかの線が集まる接続点までの最短経路を探します。

続いて、接続点から次の接続点までの最短経路を探し、最終的にゴール地点へたどり着く方法です。

検索結果の表示

Googleなどの検索エンジンで表示される検索結果にも、アルゴリズムが使用されています。

検索結果はランダムに表示されるわけではなく、利用者のニーズを満たせる検索結果が上位に表示されるアルゴリズムが組まれています。

Googleのアルゴリズムの場合、ページの関連性や情報の網羅性・専門性・権威性など、さまざまな要素があります。

260以上の要素をもとに順位を決定していると言われていて、ユーザーのニーズに合うように常にアルゴリズムが改善されています。

買い物での支払い

買い物の支払いでは、意識せずにアルゴリズムを活用しています。

財布の中に、次のようなお金が入っているとします。

・1000円札:1枚

・500円玉:1枚

・100円玉:3枚

・50円玉:3枚

・10円玉:5枚

例えば支払金額が500円で、財布の中の小銭を減らしたい場合、10円玉を5枚・50円玉を3枚・100円玉を3枚で支払うと、もっとも小銭が少なくなります。

1000円札で支払うとお金を出す手間は減りますが、小銭が増えるため、当初の目的を達成できません。

このように支払いの際に、誰もが考えていることもアルゴリズムの一種です。

アルゴリズムを活用するメリット

アルゴリズムを活用すると、作業のマニュアル化や問題点の発見が可能です。

ここでは、アルゴリズムを活用するメリットを解説します。

作業をマニュアル化できる

アルゴリズムは、「AのときはBをする」と決められているため、誰が作業をしても同じ結果になります。

ビジネス上の作業についてアルゴリズムを作成すれば、ベテラン社員でもアルバイトでも、誰でもできるようにマニュアル化が可能です。

つまり、効率的なアルゴリズムを作成すると、初心者でも熟練した作業員と同じ成果を出すことができて、生産性を向上させられるわけです。

作業の問題点を発見できる

アルゴリズムは、作業の問題点を発見するのにも役立ちます。

例えば、倉庫で荷物を梱包する際に、以下の手順で作業をするとします。

  1. 段ボールを組み立てる
  2. 荷物を入れて梱包材で保護する
  3. ガムテープで封をする

この手順の通りに作業をして、荷物の破損が発生した場合は、作業内容を見直すことが大切です。

原因が梱包材不足であれば、②の手順を「梱包材を隙間なく敷き詰める」などに書き換えます。

作業内容にアルゴリズムの要素を取り入れると、問題点の把握が容易になり、作業の質を高めていけるでしょう。

プログラミングが上達する

アルゴリズムは、プログラミングの基礎とも言える要素です。

アルゴリズムを理解すると最適なコードを書けるようになり、システムの性能が向上します。

効率的で高速な処理ができるコードを書けると、有能なプログラマーと評価されて出世などにも影響するでしょう。

アルゴリズムの学習はプログラマーとしての第一歩であり、技術を向上させるために不可欠なものです。

まとめ

アルゴリズムとは、目標を達成するための作業手順です。

プログラミングでは、効率的なコードを書けば処理時間が短くなるので、アルゴリズムは必須の学習項目です。

身近な例では、カーナビや検索結果の表示・買い物での支払いなどにも、アルゴリズムは活用されています。

アルゴリズムは、問題点の発見や作業の標準化などにも活用でき、ビジネスのみではなくさまざまな分野で使われています。

アルゴリズムを理解するとプログラマーとしてのスキルが上がるため、ぜひ意欲的に学習してください。

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