問題を解く魔法：アルゴリズムって何？

はじめに

「アルゴリズム」という言葉、難しそうですね。

でも実は、私たちは毎日アルゴリズムを使っています！

アルゴリズムとは「問題を解く手順」のこと。 より良い方法を見つける「魔法の考え方」なんです。

日常生活のアルゴリズム

身の回りのアルゴリズム

つまり、「より良い方法を考えること」がアルゴリズムなんです！

アルゴリズムの基本的な考え方

1. 問題を小さく分ける

大きな問題は、小さな問題に分けて解決！

問題：100個のお菓子を10人で分ける

アルゴリズム1（素朴な方法）：
1. 1個ずつ配る
2. 10人に配り終わったら、また1個ずつ配る
3. 100個なくなるまで繰り返す
→ 100回配る作業が必要...

アルゴリズム2（効率的な方法）：
1. 100 ÷ 10 = 10個ずつと計算
2. 各人に10個ずつ渡す
→ 10回配るだけで完了！

2. パターンを見つける

繰り返しや規則性を見つけて、簡単にする！

問題：1から100までの合計を求める

アルゴリズム1（素朴な方法）：
1 + 2 + 3 + ... + 99 + 100
→ 99回の足し算が必要...

アルゴリズム2（賢い方法）：
パターンを発見！
1 + 100 = 101
2 + 99 = 101
3 + 98 = 101
...
50 + 51 = 101

101が50個あるので：101 × 50 = 5050
→ 1回の掛け算で完了！

有名なアルゴリズムを体験

1. 並び替え（ソート）のアルゴリズム

バブルソート（泡のように浮かび上がる）

// 数字を小さい順に並べたい
数字 = [3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6]

バブルソートの手順：
1. 隣同士を比較
2. 大きい方を右に移動
3. これを繰り返す

実行過程：
[3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6]
 ↓ 3と1を比較 → 入れ替え
[1, 3, 4, 1, 5, 9, 2, 6]
    ↓ 3と4を比較 → そのまま
[1, 3, 4, 1, 5, 9, 2, 6]
       ↓ 4と1を比較 → 入れ替え
...（続く）

最終的に：[1, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 9]

2. 探索のアルゴリズム

二分探索（半分ずつ絞り込む）

// 1から100の中から、相手が考えた数を当てる

素朴な方法：
「1ですか？」「2ですか？」「3ですか？」...
→ 最悪100回かかる

二分探索：
「50より大きい？」→ はい
「75より大きい？」→ いいえ
「62より大きい？」→ はい
「68より大きい？」→ いいえ
「65より大きい？」→ いいえ
「63ですか？」→ 正解！

→ たった6回で当てられた！

3. 最短経路のアルゴリズム

迷路を解く

スタート → ゴールの最短ルートを見つける

右手法（簡単だけど遠回りかも）：
1. 右手を壁につける
2. 壁に沿って進む
3. いつかはゴールに着く

幅優先探索（確実に最短）：
1. スタートから1歩で行ける場所を全て調べる
2. 2歩で行ける場所を全て調べる
3. 3歩で行ける場所を全て調べる
...
ゴールに着いたら、それが最短ルート！

実践的なアルゴリズム

1. じゃんけん必勝法？

// 相手の癖を分析するアルゴリズム
相手の履歴 = []

じゃんけんアルゴリズム：
1. 相手の過去の手を記録
2. 一番多く出している手を分析
3. それに勝つ手を出す

例：
相手の履歴 = [グー, グー, パー, グー, チョキ, グー]
→ グーが4回（一番多い）
→ 次もグーの可能性が高い
→ パーを出す！

2. おつりの計算アルゴリズム

// なるべく少ない枚数でおつりを渡す

金額 = 768円のおつり（1000円 - 232円）

貪欲法アルゴリズム：
1. 一番大きい硬貨から使う
2. 使えるだけ使う
3. 次に大きい硬貨へ

実行：
500円玉：1枚使える（残り268円）
100円玉：2枚使える（残り68円）
50円玉：1枚使える（残り18円）
10円玉：1枚使える（残り8円）
5円玉：1枚使える（残り3円）
1円玉：3枚使える

結果：合計8枚

3. 時間割作成アルゴリズム

// 好きな授業をなるべく多く受ける

授業リスト = [
  {名前: "プログラミング", 開始: 9, 終了: 10},
  {名前: "数学", 開始: 9, 終了: 11},
  {名前: "英語", 開始: 10, 終了: 11},
  {名前: "理科", 開始: 11, 終了: 12},
  {名前: "体育", 開始: 11, 終了: 13}
]

アルゴリズム：
1. 終了時間が早い順に並べる
2. 時間が重ならないものを選ぶ

結果：
- プログラミング（9-10）✓
- 英語（10-11）✓ 
- 理科（11-12）✓
→ 3つ受けられる！

アルゴリズムの評価

どちらが良いアルゴリズム？

例：1から10の合計

// アルゴリズム1：順番に足す
合計 = 0
1から10まで繰り返す：
  合計に足す
→ 分かりやすい！でも10回の計算

// アルゴリズム2：公式を使う
合計 = 10 × (10 + 1) ÷ 2
→ 速い！でも公式を知らないと...

// どちらも正解！場面によって使い分け

自分でアルゴリズムを作ろう

問題：宝探しゲーム

10×10のマス目に宝が1つ隠されています。 効率的に見つけるアルゴリズムを考えてください。

左上から右へ順番に調べる
→ 最悪100マス調べる必要がある

効率：★☆☆
確実性：★★★

ランダムに選んで調べる
→ 運が良ければ1回、悪ければ100回

効率：？？？
確実性：★★★

中心から渦巻き状に調べる
→ 宝が中心付近にある可能性に賭ける

効率：★★☆
確実性：★★★

1. 全体を4つに分ける
2. ヒントをもらう（どの区画にあるか）
3. その区画をさらに4つに分ける
4. 繰り返す

効率：★★★
確実性：★★★

よくある質問

Q: アルゴリズムは暗記するもの？

A: いいえ！大切なのは「考え方」を理解すること。

• 基本的なパターンを知る
• 自分で工夫してみる
• より良い方法を探す習慣

Q: 一番良いアルゴリズムは？

A: 場面によって違います！

• 速さが大事？
• 分かりやすさが大事？
• メモリの節約が大事？

目的に合わせて選びましょう。

練習問題

問題1：本の整理

30冊の本を、背の高さ順に並べたい。 効率的な方法を考えてください。

問題2：友達探し

クラス30人の中から、誕生日が同じ友達を見つけたい。 効率的な方法を考えてください。

実践演習：CommandPlaygroundで体験

今日のまとめ

次回予告

次のレッスンでは、「AIと一緒にプログラミング」を学びます。

• AIは優秀な助手
• 人間の創造性 × AIの処理能力
• 新しい時代のプログラミング

AIと協力して、もっと楽しくプログラミングする方法を身につけましょう！

チャレンジ問題

ミッション：最強のじゃんけんAIを作る

じゃんけんで勝つためのアルゴリズムを設計してください。

条件：

• 相手の過去の手を分析できる
• パターンを見つけて予測する
• ランダム要素も加える（読まれないように）

ヒント：

• 人間には癖がある（同じ手を連続で出す、など）
• 直前に負けた手を次に出す傾向がある
• 3回に1回はランダムにすると読まれにくい

じゃんけんAIアルゴリズム：

// データ収集
相手の履歴 = []
勝敗履歴 = []

// パターン分析
関数 次の手を予測()：
    // パターン1：直前の手の次に出しやすい手
    もし 相手の最後の手 == "グー" なら
        次は "チョキ" の可能性60%
    
    // パターン2：負けた後の傾向
    もし 直前に負けた なら
        相手は同じ手を出す可能性40%
    
    // パターン3：連続パターン
    もし 相手が2回同じ手 なら
        次は違う手の可能性80%
    
    予測を返す

// 戦略決定
関数 AIの手を決める()：
    ランダム値 = 0〜100の乱数
    
    もし ランダム値 < 70 なら
        // 70%は予測に基づく
        予測 = 次の手を予測()
        予測に勝つ手を返す
    そうでなければ
        // 30%はランダム（読まれない）
        ランダムな手を返す

// 学習機能
関数 結果を記録(相手の手, AIの手, 結果)：
    相手の履歴に追加
    勝敗履歴に追加
    パターンを更新

素晴らしい！アルゴリズムの考え方が身につきました。これで、どんな問題にも「より良い解決方法」を見つけられるようになりました。プログラマーとしての「考える力」が育ちましたね！