アルゴリズムを学ぶ方法とは？おすすめのリソースを紹介！

アルゴリズムとは、課題を解決するための一連の手順や計算方式を指します。
アルゴリズムは難解なものだと思われがちですが、実際には効率的に作業を遂行するための確立された方法論なのです。
例えば、プログラミングにおいてランダムに並んだ数値を特定のルールに基づき並び替える場合の手順もアルゴリズムに含まれます。

本稿では、アルゴリズムの定義や学習する意義について説明します。
さらに、アルゴリズムを学習できる

• Webサイト
• 参考書籍

も紹介します。

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そもそもアルゴリズムとは

プログラミングにおいて、アルゴリズムは問題解決のための手順や計算方法を指します。
コンピュータプログラムは多くの命令の組み合わせで構成されており、特定の課題に対処するための一連の命令の組み合わせがアルゴリズムと呼ばれます。

• 既存のものだけでなく、新たに設計される処理手順もアルゴリズムに含まれます。

プログラマーには様々なアルゴリズムを理解し、状況に応じて適切に活用できる能力が求められます。
アルゴリズムを上手に利用することで、効率的で信頼性の高いプログラムを開発することができるでしょう。
日常生活でも問題解決の手順や方法としてアルゴリズムという言葉が使われることがありますが、ここでは主にプログラミングにおけるアルゴリズムについて説明しています。

アルゴリズムを勉強する意味

データ構造の仕組みを把握できる
アルゴリズムを学ぶことで、データ構造の仕組みを理解することができます。データ構造とは、データの格納方法や操作方法を定義したものです。

• スタック
• キュー
• リスト
• ツリー
• ハッシュテーブル

などがよく知られたデータ構造です。これらのデータ構造は、アルゴリズムによって実装されています。アルゴリズムを学ぶことで、データ構造の内部動作を理解できるようになります。

プログラムの実行速度に大きな影響を及ぼす
アルゴリズムの良し悪しは、プログラムの実行速度に大きな影響を与えます。効率の良いアルゴリズムを使えば、プログラムの実行速度が向上します。一方、非効率的なアルゴリズムを使うと、プログラムの実行速度が遅くなってしまいます。

アルゴリズムの効率は、時間複雑度と空間複雑度で評価されます。

効率的なアルゴリズムを設計することが、高速で省メモリなプログラムを実現する上で重要になります。

データ構造について学ぶことができる

データの効率的な取り扱い方法や構造をデータ構造と呼びます。

• 配列、連結リスト、キューなど、様々な種類のデータ構造が存在し、それぞれ特性が異なります。

アルゴリズムとデータ構造は密接な関係にあり、アルゴリズムを策定する際、データをどのように保持するかをデータ構造によって決定することがほとんどです。
また、コンピューター内部におけるデータの保管方式もデータ構造によって定められています。
アルゴリズムを学ぶことで、データ構造の理解が深まります。
例えば、データには多種多様な種類があり、これらをソートする際、アルゴリズムの知見があれば、プログラミングにおいて最適なソートアルゴリズムを選択できるはずです。

プログラミングにおける処理速度への影響要因

プログラミングにおける処理の速さは、アルゴリズムの理解度に左右されます。
手順次第で処理時間が大きく変わる可能性があるためです。
アルゴリズムに精通していれば、効率的なコーディングが可能になり、作業を迅速に進められます。
一方、アルゴリズムを把握していないと、ゼロベースでプログラミングを行わざるを得ず、生産性の高い作業ができません。
結果として、多大な時間を無駄にしてしまうことになります。
様々な場面で活躍したいプログラマーにとって、アルゴリズムの習得は活躍の幅を広げるだけでなく、高品質な成果物を短期間で生み出せるようになる重要な要素なのです。

アルゴリズムを勉強できるWebサイト

計算手順をウェブサイトを利用することで、簡単かつ実効性の高い学習が可能になります。
計算手順を習得できるウェブサイトは以下の4つが挙げられます。

• AtCoder
• VisuAlgo
• アルゴロジック
• Paizaラーニング

それぞれについて詳しく見ていきましょう。

AtCoder

AtCoderは初心者向けのプログラミング学習教材です。この教材は年齢層を問わず、プログラミングの基礎を習得したい方に適した内容となっています。
丁寧な解説が施されているため、他の教材で躓いた経験がある方でも、この教材を活用することで学習を進めることができるでしょう。
AtCoderではプログラミングの基礎知識を幅広く身に付けられるため、プログラミングの基礎スキルを身に付けたい方はもちろん、ゲーム開発を目指している方にもおすすめできます。
本教材は以下の4つの章から構成されています。

• 「第1章 基本文法」
• 「第2章 複雑な計算処理の書き方」
• 「第3章 競技プログラミングに役立つ知識」
• 「第4章 今まで説明していなかったこと」

VisuAlgo

アルゴリズムの理解を深めるには、視覚的な学習方法が効果的であると言われています。VisuAlgoは、アニメーションを活用してアルゴリズムを視覚化し、学習を支援するサイトです。
このサイトは当初、シンガポール国立大学の学生向けに開発されましたが、日本語にも対応しているため、国内の大学生や社会人にとっても有益なリソースとなり得ます。
VisuAlgoでは、以下のことが可能です。

• ソースコードとデータの動きを追跡すること
• アルゴリズムの仕組みを深く理解すること

アルゴロジック

アルゴロジックは、JEITAが開発したプログラミング教育用のゲームアプリケーションです。
ゲームの要素を取り入れているため、勉強が苦手な人でも楽しみながら学習できます。

• 初心者から上級者まで、幅広いレベルの学習者が対象となっています。
• 自分のスキルに合わせて段階的に難易度を上げていける構成になっており、分かりやすさも高く評価されています。

Paizaラーニング

Paizaラーニングは主に初心者から中級者を対象とし、プログラミングやアルゴリズムに関する様々な講座を無償で受講することができます。
短い動画で概要を把握した後、演習問題を解くことで理解をさらに深めていくことが可能です。

アルゴリズムの講座には以下の2つがあります。

• 「新・アルゴリズムとデータ構造入門 Java編」

• 「アルゴリズム入門編」

アルゴリズムを勉強できる書籍

アルゴリズムの知識を得る手段として、文献を活用することができます。アルゴリズムの理解を深めるための推奨図書は以下の4点です。

• 絵で視覚的に26のアルゴリズムを解説した「アルゴリズム図鑑」
• アルゴリズムの基礎から学べる「アルゴリズムを、はじめよう」
• Pythonを用いてアルゴリズムを体系的に学べる「Pythonで学ぶアルゴリズムの教科書」
• 強力な9つのアルゴリズムを紹介した「世界でもっとも強力な9のアルゴリズム」

それぞれの書籍について、詳しく見ていきましょう。

アルゴリズム図鑑 絵で見てわかる26のアルゴリズム

この本は、アルゴリズムを視覚的に理解できるよう、カラフルな図解を用いて解説しています。
平易な言葉で書かれているため、初心者でも取り組みやすくなっています。
各トピックがコンパクトにまとめられているので、空き時間や移動中にも学習できます。
アルゴリズムやデータ構造、ソートの基本概念から丁寧に説明されているため、アルゴリズム入門の教材として最適です。

アルゴリズムを、はじめよう

この本は初心者向けに書かれており、専門的な内容を学ぶ前に一読することで、応用的な概念を理解しやすくなります。
プログラミング言語の解説も充実しているため、プログラミングからアルゴリズムまで一貫して全体像を把握したい人にも適しています。
アルゴリズムについては

• 図解による説明に加え
• 考え方についても丁寧に解説されています。

アルゴリズムの教科書 一生モノの知識と技術を身につける

この書籍は、プログラミング言語Pythonを活用しながら、IT技術者として押さえておくべき主要なアルゴリズムについて学ぶことができる入門向けの一冊です。

• スタック
• キュー
• 木構造
• 検索アルゴリズム
• ハッシュ

などの基本的な概念が、わかりやすい解説とともに紹介されています。
説明には図解が用いられているため、視覚的にも理解を深めやすくなっています。
さらに、実践的な例題が掲載されているため、自身の習熟度を確認しつつ、着実に学習を進めることができます。

世界でもっとも強力なアルゴリズム

この書籍は、現代社会に有益な9つのアルゴリズムを選り抜いて紹介しています。
各章では図解を交えながら、それぞれのアルゴリズムについて丁寧に解説されています。

• 日常生活でも活用されている計算や暗号化に関するアルゴリズムが取り上げられているため、初心者でも理解しやすい内容となっています。
• さらに、世間で広く利用されているアルゴリズムが多数紹介されているため、アルゴリズムの全体像を把握したい方にもおすすめの一冊です。

まとめ

プログラミングの世界に足を踏み入れようとする人にとって、言語の習得や業務経験の蓄積は必須事項です。
しかし、アルゴリズムの理解も求められると、負担に感じる人もいるでしょう。
初心者にはアルゴリズムは必要ありません。
まずは言語の習得と基礎業務に慣れることから始めましょう。
アルゴリズムの学習は、中級者レベルに達した頃が適切なタイミングです。
上級者になるにつれ、アルゴリズムの知識と考え方は役立ち、理解を深めるのに有益です。
学習教材は、本記事で紹介したWebサイトや書籍のほか、自分に合ったものを探してみてください。

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本記事がお役に立てば幸いです。