一次元配列をマスターしよう！基本情報技術者試験の科目B対策

2024年9月14日 13:24

1. 基本情報技術者試験の科目Bの試験範囲について

基本情報技術者試験の概要
基本情報技術者試験（FE）は、ITエンジニアの基礎力を評価する国家試験であり、ITの基本的な知識からプログラミング、アルゴリズム、ネットワーク、セキュリティまで幅広くカバーしています。試験は「科目A」と「科目B」に分けられます。

科目Bの内容と出題傾向
科目Bは選択肢問題で構成されており、主にアルゴリズムとプログラミングに関連する問題が出題されます。この科目では、プログラムのロジックを正確に読み解き、最適な選択肢を選ぶ能力が求められます。出題範囲にはデータ構造やアルゴリズムの基本が含まれ、配列、リスト、スタック、キューなどが頻繁に登場します。

配列の重要性
配列は、プログラミングにおいて基本的かつ重要なデータ構造です。特に一次元配列はその最も単純な形であり、データの格納や操作に広く利用されます。一次元配列の理解は、アルゴリズムの設計やプログラムの効率化に直結するため、基本情報技術者試験でも重点的に問われるトピックです。

2. 一次元配列とは何か

配列の基本概念
配列とは、同じデータ型の要素を一つにまとめて管理するためのデータ構造です。要素は連続したメモリ領域に格納され、それぞれの要素にはインデックス（添え字）を使ってアクセスすることができます。配列を使うことで、複数のデータを効率的に操作できるようになります。

一次元配列の定義と構造
一次元配列は、最も基本的な配列の形で、線形に並んだ要素の集まりです。要素の個数（配列の長さ）はあらかじめ決められており、各要素は1から始まるインデックスでアクセスされます。たとえば、整数を格納する一次元配列を定義する場合、次のように表現されます（擬似コード）：

整数型 配列 = [10, 20, 30, 40]

この配列には4つの整数が格納されており、それぞれのインデックスは次の通りです：

配列[1] = 10
配列[2] = 20
配列[3] = 30
配列[4] = 40

メモリ上の配置
一次元配列は、メモリ上で連続した領域に格納されます。これにより、インデックスを使って即座に任意の要素へアクセスすることが可能です。たとえば、インデックスiにある要素にアクセスする場合、配列の先頭アドレスにiを加えることで目的の要素に直接アクセスできます。この特性が配列の高速なデータアクセスを可能にしている要因です。

3. 一次元配列の活用例

データの格納とアクセス
一次元配列は、データを効率的に格納し、アクセスするための基本的な手段です。たとえば、テストの点数や商品の価格リストなど、同じ種類のデータを連続的に扱う場合に一次元配列が使われます。配列にデータを格納することで、インデックスを利用して特定のデータに直接アクセスできるため、繰り返し処理や検索が容易になります。

整数型 scores = [80, 90, 75, 85, 95]
整数型 total = 0
整数型 i

// 合計点を計算する
for (i = 1 から scoresの長さ まで)
    total = total + scores[i]
end for

この例では、5人のテストの点数を一次元配列に格納し、その合計を計算しています。各要素に1から始まるインデックスを使ってアクセスしている点に注目してください。

ソートアルゴリズム（バブルソートや選択ソート）
一次元配列はソートアルゴリズムの実装に頻繁に利用されます。たとえば、バブルソートは隣り合う要素を比較し、順番が逆であれば交換する操作を繰り返すことで、配列を昇順または降順に並べ替えるアルゴリズムです。

procedure BubbleSort(整数型 array, 整数型 length)
    整数型 i, j
    for (i = 1 から length - 1 まで)
        for (j = 1 から length - i まで)
            if array[j] > array[j + 1]
                // 要素の交換
                整数型 temp = array[j]
                array[j] = array[j + 1]
                array[j + 1] = temp
            end if
        end for
    end for
end procedure

このバブルソートの例では、一次元配列の要素を使って隣接するデータの交換を行い、配列全体を整列しています。

検索アルゴリズム（線形探索）
一次元配列はデータの検索にも利用されます。線形探索は、配列の先頭から順に要素を調べて目的の値を探すシンプルなアルゴリズムです。

procedure LinearSearch(整数型 array, 整数型 length, 整数型 target)
    整数型 i
    for (i = 1 から length まで)
        if (array[i] = target)
            // target が見つかる
            return i
        end if
    end for
    // targetが見つからない
    return -1
end procedure

この線形探索の例では、指定した目標値が配列内のどこにあるかを探しています。

4. 一次元配列の例題

例題1: 配列の合計を求める

問題：
5つの整数が格納された一次元配列があります。この配列の要素の合計を求めてください。配列の値は次の通りです：5, 8, 12, 20, 15。

解説と回答：
配列の全ての要素を順に足し合わせて合計を求めます。

整数型 array = [5, 8, 12, 20, 15]
整数型 sum = 0
整数型 i

for (i = 1 から arrayの長さ まで)
    sum = sum + array[i]
end for

output "合計: " + sum

結果：
このプログラムを実行すると、合計は5 + 8 + 12 + 20 + 15 = 60となります。

例題2: 最大値を求める

問題：
次の整数が格納された一次元配列の中から最大値を見つけてください。配列の値は次の通りです：3, 7, 2, 9, 4。

解説と回答：
配列の最初の要素を仮の最大値とし、残りの要素を順に比較していきます。より大きな値が見つかれば、それを新たな最大値とします。

整数型 array = [3, 7, 2, 9, 4]
整数型 max_value = array[1]
整数型 i

for (i = 2 から arrayの長さ まで)
    if (array[i] > max_value) 
        max_value = array[i]
    end if
end for

output "最大値: " + max_value

結果：
このプログラムを実行すると、最大値は9となります。

例題3: 指定した値の出現回数を数える

問題：
次の整数が格納された一次元配列において、指定した値が何回出現するかを数えてください。配列の値は次の通りです：4, 6, 4, 2, 4、そして指定した値は4です。

解説と回答：
配列の各要素を走査し、指定した値と一致する場合にカウントを増やします。

整数型 array = [4, 6, 4, 2, 4]
整数型 target_value = 4
整数型 count = 0
整数型 i

for (i = 1 から arrayの長さ まで)
    if (array[i] = target_value)
        count = count + 1
    end if
end for

output "出現回数: " + count

結果：
このプログラムを実行すると、指定した値4の出現回数は3回となります。

5. まとめ

一次元配列はプログラミングの基礎であり、データを効率的に管理・操作するために頻繁に使用されるデータ構造です。基本情報技術者試験の科目Bでも、この一次元配列の理解が問われることが多く、しっかりと理解しておくことが重要です。

この記事では、以下の内容を学びました：

一次元配列の基本概念：一次元配列は、同じデータ型の要素を連続して格納するためのデータ構造であり、インデックスを使って個々の要素にアクセスします。
一次元配列の活用例：データの格納・アクセスから、ソートアルゴリズム（バブルソートなど）、検索アルゴリズム（線形探索）まで、さまざまな操作に使われます。
例題：実際にプログラミングの観点から、合計値の計算、最大値の検索、特定の値の出現回数のカウントなど、一次元配列の基本操作について学びました。

一次元配列の理解は、より高度なデータ構造（多次元配列、リスト、スタック、キューなど）やアルゴリズムの学習にもつながります。基本情報技術者試験の科目Bでは、これらの基礎をしっかりと押さえておくことが、試験対策のポイントとなります。

試験対策のポイント：

一次元配列の基本的な使い方（要素へのアクセス、データの更新など）を確実にマスターしましょう。
ソートや検索といったアルゴリズムを、一次元配列でどのように実装するかを理解しましょう。
過去問や練習問題を解いて、配列の操作に慣れておくと、実践的なスキルが身につきます。