Phase 1 | Week 2: データ構造と計算量 | プロジェクト・ミーミル

プログラムを支えるデータ構造と計算量の考え方を、面接官の視点で扱う勉強会の資料です。

なぜ処理を関数に分けるのかという構造化の意義から入り、配列・連結リスト・スタック・キュー・ハッシュ・木といった代表的なデータ構造のトレードオフを比較します。後半は Big-O 記法で計算量・空間計算量を語れるようになることを目標に、コードを見て計算量を見積もり、改善方法まで示す練習をします。

ねらいは、用語を覚えるのでなく「この場面でなぜこのデータ構造を選ぶか」を自分の言葉で説明できる状態にすること。候補者の回答について、良い回答と不十分な回答の違いをどこで見分けるかも合わせて示します。

▼ プロジェクト・ミーミルとは
TLE（テックリードエンジニア）および技術面接官の育成を目的としたプログラムです。コンピュータ・ネットワーク・Web の基礎を体系的に学び直し、暗記ではなく「なぜそうなっているか」を自分の言葉で説明できる状態を目指します。週1回の勉強会で基礎から専門領域までを順番に扱い、技術面接で候補者の力を原理から正しく評価できる面接官を育てます。

Transcript

1. Week 2: データ構造と計算量 プロジェクト・ミーミル Phase 1 / 全15回 プロジェクト・ミーミル | Week 2 1
2. 今日のゴール 1. 構造化の意義を自分の言葉で説明できる — なぜ関数に分けるのか 2. データ構造のトレードオフを面接で問える — 良い回答と不十分な回答の違い 3. Big-O記法で計算量を語れる — コードを見て計算量を判断し、改善方法を示せる プロジェクト・ミーミル | Week 2 2
3. 今日のアジェンダ 時間 パート 分 0:00 Week 1 振り返り 5分 0:05 構造化プログラミング 5分 0:10 データ構造のトレードオフ 12分 0:22 計算量と空間計算量 13分 0:35 プチテスト 10分 0:45〜 質疑・まとめ（バッファ） 残り時間 プロジェクト・ミーミル | Week 2 3
4. Week 1 振り返り 2進数: 各桁の重み（1, 2, 4, 8...）を足していく 2の補数: ビット反転+1。ALUに足し算の仕組みさえあれば引き算もできる 浮動小数点: 0.1は2進数だと無限循環小数。打ち切りが誤差の正体 命令実行サイクル: フェッチ → デコード → 実行 → ストア プロジェクト・ミーミル | Week 2 4
5. 構造化プログラミング さらっと確認 プロジェクト・ミーミル | Week 2 5
6. なぜ構造化するのか // 1つの関数に全部入ってる（100行） function handleSubmit(data: FormData) { // バリデーション → API呼び出し → エラー処理 → UI更新... } // 責務ごとに分割 function validateForm(data: FormData): ValidationResult { ... } function submitToAPI(data: FormData): Promise<Response> { ... } function handleError(error: Error): void { ... } 面接で聞くポイント: 「なぜ関数に分けるんですか？」 → 「見やすくなる」だけでは△。影響範囲の局所化・テスト容易性まで言えるか プロジェクト・ミーミル | Week 2 6
7. データ構造のトレードオフ 面接官の視点で考える プロジェクト・ミーミル | Week 2 7
8. 面接問題①: 配列と連結リストの違い 「配列と連結リストの違いを説明してください」 皆さんが面接官だとして、この質問をしたとき: 良い回答とはどんな回答？ 不十分な回答とはどんな回答？ まず考えてみてください。 プロジェクト・ミーミル | Week 2 8
9. 面接問題①: 良い回答 配列: [A][B][C][D][E] ← メモリ上に連続して並ぶ ↑ インデックスで一発（速い） ← 挿入すると全部ずらす（遅い） 連結リスト: [A]→[B]→[C]→[D]→[E] ← 参照で数珠つなぎ ↑ 先頭からたどる（遅い） ← 参照を付け替えるだけ（速い） 得意・不得意が逆。何を重視するかで使い分ける → ◎ プロジェクト・ミーミル | Week 2 9
10. 面接問題①: 不十分な回答 / 深掘り 不十分な回答: 「配列は添字で、連結リストはポインタで…」 （構造の説明のみ、トレードオフが ない） 深掘り: 「検索が多い場合はどちらが有利？」 「先頭に要素を追加する処理が多い場合は？」 プロジェクト・ミーミル | Week 2 10
11. ちょっと先に: Big-O記法とは 処理の速さを表す指標。この後詳しくやりますが、先に2つだけ: O(1) = データ量に関係なく一発 O(n) = データ量に比例して遅くなる プロジェクト・ミーミル | Week 2 11
12. 面接問題②: ハッシュテーブル 「Go の map（または JS の Object）のアクセスが O(1) なのはなぜですか？」 users := map[string]string{ "fukami": "MP", "ono": "MP", "matsuo": "Converter", } fmt.Println(users["fukami"]) // → "MP" （O(1)） 仕組み: キー → ハッシュ関数 → インデックス → 直接アクセス プロジェクト・ミーミル | Week 2 12
13. その他のデータ構造（面接で聞くポイントだけ） データ構 造 ポイント 皆さんに身近な例 スタック 関数が積まれて、上から順に戻 る コールスタック（Week 1） キュー 先に入れたものから先に処理 非同期処理の実行順 木構造 親子関係で階層的に繋がる DOM ツリー、コンポーネントツリ ー プロジェクト・ミーミル | Week 2 13
14. 計算量と空間計算量 今日の絶対ライン プロジェクト・ミーミル | Week 2 14
15. Big-O記法とは 入力サイズ n が大きくなったとき、処理回数がどう増えるか 記法 名称 n=100万のとき O(1) 定数時間 1回 O(log n) 対数時間 約20回 O(n) 線形時間 100万回 O(n log n) 線形対数 約2000万回 O(n²) 二乗時間 1兆回 プロジェクト・ミーミル | Week 2 15
16. ワーク: このコードの計算量は？ // コードA func sum(arr []int) int { total := 0 for _, v := range arr { total += v } return total } // コードB func hasDuplicate(arr []int) bool { for i := 0; i < len(arr); i++ { for j := i + 1; j < len(arr); j++ { if arr[i] == arr[j] { return true } } } return false } コードA と コードB、それぞれの計算量は？ なぜ？ プロジェクト・ミーミル | Week 2 16
17. 面接問題③: 二分探索の時間計算量・空間計算量 func searchInArray(array []int, target int) int { left, right := 0, len(array)-1 for left <= right { mid := left + (right-left)/2 if array[mid] == target { return mid } else if array[mid] < target { left = mid + 1 } else { right = mid - 1 } } return -1 } このコードの時間計算量と空間計算量は？ なぜ？ （スキルテストの実際の出題問題です） プロジェクト・ミーミル | Week 2 17
18. 空間計算量 そのアルゴリズムを動かすのにメモリの箱をどのくらい使うか 面接で聞いたとき、候補者にこう答えてほしい: 「使っている変数は left, right, mid の3つだけで、 入力サイズが大きくなっても増えないので O(1) です」 O(n) と答える候補者が多い（配列自体のメモリと混同） → 「引数の配列は除いて、計算のために新たに必要なメモリで考えてください」 → この補足で訂正できるかも評価材料 プロジェクト・ミーミル | Week 2 18
19. プチテスト プロジェクト・ミーミル | Week 2 19
20. プチテスト 問題数: 7問（選択式5問 + 記述式2問） 制限時間: 10分 記述式は2〜3分で書ける内容です プロジェクト・ミーミル | Week 2 20
21. まとめ・次回予告 今日のポイント 構造化: 影響範囲の局所化・テスト容易性まで言えるか データ構造: 計算量ベースでトレードオフを語れるか 計算量: コードを見て O(n) か O(n²) かを判断できるか 次回: Week 3「ネットワーク」 プロトコルレイヤー、TCP/IP、DNS、HTTP 今日学んだハッシュテーブルの仕組みが DNS のキャッシュにも使われている プロジェクト・ミーミル | Week 2 21
22. 自習リソース リソース 内容 プログラミングの宝箱 第2版 配列・リスト・ソート・探索の章 Big-O Cheat Sheet 各データ構造・アルゴリズムの計算量一覧 体系的なインプット データ構造、計算量・空間計算量、アルゴリズム プロジェクト・ミーミル | Week 2 22