2 年: しくみを知る

アルゴリズムとデータ構造は、多くの大学で 2 年の中心になる科目です。データ構造は、データを「どんな形でしまうか」の工夫です。しまい方しだいで、同じ探しものでも速さが大きく変わります。

たとえば 100 万件の名簿から 1 人を探すとき、先頭から順に見ると、最悪で 100 万回の比較が必要です。名前順に並べておけば、真ん中と比べて範囲を半分にしていく二分探索で、20 回以内に見つかります。

ブラウザの「戻る」ボタンは、最後に入れたものから取り出すスタックで作れます。印刷の順番待ちは、先に入れたものから取り出すキューです。授業では、こうした形を自分でプログラムに書き、速さを測って比べます。

コンピュータの中では、すべての計算が電気の「ある・ない」、つまり 1 と 0 の組み合わせで行われています。1 と 0 を組み合わせる部品が論理ゲートで、基本は AND・OR・NOT の 3 つです。

AND は「両方 1 のときだけ 1」、OR は「どちらかが 1 なら 1」、NOT は「反対にする」部品です。これらを組み合わせると、2 進数の足し算をする回路が作れます。1 + 1 は 2 進数で 10 になり、桁上がりも回路で表せます。

授業では、回路を紙の上で設計し、入力と出力の組み合わせを全部並べた真理値表で確かめます。京都大学の情報学科の計算機科学コースのように、2 年の実験で論理素子を使って回路の基礎を学ぶ大学もあります。

確率・統計は、データのばらつきや偶然の大きさを数字で扱う科目です。身近な例が天気予報の降水確率です。気象庁の説明では、18 時から 24 時の降水確率が 20% のとき、1 mm 以上の雨が降る可能性は 100 回中 20 回です。

情報系で確率・統計が欠かせないのは、AI やデータ分析の多くが「もっともらしい答え」を確率で選ぶしくみだからです。迷惑メールの判定や音声の聞き取りも、確率の計算で動いています。

授業では、平均や分散、正規分布から始めて、2 つの結果の差が偶然かどうかを確かめる検定まで学びます。Web サービスが 2 つの画面の案を比べる A/B テストも、この考え方を使っています。