プログラミングの基礎

1. 変数とデータ型 ― 値を入れておく「箱」

プログラムの中で扱う数値や文字列を一時的に保存しておく入れ物のことを変数と呼びます。買い物カゴのように、必要な値を出し入れするためのラベル付きの箱をイメージするとわかりやすいでしょう。そして、その箱にどんな種類の値が入るかを示すのがデータ型です。代表的なデータ型には、整数型(int)、小数点を含む数値型(float)、文字列型(string)、真偽値型(boolean、true/falseのみ)などがあります。

重要なのは、プログラム言語や実行環境によって、同じ「整数」を扱う変数でも確保するメモリサイズや自動型変換の仕様が異なるという点です。たとえば、ある言語では整数型が4バイトのメモリを確保する一方、別の言語ではもっと柔軟にサイズが決まることがあります。また「1」という文字列と「1」という数値を足し算しようとしたときに、自動的に型を変換してくれる言語もあれば、エラーになる言語もあります。この違いを理解しないままプログラムを設計すると、意図しない誤動作(バグ)につながります。

age = 20          # 整数型(int)
height = 165.4    # 小数型(float)
name = "田中"      # 文字列型(string)
is_member = True  # 真偽値型(boolean)

さえ

変数は「ラベル付きの箱」、データ型は「箱に入れていいものの種類」って考えるとイメージしやすいよ。同じ言語でも型のルールが違うことがあるから、最初は戸惑うかも！

2. 制御構文とフローチャート ― 分岐と繰り返し

プログラムの処理の流れを決めるのが制御構文です。代表的なものに、条件によって処理を分ける分岐(if文)と、同じ処理を繰り返す繰り返し(for文・while文)があります。設計書に基づいてデータ処理プログラムを実装するときは、まずこの分岐や繰り返しを含んだフローチャート^※1を作成し、処理の流れを整理してからコードに落とし込むのが基本の手順です。

for customer in customers:
    if customer.age >= 20:
        print("成人向け案内を送付")
    else:
        print("案内対象外")

このコードは「顧客リストを1件ずつ繰り返し確認し(for)、20歳以上なら案内を送り、そうでなければ何もしない(if / else)」という処理です。フローチャートに描く場合は、ひし形(条件分岐)と長方形(処理)、矢印(処理の流れ)を組み合わせて表現します。文章で処理を説明するよりも、図にしたほうが誰が見ても同じ理解に到達しやすく、設計レビューの場でも役立ちます。

3. オブジェクト指向の基本 ― 「継承」という考え方

プログラムの規模が大きくなると、似たような処理をあちこちに書き散らすのではなく、部品として整理したくなります。その代表的な考え方がオブジェクト指向^※2です。オブジェクト指向では、データとその操作方法をひとまとめにした設計図を「クラス」と呼びます。

特に押さえておきたいのが継承^※3という概念です。継承とは、既存のクラス(スーパークラス・親クラス)が持つ性質(プロパティ)や機能(メソッド)を、新しいクラス(サブクラス・子クラス)がそのまま受け継ぐ仕組みのことです。共通の部分は親クラスにまとめておき、個別の違いだけを子クラスで追加・上書きすることで、同じコードを何度も書く無駄を減らせます。

class Animal:            # スーパークラス(親クラス)
    def cry(self):
        return "..."

class Dog(Animal):       # サブクラス(子クラス)。Animalを継承
    def cry(self):
        return "ワン！"

さえ

継承は「親の特徴を子どもが受け継ぐ」ってイメージでOK！ 共通部分は親クラスにまとめて、違うところだけ子クラスで書き足すから、コードがすっきりするんだよ。

4. テストの考え方 ― ホワイトボックスとブラックボックス

プログラムを実装したら、正しく動くかを確認するテストが欠かせません。テストには大きく2つのアプローチがあります。ホワイトボックステスト^※4は、プログラムの内部構造(処理の分岐やロジック)を把握したうえで、すべての分岐が正しく通るかを確認するテストです。一方ブラックボックステスト^※5は、内部の作りは気にせず、「この入力を与えたら、この出力が返ってくるはずだ」という仕様の観点だけでテストケースを作成する方法です。

5. 計算負荷の高いロジックに気づく ― 二重ループへの注意

プログラムが「正しく動く」ことと「速く動く」ことは別の問題です。特に注意したいのが、入れ子の繰り返し処理(二重ループ)^※6です。繰り返しの中に、さらに繰り返しを書くと、データ件数が増えたときに処理時間が急激に増加することがあります。

# 二重ループの例(顧客どうしの総当たり比較)
for a in customers:        # 1000件
    for b in customers:     # さらに1000件
        compare(a, b)       # 合計100万回の処理

顧客が1,000人いる場合、この二重ループは1,000 × 1,000 = 100万回もの比較処理を行うことになります。顧客が10倍の1万人になれば、比較回数は1億回に膨れ上がります。このように、データ件数の増加に対して処理時間が急激に増える箇所を特定し、「そもそも総当たりで比較する必要があるのか」「あらかじめ絞り込んでから比較できないか」といったアルゴリズムの改善策を検討する視点が、実務でもDS検定でも重要です。

さえ

「動くから良し」で終わらせずに、「件数が増えても大丈夫か」を考えるクセをつけると、実務で頼られるようになるよ。二重ループは特に要注意ポイント！

まとめ

このページでは、プログラミングの基礎となる5つの考え方を見てきました。最後に振り返っておきましょう。

1. 変数とデータ型 ― 値を入れる箱と、その中身のルール。言語ごとにメモリサイズや自動型変換の仕様が異なることに注意する
2. 制御構文とフローチャート ― 分岐(if)と繰り返し(for/while)を、設計段階で図にして整理する
3. オブジェクト指向の継承 ― 親クラスの性質・機能を子クラスが受け継ぎ、共通処理をまとめる
4. ホワイトボックス/ブラックボックステスト ― 内部ロジックの網羅と、仕様どおりの動作確認を組み合わせる
5. 計算負荷への意識 ― 二重ループなど処理が重くなりやすい箇所を特定し、改善策を検討する

次のレッスンでは、これらの基礎の上に立って、データ分析に特化したプログラミングとSQLの基本を扱います。実際にデータを取り出し、加工していく実務的な内容に進んでいきましょう。