はじめに¶
数年前、私は LeetCode 中国版で「剣指 Offer」シリーズの解説を共有し、多くの読者から励ましと支持をいただきました。読者との交流の中で、最もよく聞かれた質問の一つが「アルゴリズムをどう学び始めればよいか」でした。次第に、私はこの問題に強い関心を抱くようになりました。
手探りでひたすら問題を解くことは、最も人気のある方法のようです。単純で、直接的で、しかも効果的です。しかし問題演習は「マインスイーパー」を遊ぶことに似ており、独学力の高い人は地雷を一つずつうまく取り除ける一方で、基礎が十分でない人は大きな痛手を受け、挫折の中で少しずつ後退してしまいがちです。教材を通読するのもよくある方法ですが、就職を目指す人にとっては、卒業論文、履歴書の提出、筆記試験や面接の準備ですでに大半の力を使い果たしており、分厚い本を読み込むことはしばしば困難な挑戦になってしまいます。
もしあなたも同じような悩みを抱えているなら、この本があなたのもとに“たどり着いた”のは幸運なことです。本書は、この問いに対して私が示す答えです。たとえ最良の解ではなくても、少なくとも前向きな試みではあります。本書だけで直接内定を得られるわけではありませんが、データ構造とアルゴリズムの「知識地図」を探る手助けをし、さまざまな「地雷」の形や大きさ、分布を理解し、いろいろな「地雷除去の方法」を身につけられるよう導きます。こうした力があれば、問題演習や文献読解をより自在に進め、やがて完整な知識体系を築いていけると信じています。
私はファインマン教授の言葉に深く賛同しています。「Knowledge isn't free. You have to pay attention.」この意味において、本書は完全に「無料」ではありません。本書のためにあなたが払ってくれる貴重な「注意」に応えるため、私はできる限りの力を尽くし、最大限の「注意」を注いで本書を書き上げます。
私は自らの学識と力量の浅さをよく承知しています。本書の内容はある程度磨きをかけてきたものの、なお多くの誤りが残っているはずです。先生方、そして学習者の皆さまからのご批判とご指摘を心よりお願いいたします。
Hello、アルゴリズム！
コンピュータの登場は世界に大きな変革をもたらしました。高速な計算能力と優れたプログラム可能性によって、アルゴリズムの実行とデータ処理の理想的な媒体となったのです。ビデオゲームのリアルな映像、自動運転の知的な意思決定、AlphaGo の見事な対局、ChatGPT の自然な対話に至るまで、これらの応用はいずれもコンピュータ上でアルゴリズムが巧みに表現されたものです。
実際には、コンピュータが誕生する以前から、アルゴリズムとデータ構造は世界のいたるところに存在していました。初期のアルゴリズムは比較的単純で、たとえば古代の数え方や道具作りの手順などがそれに当たります。文明の進歩とともに、アルゴリズムは次第により精緻で複雑なものになっていきました。匠の巧みな技から、生産力を解放する工業製品、さらには宇宙の運行を支配する科学法則に至るまで、ほとんどあらゆる平凡なもの、あるいは驚嘆すべきものの背後には、精妙なアルゴリズムの思想が潜んでいます。
同様に、データ構造も至るところに存在します。社会ネットワークのような大きなものから地下鉄路線のような小さなものまで、多くのシステムは「グラフ」としてモデル化できます。国家のような大きな単位から家庭のような小さな単位まで、社会の主な組織形態には「木」の特徴があります。冬服は「スタック」のように、最初に着たものが最後に脱がれます。バドミントンシャトルの筒は「キュー」のように、一方から入れて他方から取り出します。辞書は「ハッシュテーブル」のようなもので、目的の見出し語を素早く探せます。
本書は、わかりやすいアニメーション図解と実行可能なコード例を通じて、読者がアルゴリズムとデータ構造の核心概念を理解し、さらにプログラミングによってそれらを実装できるようになることを目指しています。そのうえで、本書は複雑な世界の中にあるアルゴリズムの生き生きとした現れを明らかにし、アルゴリズムの美しさを示そうとしています。本書があなたの助けになれば幸いです。