FIELD 05

アルゴリズム

変数、配列、条件分岐、繰返し、探索、シミュレーション、プログラムの読解などを扱います。値がどの順番で変わるかを追うことが基本です。

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次のうち、アルゴリズムの説明として最も適切なものを選べ。

  1. 0

    数値や変数に対して、加算や比較などの処理を指示する記号である。

  2. 1

    文字や画像などのデータを、一定の規則に従って別の形式で表すことである。

  3. 2

    問題を解決したり、目的を達成したりするための処理手順を、順序立てて表したものである。

  4. 3

    ネットワークを通じて機器同士が通信するために定められた規則である。

正答と解説を確認

正答2. 問題を解決したり、目的を達成したりするための処理手順を、順序立てて表したものである。

解説

アルゴリズムは、問題を解決したり目的を達成したりするための処理手順を、順序立てて明確に表したものである。同じ問題でも複数のアルゴリズムが考えられ、処理時間や必要な記憶容量が異なる場合がある。 アルゴリズムは自然言語、フローチャート、疑似コードなどで表現できる。プログラムは、その手順を特定のプログラミング言語でコンピュータが実行できるように記述したものであり、アルゴリズムそのものとは区別される。

出典
オリジナル

次の文章の(ア)・(イ)に当てはまる語句の組合せとして、最も適切なものを選べ。 コンピュータに行わせる処理を、人間が一定の文法に従って記述するために用いる人工言語の総称を(ア)という。(ア)を用いて、コンピュータに実行させる命令を記述し、(イ)を作成することをプログラミングという。

  1. 0

    (ア)機械語      (イ)アルゴリズム

  2. 1

    (ア)プログラミング言語(イ)アルゴリズム

  3. 2

    (ア)機械語      (イ)プログラム

  4. 3

    (ア)プログラミング言語(イ)プログラム

正答と解説を確認

正答3. (ア)プログラミング言語(イ)プログラム

解説

(ア)はプログラミング言語、(イ)はプログラムである。プログラミング言語は、処理内容を一定の文法に従って人が記述するための人工言語で、Python、JavaScript、Cなどが例である。 プログラミングとは、その言語を用いて命令を記述し、コンピュータに実行させるプログラムを作る活動をいう。問題解決の手順であるアルゴリズムを設計し、それをプログラミング言語で具体化してプログラムにする、という関係で捉えるとよい。

出典
オリジナル

プログラムにおける反復処理の説明として、最も適切なものを選べ。

  1. 0

    複数の処理を、記述された順番に一度ずつ実行する処理

  2. 1

    条件に応じて、実行する処理を選択する処理

  3. 2

    同じ処理を、条件が成り立つ間や指定された回数だけ繰り返す処理

  4. 3

    変数に数値や文字列などの値を記憶させる処理

正答と解説を確認

正答2. 同じ処理を、条件が成り立つ間や指定された回数だけ繰り返す処理

解説

反復処理は、同じ処理のまとまりを、条件が成り立つ間または指定した回数だけ繰り返す処理である。大量のデータを一件ずつ処理する場合などに、同じ命令を何度も書かずに表現できる。 反復では、開始値、継続または終了の条件、繰返しごとの値の更新を明確にすることが重要である。条件がいつまでも終了側へ変化しないと無限ループになるため、終了可能性も確認する。

出典
オリジナル

次のうち、時間の経過による変化を扱わない「静的モデル」の例として、最も適切なものを選べ。

  1. 0

    将来の人口が年ごとにどのように変化するかを予測するモデル

  2. 1

    降雨量に応じて川の水位が時間とともに変化する様子を表すモデル

  3. 2

    校舎内の教室や通路の位置関係を表したモデル

  4. 3

    感染者数が日ごとに増減する様子を予測するモデル

正答と解説を確認

正答2. 校舎内の教室や通路の位置関係を表したモデル

解説

静的モデルは、対象のある時点での形、構造、関係などを表し、時間の経過に伴う状態変化を直接扱わないモデルである。校舎内の教室や通路の位置関係を示す案内図や配置図は、その代表例である。 一方、人口、水位、感染者数のように、時刻や日数を進めながら状態が変わる過程を表すものは動的モデルに分類される。静的・動的の区別は、対象そのものが動くかではなく、モデルの中で時間変化を扱うかで判断する。

出典
オリジナル

次のうち、時間の経過に伴う状態の変化を表す「動的モデル」の例として、最も適切なものを選べ。

  1. 0

    駅構内の改札口や階段の位置を示した案内図

  2. 1

    会社内の部署どうしの関係を示した組織図

  3. 2

    道路上の自動車の台数や速度が、時間とともに変化する様子を表すシミュレーション

  4. 3

    製品を組み立てるための部品の形や寸法を示した設計図

正答と解説を確認

正答2. 道路上の自動車の台数や速度が、時間とともに変化する様子を表すシミュレーション

解説

動的モデルは、時間の経過とともに対象の状態がどのように変化するかを表すモデルである。交通シミュレーションでは、時間を進めながら各車両の位置、速度、道路上の台数などを更新し、渋滞の発生や解消を調べられる。 案内図、組織図、設計図は、主にある時点の位置・関係・形状を表すため静的モデルである。モデルに時間を表す変数と状態を更新する規則が含まれるかどうかが、判断の手掛かりになる。

出典
オリジナル

次のうち、確定的モデルの具体例として、最も適切なものを選べ。

  1. 0

    過去の利用状況をもとに、利用者が次に選ぶ商品を確率的に予測するモデル

  2. 1

    交差点に到着する自動車の台数を、乱数を用いて再現するシミュレーション

  3. 2

    水槽に毎分3Lずつ水を入れたとき、一定時間後の水量を計算するモデル

  4. 3

    製品が故障するまでの期間を、故障確率にもとづいて予測するモデル

正答と解説を確認

正答2. 水槽に毎分3Lずつ水を入れたとき、一定時間後の水量を計算するモデル

解説

確定的モデルは、初期条件と入力が同じなら、定められた規則によって同じ結果が一意に得られるモデルである。水槽の初期水量をV₀ L、経過時間をt分とし、毎分3 Lを加えて漏れや蒸発を考えないとする。時刻t分における水量をV(t) Lとすれば、V(t) = V₀ + 3tと表せ、条件が決まれば結果も確定する。 これに対し、乱数、発生確率、確率分布などを用い、同じ条件でも結果が変わり得るものは確率的モデルである。モデルが現実のどの不確実性を含むかに注目すると区別しやすい。

出典
オリジナル

次のうち、確率的モデルの具体例として、最も適切なものを選べ。

  1. 0

    一定の速さで走る自動車が、出発してから10分後にいる位置を求めるモデル

  2. 1

    部屋の縦と横の長さから、床の面積を求めるモデル

  3. 2

    製品ごとに故障する時期が異なることを考慮して、一定期間内に故障する製品数を予測するモデル

  4. 3

    毎月一定額を積み立てたときの、1年後の合計金額を求めるモデル

正答と解説を確認

正答2. 製品ごとに故障する時期が異なることを考慮して、一定期間内に故障する製品数を予測するモデル

解説

確率的モデルは、対象に含まれる偶然性やばらつきを確率として取り入れるモデルである。製品の故障時期は個体差や使用環境などによって異なるため、故障確率や寿命の分布を用いて、一定期間内の故障数を予測する。 確率的モデルでは、同じ条件でも個々の結果やシミュレーションの試行結果が異なる場合がある。一方、入力と規則から常に同じ答えが決まる位置・面積・単純な積立額の計算は、確定的モデルである。

出典
オリジナル

次のうち、対象の形や構造を、実際に触れることのできる立体物として表した「物理モデル(実体モデル)」の例として、最も適切なものを選べ。

  1. 0

    地域の道路や建物の位置を記号で表したモデル

  2. 1

    商品の売上の変化を数式で表したモデル

  3. 2

    建設予定の校舎を縮小して立体的に再現したモデル

  4. 3

    作業の手順を記号と矢印で表したモデル

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正答2. 建設予定の校舎を縮小して立体的に再現したモデル

解説

物理モデル(実体モデル)は、対象の形や構造を、実際に存在して触れることのできる物体として表したモデルである。建築模型は、実際の建物を一定の縮尺で小さく再現し、外観、空間の構成、周辺との関係などを立体的に検討できる。 モデルは現実のすべてを再現するのではなく、目的に必要な特徴を選んで表す。数式で関係を表す数理モデルや、記号と線で関係・手順を表す図的モデルとは、表現媒体が異なる。

出典
オリジナル

次のうち、対象となる現象や数量の関係を数式で表した「数理モデル」の例として、最も適切なものを選べ。

  1. 0

    新しい公園の完成後の姿を縮小して再現したモデル

  2. 1

    商品の価格と販売個数の関係を数式で表したモデル

  3. 2

    観光地の施設や道路の位置を記号で示したモデル

  4. 3

    製品を組み立てる手順を記号と矢印で示したモデル

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正答1. 商品の価格と販売個数の関係を数式で表したモデル

解説

数理モデルは、現象や数量の関係を、変数、定数、数式などを用いて表したモデルである。例えば価格をp、販売個数をqとしてq=f(p)のように表せば、価格の変化が販売個数に与える影響を計算したり予測したりできる。 実際の現象には多くの要因が関係するため、モデル化では目的に応じて重要な要因を選び、仮定を置く。得られた結果は現実のデータと比較して妥当性を確かめ、必要に応じて式やパラメータを見直す。

出典
オリジナル

次のうち、対象の構造や手順を図や記号を用いて表した「図的モデル」の例として、最も適切なものを選べ。

  1. 0

    建設予定の橋を縮小して立体的に再現した模型

  2. 1

    商品の価格と販売個数の関係を表した数式

  3. 2

    工場で製品を検査する手順を記号と矢印で表したフローチャート

  4. 3

    毎月の積立額から将来の合計金額を求める計算式

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正答2. 工場で製品を検査する手順を記号と矢印で表したフローチャート

解説

正答はフローチャートである。図的モデルは、対象の構造・関係・手順などを、図形、記号、矢印などで表現したモデルを指す。フローチャートでは、処理、判断、開始・終了などを記号で区別し、その流れを矢印で示すため、複雑な手順を視覚的に把握できる。 モデルは表現方法によって、模型などの物理モデル、図表などの図的モデル、数式で表す数理モデルなどに分けられる。目的に応じて必要な特徴を残し、不要な部分を省くことがモデル化では重要である。

出典
オリジナル