プログラミングの基本的な考え方とは？初心者にもわかりやすく解説！

プログラムとは、コンピューターに実行させたい作業の指令書を並べたものです。そして、プログラミングはその指令書の作成を意味します。つまり、コンピューターに何をしたら良いのか教える行為です。どのような高性能なコンピューターでも、プログラムのとおりにしか動きません。臨機応変に処理が進んでいるように見えても、そこに書かれている手順に沿って動作しています。言い換えると、手順に含まれないことは実行できないため、必要な指示を漏れなく記載しておくことが大事です。ただし、指示が間違っている場合は、エラーが発生して処理は停止します。このように、コンピューターの貢献度はプログラミングに左右されるのが実情です。

プログラミング言語とは、コンピューターに出す指示を記述する専用の言語です。JavaやPython、Swiftなどさまざまな種類があり、基本的には英語がベースとなっています。ただし、それらを使って指示を出されても、コンピューターはすぐ実行できるわけではありません。なぜなら、コンピューターが理解できるのは機械語と呼ばれる特殊な言語だけだからです。機械語は0と1で構成されており、人間の目には意味がない数字の羅列に見えます。よって、機械語で指示を出すことは不可能で、その代わりにプログラミング言語が使われるというわけです。プログラミング言語はコンパイラによって機械語に翻訳されて、コンピューターが理解できる形になります。

プログラムとは指示をやみくもに記述するのではなく、プログラミング言語でアルゴリズムを実行できる形にしたものです。アルゴリズムを端的にいうと課題の解決方法であり、「何を」「どのような順序で」「どう動作させるか」といった内容がまとめられています。解決の手順とやり方が、プログラムとしてコンピューターに伝わり、所望の処理が実行されるという仕組みです。課題が同じだからといって、アルゴリズムも同じになるとは限りません。考える人によって内容は大きく異なり、それによってプログラムの良し悪しも変わります。流れが簡潔で処理の効率が良いアルゴリズムを組むことも、優れたプログラミングの大切な条件です。

アルゴリズムを構成する要素は以下の3つです。1点目は「順次処理」であり、上から下に向かって処理を行っていきます。1つの指示を実行したら次に進むという基本的なものです。2点目は「繰り返し」で、あらかじめ指定した条件を満たすまで処理を反復します。条件とは、増えていく変数が一定の値を上回ることなどです。3点目は「条件分岐」であり、こちらも文字どおり条件に従って動作します。2つの処理を用意しておき、実行前に条件をチェックして一方を選択するのです。

膨大なコードを含む複雑なプログラムも、上記の3つの要素で構成されるアルゴリズムが基盤となっています。繰り返しの中に条件分岐を入れるなど、巧みに組み合わせて作られているのが一般的です。

最初のステップは、何を作るのか決定する作業です。これは要件定義と呼ばれており、開発の方向性を定めるために行われます。「就業管理のシステムを作る」といった企画提案を受け、それに必要な事柄を明確にすることが基本です。プログラミング言語や関連技術はもちろんですし、使用する機材や大まかな工程なども決めていきます。

それが終わったら、次以降のステップのために予算や開発期間の調整なども行うのです。プログラムが大規模だと、人員数を多めに見積もることも欠かせません。とはいえ、希望がすべて通るわけではないので注意しましょう。可能な範囲を見極めるために、あらかじめ組織内の資源を確認しておくこともポイントです。

どのようなシステムにするのか具体的に決めていきます。このステップは外部設計と内部設計に分かれており、最初に行うのは前者です。外部設計とは、ユーザーが見たり触ったりできる部分に着目し、それらの仕様を設計するものです。操作方法や操作画面なども該当するなど、利便性に直結する事柄が多く含まれています。つまり、要件定義で掲げたイメージを、ユーザーの視点で具体化する作業です。

その後の内部設計では、外部設計の結果を踏まえて、必要な機能などを洗い出します。これに基づいてアルゴリズムも組み立てるなど、開発者の視点で進めることが特徴です。プログラムの概要やチーム内での割り振りなども検討しなければなりません。

決定した仕様に基づいてコードを記述します。プログラムについて詳しくない人は、この作業だけをプログラミングと認識していることも多いです。また、使用するプログラミング言語は、作ろうとしているシステムによって異なります。いずれにせよ、専用のエディタを用いて、順次実行や繰り返しなどの指示を書くことは共通です。これがコーディングと呼ばれており、スムーズに進めるには開発環境をうまく使いこなす必要があります。開発環境はプログラミン言語によって違うため、作業効率を高めるために、利用方法を正しく把握することもポイントになります。なお、汎用的なコードのライブラリをうまく使うことで負担の軽減が可能です。

処理を実行できる段階になったら、テストを行ってシステムの挙動をチェックします。設計どおりに動作するか確かめ、エラーが発生した場合は修正しなければなりません。そこで重要なのは、エラーを出している原因を特定することです。原因であるプログラムの誤りをバグといい、それを直す作業はデバッグと呼ばれています。ユーザーは開発者が想定していない操作を行うことも珍しくありません。よって、あらゆるパターンのテストが求められます。一般的に、大規模なシステムほど仕様が複雑で、エラーが多く発生しやすいです。単体テストで個別のプログラムを調べ、統合テストでプログラムの連携も確認するなど、段階を踏んで進めていきます。

プログラミング的思考とは、その名のとおりプログラムを作成する際に行われている思考です。課題の解決という目的に向け、必要となる要素を順序立てて検討し、所望する結果を出していきます。単純に解決するのではなく、最適な手段で最良の結果を目指すことも特徴です。いわゆる論理的思考と共通する事柄が多く、プログラミング的思考はその一部と見なせます。論理的思考も目的の実現を試みるものであり、その点に関して両者に違いはありません。ただし、この思考は、抜けがないように網羅的に取り組むことも含んでいるのです。一方、プログラミング的思考は、課題の解決に必要な動きや組み合わせを試行錯誤し、効率的に成し遂げようとします。

課題を解決できるプログラムを作るには、優れたアルゴリズムを組み立てなければなりません。そのためには、解決に至るアプローチを論理的に考えることが不可欠です。プログラミングとは、目的地へのルートを明らかにして、そこにたどり着くための手段を用意する行為といえます。そして、この能力は必ずしもプログラムの作成だけに役立つわけではありません。

人によって程度に差はありますが、日常生活や仕事にはさまざまな課題が存在します。それらを解決して先に進むうえで、プログラミング的思考は有効な武器になるでしょう。

情報化社会には大量の情報があふれており、その中には自分にとって不要なものも含まれています。よって、情報の取捨選択を意識して生きていくことも重要です。プログラミング的思考が身につくと、課題の解決に必要な情報に目が向きやすくなります。つまり、自分にとって本当に必要なものを見極める力も養われるのです。

プログラミング的思考を学ぶ際に、必ずしもパソコンを使う必要はありません。動作が書かれたカードを並べたり、ワークシートに処理を書き込んだりすることも、広義ではプログラミング体験といえるからです。いずれの方法でも、課題の解決に向けて試行錯誤することになります。結果の良し悪しも大切ですが、プロセスにも重要な意味があることを学びましょう。効果的な取り組みとして、フローチャートの作成が挙げられます。これは処理が書かれたブロックを線で結んで実施の流れを示したものです。

プログラムを作成する現場では、フローチャートを作って手順を明確にしています。普段の計画を立てるときも作成していると、物事を順序立てて考えることが習慣になるので、プログラミング的思考を強化しやすいです。

プログラミングの考え方を解説している書籍はたくさん出版されています。プログラミングの基礎から学べる参考書も少なくありません。わかりやすいものを選べば、初心者でも学習できます。また、インターネット上では、プログラミングを学べるサイトが多く見受けられます。動画を使って実際の処理を見せるなど、未経験でもイメージしやすいように工夫されているケースが多いです。出費を抑えたいなら、無料のサイトを選んで勉強すると良いでしょう。書籍とサイトのどちらに関しても、本人に合っているものを探す必要があります。

初心者がスムーズに学べる方法として、プログラミング教室の利用が挙げられます。分からない点があっても、相談して教えてもらえるので安心です。着実に学習を進められるため、途中であきらめるリスクが小さくなります。また、プログラミング教室には通学型とオンライン型があり、それぞれ特徴が異なります。通学型のメリットは講師に直接質問できることです。画面を見ながら細かな点まで教えてもらえます。一方、オンライン型のメリットは時間や場所に関する制約がないことです。そのため、忙しい人でも学習を継続しやすくなっています。