【真面目版】基本情報技術者試験で出る「データ構造」を日常の例えでスッキリ理解しよう

はじめに

この記事では、試験に出る主要なデータ構造を、プログラミング経験がなくても分かるように解説します。

---

1. 配列（はいれつ） ― ロッカーのイメージ

ロッカーの「0番」「1番」「2番」…にそれぞれデータを入れておき、番号を指定すれば一瞬で中身を取り出せます。たとえば「3番のロッカーを開けて」と言えば、端から順に探さなくても直接アクセスできるわけです。

メリット： 番号（添え字）を指定すれば、どのデータにも高速にアクセスできる。

デメリット： ロッカーの列は最初に長さを決める必要があり、途中でロッカーを増やしたり、途中に1つ割り込ませたりするのが大変。

試験で問われるポイント： 添え字（インデックス）は通常 0 から始まること、要素の挿入・削除には他の要素をずらす手間がかかること。

---

2. リスト（連結リスト） ― 宝探しゲームのイメージ

配列のようにデータが物理的に隣り合っている必要はなく、各データが「次はあそこだよ」という情報（ポインタ）を持っているだけです。

メリット： データの挿入や削除がとても簡単。メモの「次の場所」を書き換えるだけで済む。

デメリット： 「5番目のデータを見たい」と思っても、1番目から順にたどるしかないので、特定の位置へのアクセスが遅い。

試験で問われるポイント： 単方向リスト（次だけ指す）と双方向リスト（前と次の両方を指す）の違い、ポインタの付け替え操作。

---

3. スタック ― 本の山積みのイメージ

本を置くときは一番上に乗せ、取るときも一番上から取ります。途中の本を直接抜き出すことはしません。つまり「最後に入れたものが最初に出てくる」仕組みで、これを LIFO（Last In, First Out：後入れ先出し） と呼びます。

身近な例としては、Webブラウザの「戻る」ボタンがあります。最後に開いたページから順に戻っていきますよね。あれがまさにスタックの仕組みです。

基本操作：

• プッシュ（push）：データを上に積む
• ポップ（pop）：一番上のデータを取り出す

試験で問われるポイント： LIFO の概念、プッシュ・ポップ操作のトレース問題（具体的な手順を追う問題）。

---

4. キュー（待ち行列） ― レジの行列のイメージ

先に並んだ人から順番に会計をします。つまり「最初に入れたものが最初に出てくる」仕組みで、これを FIFO（First In, First Out：先入れ先出し） と呼びます。

プリンターの印刷待ちも身近な例です。先に送った文書から順番に印刷されますよね。

基本操作：

• エンキュー（enqueue）：行列の最後尾にデータを追加する
• デキュー（dequeue）：行列の先頭からデータを取り出す

試験で問われるポイント： FIFO の概念、スタックとの違い。

---

5. 木構造（ツリー） ― 家系図のイメージ

一番上に「根（ルート）」と呼ばれるデータがあり、そこから枝分かれして下に広がっていきます。それぞれのデータを「ノード（節）」、分岐のつながりを「エッジ（枝）」と呼びます。

パソコンのフォルダ構造も木構造の一例です。「Cドライブ」の下に「ドキュメント」フォルダがあり、さらにその下にファイルがある、という階層構造そのものです。

覚えておきたい用語：

• ルート（根）：一番上のノード
• リーフ（葉）：一番下のノード（子を持たない）
• 親ノード・子ノード：上下のつながりの関係

二分木と二分探索木

試験で特に重要なのが二分木です。二分木では、各ノードが持てる子の数が最大2つ（左の子と右の子）に制限されています。

さらに、二分探索木は「左の子は親より小さい値、右の子は親より大きい値」というルールを持つ二分木です。このルールがあるおかげで、データを効率よく検索できます。

試験で問われるポイント： 木の走査方法（前序・中序・後序）、二分探索木での探索手順、ノードの追加・削除。

---

6. グラフ ― 路線図のイメージ

駅（ノード）と、駅同士をつなぐ線路（エッジ）で構成されています。木構造との違いは、自由にノード同士をつなげられる点です。「A駅からB駅にもC駅にも行けて、B駅からもC駅に直接行ける」というような複雑な関係を表現できます。

SNS の友達関係もグラフの一例です。AさんとBさんが友達で、BさんとCさんも友達で、AさんとCさんも友達、という「つながり」を表すのにぴったりの構造です。

試験で問われるポイント： 有向グラフ（一方通行あり）と無向グラフ（双方向）、隣接行列による表現。

---

7. ハッシュ表 ― 辞書の索引のイメージ

「apple」を調べたいとき、辞書を1ページ目から順に探す人はいません。「aの項目」を開けば、すぐにたどり着けます。ハッシュ表も同じ考え方で、「ハッシュ関数」という計算式でデータの格納場所を瞬時に割り出します。

メリット： 検索・追加・削除が非常に高速（平均的に一定時間で完了）。

デメリット： 異なるデータが同じ場所に割り振られる「衝突（コリジョン）」が起こることがある。

衝突の解決方法（試験頻出）：

• オープンアドレス法：衝突したら別の空き場所を探す
• チェイン法（連鎖法）：同じ場所にリストでつなげて格納する

---

まとめ ― 各データ構造の比較

データ構造	日常のたとえ	特徴	試験での重要度
配列	ロッカー	番号で高速アクセス、サイズ固定	★★★
リスト	宝探しメモ	挿入・削除が得意、順次アクセス	★★★
スタック	本の山積み	LIFO（後入れ先出し）	★★★
キュー	レジの行列	FIFO（先入れ先出し）	★★★
木構造	家系図	階層関係を表現、探索に強い	★★★
グラフ	路線図	複雑なつながりを表現	★★☆
ハッシュ表	辞書の索引	超高速な検索、衝突に注意	★★★

---

試験対策のコツ

基本情報技術者試験のデータ構造の問題では、「このデータ構造の特徴は何か」「この操作を行ったら結果はどうなるか」というパターンが繰り返し出題されます。対策として大切なのは次の3点です。

まず、各データ構造の得意・不得意を対比して覚えること。たとえば「配列はアクセスが速いが挿入が遅い、リストは挿入が速いがアクセスが遅い」というように、セットで理解すると記憶に残りやすくなります。

次に、スタックとキューの操作トレース問題を繰り返し練習すること。紙に図を描きながら、push/pop や enqueue/dequeue の順序を追う練習をしておくと、本番でも落ち着いて解けます。

最後に、木構造の走査順序（前順・中順・後順）を手で追えるようにしておくこと。これは実際に簡単な木を描いて練習するのが一番の近道です。