第1章: コンピュータシステムとアルゴリズム

コンピュータサイエンス($Computer Science$)は、単にコーディングを学ぶことではなく、論理的な思考を通じて複雑な問題を効率的に解決する方法を研究する学問です。

1. ハードウェアとソフトウェアの相互作用

コンピュータは大きくハードウェアとソフトウェアで構成され、これらの調和のとれた作動がデジタル世界を作り出します。

2. デジタルデータと2進法 (Binary)

コンピュータはすべての情報を0と1の組み合わせである ==2進法== で理解します。

• Bit (ビット): 情報の最小単位 (0 または 1)。
• Byte (バイト): 8個のビットが集まった単位 ($1 Byte = 8 bits$)。
• 抽象化: 数字、文字、画像、映像などの複雑なデータは、すべて2進数データに抽象化されて処理されます。

3. アルゴリズムの基礎と効率性

アルゴリズム($Algorithm$)とは、特定の問題を解決するための段階的な手順です。良いアルゴリズムは、時間と空間を少なく使用します。

• 時間計算量 ($Big-O$): データが増えるにつれて、実行時間がどれくらい増えるかを示す指標。
• 例: $O(1)$ (定数時間), $O(n)$ (線形時間), $O(n \log n)$ (効率的なソート)。

キーチェックリスト

• コンピュータにおいてデータの一時的な保存と高速処理を担当し、「作業机」に例えられる部品は何ですか？（正解：メモリ、RAM）
• コンピュータが理解する0と1で構成された記数法の名称は何ですか？（正解：2進法）
• 問題を解決するための段階的な手順を何と言いますか？（正해：アルゴリズム）