【IT用語】リカーシブ（再帰的）プログラムとは？意味や定義を具体例を用いて解説！

リカーシブ（再帰的）プログラムとは？

リカーシブ（再帰的）プログラムの特徴を簡単に解説します。

• 自分自身を呼び出す性質
• 語源は”recurse（再帰的に処理する）”
• 基底条件と再帰ステップ

順番に見ていきましょう。

①リカーシブとは？

リカーシブとは、ある関数から自分自身を呼び出すプログラムの性質のことです。

この手法を使用すると、コードを簡潔にし、複雑な問題をよりシンプルに分解して解決することが可能になります。

リカーシブのプロセスでは、各再帰呼び出しで問題をより小さな部分に分割し、それを解決して最終的な結果を得ます。

この手法は、特に分割統治法のようなアルゴリズムで有効です。

②リカーシブの英語表記

リカーシブの英語表記は “recursive” で、これは”recurse（再帰的に処理する）”という動詞から派生した形容詞です。

プログラミングにおいては、関数が自身を呼び出すことを指し、通常は問題をより扱いやすい小さな問題に分解するのに使用されます。

③リカーシブの仕組み

リカーシブの仕組みは、基底条件と再帰ステップの2つの主要な部分から成り立っています。

基底条件は再帰が終了する条件を定義し、再帰ステップでは自身を呼び出して問題を小さくしていきます。

このプロセスは、通常、スタックと呼ばれるデータ構造を使ってコンピュータのメモリ内で管理されます。

各再帰呼び出しがスタックに積まれ、解決されるとポップされます。

リカーシブ（再帰的）プログラムのメリット

リカーシブ（再帰的）プログラムのメリットは以下の通りです。

• 分割統治法に対応
• コードの可読性
• 数学的な定義に近い表現

順番に見ていきましょう。

分割統治法に対応

複雑な問題をより小さく、扱いやすい問題に分割することを可能にします。

これは分割統治法というアプローチで、問題を分割し、各サブプロブレムを解決し、その結果を組み合わせて全体の解を得ることができます。

この方法は、例えば、マージソートやクイックソートのような効率的なソートアルゴリズムでよく使われます。

コードの可読性

リカーシブ関数は、基底ケース（再帰の終了条件）と再帰ケース（問題を分割する部分）だけを定義することで、問題の解決策を記述します。

このシンプルさは、コードをより読みやすく、理解しやすくします。

また、コードの量も少なくなり、デバッグが容易になります。

これは特に、木構造の操作など、再帰的に定義される問題に対して顕著です​​。

数学的な定義に近い表現

多くの数学的な問題やアルゴリズムは、自然に再帰的な形で表現されます。

例えば、階乗やフィボナッチ数列の計算は再帰的定義を直接反映したコードで簡単に書くことができます。

再帰を使用すると、これらの問題を直観的かつ明確にコードに落とし込むことができ、結果としてその振る舞いを理解しやすくなります。

リカーシブ（再帰的）プログラムの具体例

次にリカーシブ（再帰的）プログラムの具体例を見ていきます。

• 階乗の計算
• フィボナッチ数列
• ソートアルゴリズム

順番に見ていきましょう！

階乗の計算

階乗とは、1からその数までの全ての整数を掛け合わせたものです。

例えば、5の階乗は1×2×3×4×5です。

再帰を使うと、この計算を「5×(4の階乗)」と考えることができます。

つまり、5の階乗を求めるために、先に4の階乗を求める、という風に自分自身を再利用するわけです。

フィボナッチ数列

フィボナッチ数列とは最初の二つの数が0と1で、その後の各数が直前の2つの数の合計になるような数列です。

例えば、数列が0, 1から始まるとき、次の数字は0+1=1、その次は1+1=2、それから1+2=3と続きます。

この「前の2つの数字を足す」というルールを使って数列を作る方法が、再帰的なのです。

二分探索

二分探索では、ソートされたリスト内で特定の要素を効率的に見つけるために使用されます。

探索する範囲を半分に分け、目的の値が中央の値より大きいか小さいかに応じて、探索範囲の半分を再帰的に探索します。

この分割を目的の値が見つかるか、探索範囲がなくなるまで繰り返します。

リカーシブ（再帰的）プログラムの関連用語

次にリカーシブ（再帰的）プログラムの関連用語を解説します。

• リロケータブル（再配置可能）
• リエントラント（再入可能）
• リユーザブル（再使用可能）

順番に見ていきましょう。

リロケータブル（再配置可能）プログラム

リロケータブルは、メモリ内の任意の場所にロードして実行可能なプログラムを指します。

これは、プログラムが特定のメモリアドレスに依存せず、実行時にメモリのどの部分に配置しても正常に動作する柔軟性を意味します。

リロケータブルな設計は、特に大規模なシステムやOSで重要とされます。

※re=再び locatable=居場所を特定できる

リエントラント（再入可能）プログラム

リエントラントは、複数のタスクから同時に安全に呼び出せる関数やプログラムを指します。

これは、プログラムが再入可能であることを意味し、特にマルチスレッド環境でのプログラミングにおいて重要な特性です。

リエントラント関数は、グローバル変数や静的変数の使用を避け、状態情報を外部に保存しないように設計されています。

※re=再び entrant=入ってくる人

リユーザブル（再使用可能）プログラム

リユーザブルは、異なるプログラムやプロジェクトで再利用可能なコードを指します。

この概念は、コードの再利用を通じて開発時間を短縮し、効率を向上させることを目的としています。

再利用可能なコードは、一般的にモジュラーであり、特定のタスクを実行するための独立した関数やクラスとして設計されています。

※re=再び useble=使用できる

リカーシブ（再帰的）プログラムの注意点

次にリカーシブ（再帰的）プログラムの注意点を解説します。

• 無限ループ
• スタックオーバーフロー

順番に見ていきましょう。

① 無限ループ

無限ループは、再帰関数が終了条件に達しない状態で自身を無限に呼び出し続けることを指します。

これは、再帰の基底条件（終了条件）が不適切であるか、全く設定されていない場合に発生します。

無限ループに陥ると、プログラムは決して終了せず、システムリソースを無駄に消費し続けることになります。

② スタックオーバーフロー

スタックオーバーフローは、プログラムの呼び出しスタックが限界を超えてしまうことで発生します。

再帰関数は、自身を呼び出すたびに新たな関数のインスタンスがスタックに積まれます。

これが深すぎると、利用可能なスタックの容量を超えてしまい、プログラムがクラッシュする原因となります。

まとめ｜リカーシブ（再帰的）プログラムとは？

項目	説明
リカーシブ	自身を呼び出すプログラムの性質
主な利点	複雑な問題の分割、コードの簡潔さ、数学的表現の容易さ
具体例	階乗計算、フィボナッチ数列、ソートアルゴリズム
関連用語	リロケータブル、リエントラント、リユーザブル
注意点	無限ループやスタックオーバーフローのリスク

リカーシブは、ある関数から自分自身を呼び出す性質です。

自己を呼び出すことで複雑な問題を分割し、シンプルかつ効率的に解決できます。

しかし基底条件を定めないと、無限ループを引き起こす可能性があるので注意が必要です。

今回の内容を簡単にまとめて本記事を終わりにします。