実践:コレクション応用
このレッスンはPhase 4のハンズオン実践で、学生成績管理システムを通じてコレクション知識を定着させます。
プロジェクト要件
学生成績管理システムを実装し、以下をサポート:
- 学生と成績の追加
- 学生成績の照会
- 成績によるソート
- 統計分析
- データエクスポート
データモデル
JAVA
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class Student {
private String id;
private String name;
private List<Subject> subjects;
public Student(String id, String name) {
this.id = id;
this.name = name;
this.subjects = new ArrayList<>();
}
public String getId() { return id; }
public String getName() { return name; }
public List<Subject> getSubjects() { return subjects; }
public void addSubject(String name, int score) {
subjects.add(new Subject(name, score));
}
public double getAverage() {
if (subjects.isEmpty()) return 0;
return subjects.stream()
.mapToInt(Subject::getScore)
.average()
.orElse(0);
}
public int getTotal() {
return subjects.stream()
.mapToInt(Subject::getScore)
.sum();
}
@Override
public String toString() {
return name + " (ID:" + id + ", 平均:" + String.format("%.1f", getAverage()) + ")";
}
}
public class Subject {
private String name;
private int score;
public Subject(String name, int score) {
this.name = name;
this.score = score;
}
public String getName() { return name; }
public int getScore() { return score; }
@Override
public String toString() {
return name + ":" + score;
}
}
管理クラス
JAVA
import java.util.*;
import java.util.stream.Collectors;
public class GradeManager {
private Map<String, Student> students;
public GradeManager() {
this.students = new LinkedHashMap<>();
}
// 学生を追加
public void addStudent(Student student) {
students.put(student.getId(), student);
System.out.println("学生追加: " + student.getName());
}
// 成績を追加
public void addScore(String studentId, String subject, int score) {
Student student = students.get(studentId);
if (student != null) {
student.addSubject(subject, score);
System.out.println(student.getName() + " " + subject + " " + score);
} else {
System.out.println("学生が見つかりません: " + studentId);
}
}
// 学生を検索
public Student findStudent(String id) {
return students.get(id);
}
// 平均でソート
public List<Student> sortByAverage() {
return students.values().stream()
.sorted((a, b) -> Double.compare(b.getAverage(), a.getAverage()))
.collect(Collectors.toList());
}
// 合計でソート
public List<Student> sortByTotal() {
return students.values().stream()
.sorted((a, b) -> Integer.compare(b.getTotal(), a.getTotal()))
.collect(Collectors.toList());
}
// 平均スコアを計算
public double getAverageScore() {
return students.values().stream()
.mapToDouble(Student::getAverage)
.average()
.orElse(0);
}
// トップ学生を取得
public Student getTopStudent() {
return students.values().stream()
.max(Comparator.comparingDouble(Student::getAverage))
.orElse(null);
}
// 最下位学生を取得
public Student getBottomStudent() {
return students.values().stream()
.min(Comparator.comparingDouble(Student::getAverage))
.orElse(null);
}
// 成績でグループ化
public Map<String, List<Student>> groupByGrade() {
return students.values().stream()
.collect(Collectors.groupingBy(student -> {
double avg = student.getAverage();
if (avg >= 90) return "優秀";
if (avg >= 80) return "良好";
if (avg >= 70) return "平均";
if (avg >= 60) return "及格";
return "不及格";
}));
}
// すべての学生を取得
public List<Student> getAllStudents() {
return new ArrayList<>(students.values());
}
}
メインプログラム
JAVA
import java.util.List;
import java.util.Map;
import java.util.Scanner;
public class GradeSystem {
private static GradeManager manager = new GradeManager();
private static Scanner scanner = new Scanner(System.in);
public static void main(String[] args) {
// データ初期化
initData();
// メインループ
int choice;
do {
showMenu();
choice = scanner.nextInt();
scanner.nextLine();
switch (choice) {
case 1: listStudents(); break;
case 2: addScore(); break;
case 3: viewStudent(); break;
case 4: showRanking(); break;
case 5: showStatistics(); break;
case 6: showGroups(); break;
case 0: System.out.println("さようなら!"); break;
default: System.out.println("無効な選択");
}
} while (choice != 0);
scanner.close();
}
private static void initData() {
Student s1 = new Student("S001", "Alice");
s1.addSubject("Java", 95);
s1.addSubject("Python", 88);
s1.addSubject("データベース", 92);
Student s2 = new Student("S002", "Bob");
s2.addSubject("Java", 85);
s2.addSubject("Python", 90);
s2.addSubject("データベース", 78);
Student s3 = new Student("S003", "Charlie");
s3.addSubject("Java", 78);
s3.addSubject("Python", 82);
s3.addSubject("データベース", 88);
manager.addStudent(s1);
manager.addStudent(s2);
manager.addStudent(s3);
}
private static void showMenu() {
System.out.println("\n=== 学生成績管理システム ===");
System.out.println("1. 学生一覧");
System.out.println("2. 成績追加");
System.out.println("3. 学生詳細");
System.out.println("4. 成績ランキング");
System.out.println("5. 統計");
System.out.println("6. 成績グループ");
System.out.println("0. 終了");
System.out.print("選択してください: ");
}
private static void listStudents() {
System.out.println("\n--- 学生一覧 ---");
for (Student s : manager.getAllStudents()) {
System.out.println(s);
}
}
private static void addScore() {
System.out.print("学生IDを入力: ");
String id = scanner.nextLine();
System.out.print("科目を入力: ");
String subject = scanner.nextLine();
System.out.print("スコアを入力: ");
int score = scanner.nextInt();
scanner.nextLine();
manager.addScore(id, subject, score);
}
private static void viewStudent() {
System.out.print("学生IDを入力: ");
String id = scanner.nextLine();
Student student = manager.findStudent(id);
if (student != null) {
System.out.println("\n--- " + student.getName() + "の成績 ---");
for (Subject s : student.getSubjects()) {
System.out.println(s);
}
System.out.printf("合計: %d, 平均: %.1f%n",
student.getTotal(), student.getAverage());
} else {
System.out.println("学生が見つかりません");
}
}
private static void showRanking() {
System.out.println("\n--- 成績ランキング ---");
List<Student> ranking = manager.sortByAverage();
for (int i = 0; i < ranking.size(); i++) {
Student s = ranking.get(i);
System.out.printf("%d. %s - 平均: %.1f%n",
i + 1, s.getName(), s.getAverage());
}
}
private static void showStatistics() {
System.out.println("\n=== 統計 ===");
System.out.printf("クラス平均: %.1f%n", manager.getAverageScore());
Student top = manager.getTopStudent();
if (top != null) {
System.out.printf("最高: %s - %.1f%n", top.getName(), top.getAverage());
}
Student bottom = manager.getBottomStudent();
if (bottom != null) {
System.out.printf("最低: %s - %.1f%n", bottom.getName(), bottom.getAverage());
}
}
private static void showGroups() {
System.out.println("\n=== 成績グループ ===");
Map<String, List<Student>> groups = manager.groupByGrade();
groups.forEach((grade, students) -> {
System.out.println("\n" + grade + " (" + students.size() + "人):");
students.forEach(s ->
System.out.println(" " + s.getName() + " - " + String.format("%.1f", s.getAverage())));
});
}
}
出力例
TEXT
=== 学生成績管理システム ===
1. 学生一覧
2. 成績追加
3. 学生詳細
4. 成績ランキング
5. 統計
6. 成績グループ
0. 終了
選択してください: 4
--- 成績ランキング ---
1. Alice - 平均: 91.7
2. Bob - 平均: 84.3
3. Charlie - 平均: 82.7
設計のポイント
| 面 | 説明 |
|---|---|
| Mapストレージ | Mapで学生をIDでインデックス |
| Listストレージ | Listで科目成績を格納 |
| Stream操作 | Streamでソート、統計、グループ化 |
| Comparator | カスタムソートルール |
| Collectors.groupingBy | 成績レベルでグループ化 |
拡張機能
成績エクスポート
JAVA
public void exportToFile(String filename) {
try (PrintWriter writer = new PrintWriter(new FileWriter(filename))) {
writer.println("ID,名前,Java,Python,データベース,合計,平均");
for (Student s : students.values()) {
writer.printf("%s,%s,%s,%d,%.1f%n",
s.getId(), s.getName(),
s.getSubjects().stream()
.map(sub -> String.valueOf(sub.getScore()))
.collect(Collectors.joining(",")),
s.getTotal(), s.getAverage());
}
System.out.println("エクスポート成功: " + filename);
} catch (IOException e) {
System.out.println("エクスポート失敗: " + e.getMessage());
}
}
科目別統計
JAVA
public Map<String, Double> getSubjectAverages() {
Map<String, List<Integer>> subjectScores = new HashMap<>();
for (Student student : students.values()) {
for (Subject subject : student.getSubjects()) {
subjectScores.computeIfAbsent(subject.getName(), k -> new ArrayList<>())
.add(subject.getScore());
}
}
return subjectScores.entrySet().stream()
.collect(Collectors.toMap(
Map.Entry::getKey,
e -> e.getValue().stream().mapToInt(Integer::intValue).average().orElse(0)
));
}
❓ よくある質問
Q 複数のクラスをサポートするにはどうすればいいですか?
A Map<String, GradeManager>を使用して複数のクラスを格納してください。
Q データを永続化するにはどうすればいいですか?
A ファイルIOまたはデータベースストレージを使用してください。
Q インポート機能をサポートするにはどうすればいいですか?
A CSVファイルを読み込み、解析してStudentオブジェクトを作成してください。
📖 まとめ
- MapでIDによるインデックス、Listで科目成績を格納
- Streamでソート、統計、グループ化
- Comparatorでカスタムソートルール
- Collectors.groupingByでグループ化
📝 演習
- インポート: CSVファイルから学生成績をインポート
- 科目別統計: 各科目の平均、最高、最低を計算
- 成績検索: 学生名によるあいまい検索をサポート
次のレッスン
次のレッスンでは、Phase 5に移り、ファイルIOを学びます — ファイル操作。



