Swift: SwiftのSetと辞書チュートリアル:集合演算とDictionaryの使い方を解説

Setは色付きビー玉の袋のようなもの——各色1つずつで、特に順序はなく混ざっています。Dictionaryは電話帳のようなもの——名前ですばやく番号を調べられます。このレッスンではこの2つの強力なデータ構造を学びます。

1. 学習目標


2. バックエンドエンジニアの実話

(1) 課題:ユーザータグ重複排除にif-elseを500行 — 痛いほど遅い

Bobはユーザープロファイリングシステムを構築しています。各ユーザーは複数のタグ(例:「VIP」「プロモ敏感」「高額支出者」)を持ち、広範な集合演算が必要です:VIPかつ高額支出者のユーザーを見つける、新旧タグをマージする、ブラックリストタグを除外する。 彼は配列とループベースの重複排除から始めました:

SWIFT
let oldTags = ["VIP", "HighSpender", "NewUser"]
let newTags = ["VIP", "PromoSensitive", "HighSpender"]
var merged: [String] = []
for tag in oldTags + newTags {
    if !merged.contains(tag) {
        merged.append(tag)
    }
}

20万ユーザー × O(n^2)アルゴリズム = サーバーCPUが20分間100%に。Bobは運用チームから苦情を受けました。

(2) SetとDictionaryの解決策

SWIFT
let oldTags: Set = ["VIP", "HighSpender", "NewUser"]
let newTags: Set = ["VIP", "PromoSensitive", "HighSpender"]
let merged = oldTags.union(newTags)
let common = oldTags.intersection(newTags)
print("Merged: \(merged)")
print("Common: \(common)")

(3) 結果:20分 → 0.5秒

指標 配列ループ Set/Dictionary
20万ユーザーの重複排除 20分 0.5秒
コード行数 500+ 30
メモリ使用量 200 MB 45 MB
和集合操作 手書きループ .union() 1行

3. Set

Setは一意な要素の順序なしコレクションです。配列は「順序と重複」を重視し、Setは「一意性と所属」を重視します。

100%
graph TB
    A[集合 A] --- B["{1, 2, 3}"]
    C[集合 B] --- D["{2, 3, 4}"]
    E[和集合] --- F["{1, 2, 3, 4}"]
    G[積集合] --- H["{2, 3}"]
    I[対称差] --- J["{1, 4}"]
    K[差集合] --- L["A - B = {1}"]
集合演算 Swiftメソッド 結果
和集合 union(_:) 両方の集合のすべての要素
積集合 intersection(_:) 両方の集合に共通する要素
差集合 subtracting(_:) Aに含まれBに含まれない要素
対称差 symmetricDifference(_:) ちょうど一方の集合にのみ含まれる要素
部分集合か isSubset(of:) Aの全要素がBに含まれる
含むか contains(_:) O(1)の所属チェック

(1) 作成と基本操作

SWIFT
var fruits: Set<String> = ["Apple", "Banana", "Orange"]
fruits.insert("Apple")
fruits.insert("Grape")
fruits.remove("Banana")
print(fruits.contains("Apple"))
print(fruits.count)

(2) 集合演算

SWIFT
let a: Set = [1, 2, 3, 4, 5]
let b: Set = [4, 5, 6, 7, 8]
print("Union: \(a.union(b).sorted())")
print("Intersection: \(a.intersection(b).sorted())")
print("A - B: \(a.subtracting(b).sorted())")
print("Symmetric Diff: \(a.symmetricDifference(b).sorted())")

▶ サンプル: ユーザータグ管理システム

SWIFT
// ============================================
// Managing user tags with Sets
// ============================================
var userTags: Set<String> = ["VIP", "NewUser", "HighSpender"]
let campaignTags: Set = ["VIP", "PromoSensitive"]
let excludeTags: Set = ["Inactive", "Fraud"]
userTags.insert("iOSUser")
userTags.insert("VIP")
let targetUsers = campaignTags.subtracting(excludeTags)
print("Target tags: \(targetUsers)")
let vipHighSpender = userTags.intersection(["VIP", "HighSpender"])
print("VIP high spenders: \(vipHighSpender)")
let allActive = userTags.union(campaignTags).subtracting(excludeTags)
print("All active tags: \(allActive.sorted())")

出力:

TEXT 📖 参照専用
Target tags: ["VIP", "PromoSensitive"]
VIP high spenders: ["VIP", "HighSpender"]
All active tags: ["HighSpender", "iOSUser", "NewUser", "PromoSensitive", "VIP"]

4. Dictionary

Dictionaryはキーと値のペアの順序なしコレクションで、各キーは一意に値にマッピングされます。「名前で検索」のシナリオに最適です。

100%
graph TB
    A[Dictionary] --> B["キー: りんご -> 値: 3"]
    A --> C["キー: バナナ -> 値: 5"]
    A --> D["キー: オレンジ -> 値: 2"]
    B --> E[キーによるO(1)検索]
操作 構文 備考
作成 キー型: 値型 空の辞書
リテラル ["a": 1, "b": 2] 初期値付き
読み取り dict["キー"] オプショナルを返す
代入 dict["キー"] = 値 追加または更新
削除 dict["キー"] = nil キーと値のペアを削除
走査 for (k, v) in dict すべてを反復処理

(1) 作成と変更

SWIFT
var scores: [String: Int] = [:]
var populations = [
    "New York": 8_336_817,
    "Los Angeles": 3_979_576,
    "Chicago": 2_693_976
]
populations["Houston"] = 2_320_268
populations["New York"] = 8_400_000
populations["Chicago"] = nil
if let nyPopulation = populations["New York"] {
    print("NY population: \(nyPopulation)")
}

(2) Dictionaryの走査

SWIFT
let capitals = [
    "USA": "Washington DC",
    "UK": "London",
    "Japan": "Tokyo",
    "France": "Paris"
]
for (country, city) in capitals {
    print("\(country): \(city)")
}
print("Countries: \(capitals.keys.sorted())")
print("Capitals: \(capitals.values.sorted())")

▶ サンプル: 在庫管理

SWIFT
// ============================================
// Managing inventory with Dictionary
// ============================================
var inventory: [String: Int] = [
    "Laptop": 15,
    "Mouse": 50,
    "Keyboard": 30
]
inventory["Monitor"] = 10
inventory["Mouse"]! += 20
if let laptopStock = inventory["Laptop"], laptopStock > 0 {
    inventory["Laptop"] = laptopStock - 1
    print("Shipped 1 Laptop")
}
let product = "Tablet"
if let stock = inventory[product] {
    print("\(product): \(stock) units")
} else {
    print("\(product) not found in inventory")
}
print("\n=== Inventory Report ===")
for (product, quantity) in inventory {
    let status = quantity < 20 ? "Low stock" : "In stock"
    print("\(product): \(quantity) units -- \(status)")
}

出力:

TEXT 📖 参照専用
ノートPC 1台を出荷
タブレット は在庫にありません

=== 在庫レポート ===
ノートPC: 14 台 -- 在庫僅少
マウス: 70 台 -- 在庫あり
キーボード: 30 台 -- 在庫あり
モニター: 10 台 -- 在庫僅少

5. Hashableプロトコルとネストされたコレクション

DictionaryのキーとSetの要素はHashableプロトコルに準拠する必要があります——Swiftはハッシュ値を使って高速検索を行います。

組み込みのHashable型 手動準拠が必要な場合
String, Int, Double, Bool カスタム構造体/クラス
配列(hashable要素を含む) 関連値を持つ列挙型
Set, Dictionary(値として) 非hashableプロパティを含む型

(1) カスタム型をキーとして使用

SWIFT
struct Product: Hashable {
    let id: Int
    let name: String
}
var cart: [Product: Int] = [:]
let laptop = Product(id: 1001, name: "Laptop")
cart[laptop] = 2
print("Cart items: \(cart.count)")

(2) ネストされたコレクション: SetのDictionary

SWIFT
var cityTags: [String: Set<String>] = [
    "Paris": ["Eiffel Tower", "Louvre"],
    "Tokyo": ["Shibuya", "Sensoji"]
]
cityTags["Paris"]?.insert("Arc de Triomphe")
cityTags["London"] = ["Big Ben", "Tower Bridge"]
for (city, landmarks) in cityTags {
    print("\(city): \(landmarks.sorted().joined(separator: ", "))")
}

▶ サンプル: ユーザーグループ統計

SWIFT
// ============================================
// User group stats with Dictionary and Set
// ============================================
let userLanguages: [String: Set<String>] = [
    "Alice": ["Swift", "Python", "JavaScript"],
    "Bob": ["Python", "Java", "Go"],
    "Charlie": ["Swift", "Kotlin", "JavaScript"],
    "Diana": ["Java", "C#", "Python"]
]
let swiftUsers = userLanguages.filter { $0.value.contains("Swift") }
print("Swift developers: \(swiftUsers.count)")
let allLanguages = userLanguages.values.reduce([]) { $0.union($1) }
print("All languages: \(allLanguages.sorted())")
let fullStack = userLanguages.filter { $0.value.count >= 3 }
for (name, langs) in fullStack {
    print("Full stack: \(name) -- \(langs.sorted().joined(separator: ", "))")
}

出力:

TEXT 📖 参照専用
Swift developers: 2
All languages: ["C#", "Go", "Java", "JavaScript", "Kotlin", "Python", "Swift"]
Full stack: Alice -- JavaScript, Python, Swift
Full stack: Charlie -- JavaScript, Kotlin, Swift
Full stack: Diana -- C#, Java, Python

6. 完全な例:ユーザープロフィールタグ付けシステム

SWIFT
// ============================================
// User profile tagging system
// Combining Set and Dictionary concepts
// ============================================
import Foundation
struct UserProfile: Hashable {
    let id: Int
    let name: String
    var tags: Set<String>
}
var users: [Int: UserProfile] = [
    1: UserProfile(id: 1, name: "Alice", tags: ["VIP", "HighSpender", "iOS"]),
    2: UserProfile(id: 2, name: "Bob", tags: ["NewUser", "Android"]),
    3: UserProfile(id: 3, name: "Charlie", tags: ["VIP", "Android", "HighSpender"]),
    4: UserProfile(id: 4, name: "Diana", tags: ["iOS", "NewUser"])
]
let campaignTags: Set = ["VIP", "iOS"]
let excludeTags: Set = ["Fraud", "Inactive"]
var targetUserIds: Set<Int> = []
for (id, profile) in users {
    let effectiveTags = profile.tags.subtracting(excludeTags)
    if !effectiveTags.intersection(campaignTags).isEmpty {
        targetUserIds.insert(id)
    }
}
print("=== Campaign Target Users ===")
for id in targetUserIds.sorted() {
    if let user = users[id] {
        print("\(user.name) -- tags: \(user.tags.sorted().joined(separator: ", "))")
    }
}
print("\n=== Adding Tag: BetaTester ===")
for id in users.keys {
    users[id]?.tags.insert("BetaTester")
}
print("\n=== Tag Distribution ===")
var tagCounts: [String: Int] = [:]
for (_, profile) in users {
    for tag in profile.tags {
        tagCounts[tag, default: 0] += 1
    }
}
for (tag, count) in tagCounts.sorted(by: { $0.value > $1.value }) {
    print("\(tag): \(count) users")
}

出力:

TEXT 📖 参照専用
=== キャンペーン対象ユーザー ===
Alice -- タグ: VIP、iOS、高額支出者
Charlie -- タグ: VIP、Android、高額支出者
Diana -- タグ: iOS、新規ユーザー

=== タグ追加: ベータテスター ===

=== タグ分布 ===
ベータテスター: 4 人
Android: 2 人
高額支出者: 2 人
iOS: 2 人
新規ユーザー: 2 人
VIP: 2 人

❓ よくある質問

Q Setと配列の使い分けは?
A 一意性、高速検索(O(1))が必要で、順序を気にしない場合はSetを使用します。順序が必要、重複を許容、インデックスベースのアクセスが必要な場合は配列を使用します。
Q Dictionaryでキーが見つからない場合、何が返りますか?
A nil(オプショナル)が返ります。辞書の検索は常にif-letまたは??演算子で処理してください。
Q Hashableとは何で、なぜSetとDictionaryのキーに必要なのですか?
A Hashableは型がハッシュ化できることを意味します。Swiftはハッシュ値を使って要素を素早く特定します(O(1)の計算量)。Int、Stringなどの基本型はデフォルトでHashableに準拠しています。
Q カスタム構造体を辞書のキーとして使用する際の注意点は?
A Hashableに準拠する必要があります。すべての格納プロパティがHashableであれば、Swiftが自動的にハッシュメソッドを合成します。そうでない場合はhash(into:)と==を手動で実装してください。
Q Dictionaryのkeysとvaluesプロパティは何を返しますか?
A コレクション型を返します——keysはDictionary.Keys(Setのように使用可能)、valuesはDictionary.Values(配列のように使用可能)。どちらも直接走査できます。

📖 まとめ


📝 練習問題

  1. 初級: 好きな本5冊のSetを作成してください。「Swiftプログラミング」が含まれているかチェックし、新しい本を2冊追加して、最終的なSetを出力してください。
  2. 中級: Dictionaryを使って簡単な英和辞書を実装してください。5つの単語と訳語を追加し、検索関数(英語入力→日本語返却)を実装し、単語が見つからない場合の処理も行ってください。
  3. 上級: データセットを分析: ["Alice": ["Swift", "Python"], "Bob": ["Java", "Swift"], "Charlie": ["Python", "Go"], "Diana": ["Swift", "Go"]]。Swiftを知っているがGoを知らないユーザー、PythonまたはJavaを知っているユーザー、すべての言語の集合(重複排除)、言語ごとのユーザー数を求めてください。
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