メモ化(キャッシュ)で計算を高速化する

このレッスンでは、メモ化(キャッシュ)というテクニックを学び、重い計算を効率よく高速化できるようになることを目標にします。「Ruby メモ化 とは」で調べている方向けの内容です。

メモ化は、一度計算した結果を「保管箱」に保存しておき、同じ入力が来たら計算し直さずに保管箱から取り出すテクニックです。「毎回同じ質問をされたら、覚えておいた答えをそのまま返す」ようなイメージです。

サンプルコードでは、cacheというハッシュを保管箱として使い、slow_squareメソッドの中でcache.key?(n)によって「すでに計算済みか」をチェックしています。すでに計算済みならキャッシュから即座に値を返し、まだなら計算してから結果をキャッシュに保存しています。

初心者がよくつまずくのが、キャッシュを引数として明示的に渡す設計です。この例ではキャッシュをメソッドの外に用意し、引数として渡すことで、メソッドの外側の状態を安全に扱っています。グローバル変数を使わない、より安全な設計と言えます。

メモリを多く使う代わりに計算時間を節約する、という典型的な「時間とメモリのトレードオフ」の例でもあります。特に再帰的な計算やAPIの呼び出し結果をキャッシュする場面で、体感できる速度改善が得られます。