Pythonで解く！エコモード搭載スマホのバッテリー残り時間を計算する方法

問題の概要

ここでは、「エコモード」を備えたスマートフォンを題材にしたプログラミング問題を考えてみましょう。このモードは、バッテリー残量が20%まで下がると自動的に有効になり、エコモード中は通常モードの2倍ゆっくりとバッテリーが消耗します。

家を出発した時点では、バッテリー残量はちょうど100%でした。そして、t分後には残りp%になっていたとします。このとき、スマートフォンの電源が完全に切れるまで、あと何分使用できるかを求めるのがこの問題です。

たとえば、入力が t = 75、p = 25 だった場合、出力は 45 となります。

解法のアプローチ

ポイントは、観測された残量 p が 20% 以上か未満かで状況が変わる点です。それぞれのケースに分けて考えます。

ケース1：p が 20% 以上の場合

この場合、観測期間中は一度もエコモードに切り替わっておらず、ずっと通常モードで動作していました。通常モードでの消耗率は、1分あたり (100 − p) / t % です。

残りのバッテリー p% を使い切るまでの時間は、まず20%まで通常モードで消耗し、そこから先はエコモード（消耗率が半分）で残り20%を消費すると考えると、次の式で表せます。

(p + 20) × t / (100 − p)

ケース2：p が 20% 未満の場合

この場合は、途中でエコモードに切り替わっています。通常モードの消耗率を r とすると、通常モードで80%（100%→20%）を消費した時間 80/r と、エコモードで (20 − p)% を消費した時間 2(20 − p)/r の合計が t 分になるため、r = (120 − 2p) / t と逆算できます。

現在の残量 p% はエコモードの消耗率 r/2 で減っていくので、残り時間は次の式になります。

2 × p × t / (120 − 2 × p)

実装例

以上のロジックをPythonで実装すると、次のようになります。

class Solution:
    def solve(self, t, p):
        if p < 20:
            return 2*p*t/(120-2*p)
        return (p+20)*t/(100-p)

ob = Solution()
print(ob.solve(75, 25))

入力

75, 25

出力

45.0

まとめ

この問題のように、条件によって消耗レートが変わるケースでは、「これまでどのモードで動いていたか」を残量から見極めることが重要です。if文による条件分岐と、比例関係を使った単純な計算だけで答えを導けるため、アルゴリズム思考の良い練習問題と言えます。