یادگیری آلگوریتم به زبان ساده

آلگوریتم چیست؟

آلگوریتم مجموعه ای از دستورات است که برای انجام محاسبات یا سایر عملیات حل مسئله باید توسط کامپیوتر انجام شود. طبق تعریف رسمی آن، الگوریتم مجموعه محدودی از دستورالعمل ها است که به ترتیب خاصی برای انجام کاری خاص انجام می شود. اما این کل برنامه نیست. این منطق ساده ای برای مشکل است که به عنوان توصیف غیررسمی در قالب نمودار جریان یا شبه کد ارائه می شود.

نمودار جریان آلگوریتم چیست؟

مشکل

مشکل را می توان به عنوان چالشی در دنیای واقعی یا نمونه واقعی تعریف کرد که برای آن باید برنامه یا مجموعه ای از دستورالعمل ها را توسعه دهید. الگوریتم مجموعه ای از دستورالعمل ها است.

آلگوریتم

آلگوریتم به عنوان فرآیند گام به گام تعریف می شود که برای مسئله طراحی می شود.

ورودی

پس از طراحی الگوریتم، ورودی های لازم و مورد نظر به آن داده می شود.

واحد پردازش

ورودی به واحد پردازش داده می شود و خروجی مورد نظر را تولید می کند.

خروجی

به نتیجه برنامه خروجی گفته می شود. پس از تعریف الگوریتم، در ادامه به ویژگی های الگوریتم نگاهی خواهیم کرد.

الگوریتم ها چگونه کار می کنند؟

الگوریتم ها رویه های گام به گامی هستند که برای حل مسائل خاص و انجام کارها به طور موثر در حوزه علوم کامپیوتر و ریاضیات طراحی شده اند. این مجموعه ‌های قدرتمند دستورالعمل‌ ها، ستون فقرات فناوری مدرن را تشکیل می ‌دهند و بر همه چیز از جستجوهای وب گرفته تا هوش مصنوعی نظارت می ‌کنند. در این جا نحوه عملکرد الگوریتم ها آمده است:

ورودی

الگوریتم‌ ها داده ‌های ورودی را می‌ گیرند که می‌ توانند در قالب‌ های مختلف مانند اعداد، متن یا تصاویر باشند.

پردازش

الگوریتم داده های ورودی را از طریق یک سری عملیات منطقی و ریاضی پردازش می کند و در صورت نیاز آنها را تبدیل می کند.

خروجی

پس از تکمیل پردازش، الگوریتم خروجی تولید می کند که می تواند نتیجه، تصمیم یا برخی اطلاعات معنی دار دیگر باشد.

کارایی

یکی از جنبه‌های کلیدی الگوریتم‌ ها، کارایی شان است. با هدف انجام سریع و با حداقل منابع.

بهینه ‌سازی

طراحان الگوریتم دائماً به دنبال راه‌ هایی برای بهینه ‌سازی الگوریتم‌ ها هستند تا آن ها را سریع ‌تر و قابل اعتماد تر کند.

پیاده ‌سازی

آلگوریتم ‌ها در زبان ‌های برنامه ‌نویسی مختلف پیاده ‌سازی می ‌شوند و رایانه ‌ها را قادر می ‌سازند تا آن ها را اجرا کرده و نتایج دلخواه را تولید کنند.

چرا به الگوریتم ها نیاز داریم؟

مقیاس پذیری

این به درک تان از مقیاس پذیری کمک می کند. هنگامی که مشکل قابل توجه در دنیای واقعی دارید، باید آن را به مراحل کوچک تقسیم کنید تا سریع تجزیه و تحلیل شود.

کارایی

دنیای واقعی به چالش کشیدن مسئله با تفکیک آن به مراحل کوچک تر است. اگر مشکل را بتوان به راحتی به مراحل کوچک تر تقسیم کرد نشان دهنده امکان پذیر بودن حل آن است. پس از درک این که الگوریتم چیست و چرا به الگوریتم نیاز دارید، نحوه نوشتن الگوریتم را با استفاده از مثال بررسی خواهیم کرد.

انواع آلگوریتم ها 

الگوریتم بروت فورس

رویکرد ساده که تمام راه‌ حل‌ های ممکن را امتحان می ‌کند اما ممکن است به دلیل پیچیدگی زمانی زیاد برای نمونه ‌های بزرگ‌ تر غیر عملی شود.

الگوریتم بازگشتی

روشی است که مسئله را به زیر مجموعه های کوچک تر و مشابه تقسیم و آن را برای وظایف با ساختارهای بازگشتی موثر می کند.

الگوریتم رمزگذاری

برای تبدیل داده‌ها به فرمی امن و غیرقابل خواندن با استفاده از تکنیک ‌های رمزنگاری، حصول اطمینان از محرمانه بودن و حفظ حریم خصوصی در ارتباطات و تراکنش ‌های دیجیتال استفاده می ‌شود.

الگوریتم عقب گرد

تکنیک آزمون و خطا که برای کشف راه حل های بالقوه با لغو انتخاب های نادرست استفاده می شود که معمولاً در پازل ها و مسائل بهینه سازی استفاده می شود.

الگوریتم جستجو

طراحی شده برای یافتن هدفی خاص در مجموعه داده، که امکان بازیابی کارآمد اطلاعات از مجموعه های مرتب شده یا مرتب نشده را فراهم می کند.

الگوریتم مرتب سازی

با هدف چیدمان عناصر با ترتیب خاص، مانند عددی یا الفبایی، برای بهبود سازماندهی و بازیابی داده ها.

الگوریتم درهم سازی

داده ها را به هش با اندازه ثابت تبدیل می کند و امکان دسترسی سریع و بازیابی داده ها در جداول هش را فراهم می کند که معمولاً در پایگاه های داده و ذخیره سازی رمز عبور استفاده می شود.

الگوریتم دیواید اند کانکور

مسئله پیچیده را به مسائل فرعی کوچکتر تقسیم می کند، آن ها را به طور مستقل حل کرده و سپس راه حل های را برای حل موثر مشکل اصلی ترکیب می کند.

الگوریتم فراگیر

در هر مرحله به امید یافتن بهینه سازی مناسب، انتخاب های محلی انجام می دهد که برای این مسئله مفید است اما ممکن است همیشه به بهترین راه حل منجر نشود.

الگوریتم برنامه نویسی پویا

نتایج میانی را ذخیره و مجدداً استفاده می کند تا از محاسبات اضافی جلوگیری کند و کارایی حل مسائل پیچیده را افزایش دهد.

چگونه آلگوریتم بنویسیم؟ 

هیچ استاندارد مشخصی برای نوشتن الگوریتم ها وجود ندارد. با این حال، بسیار وابسته به منابع است. الگوریتم ها هرگز با یک زبان برنامه نویسی خاص در ذهن نوشته نمی شوند.

همان طور که همه می ‌دانید، ساختارهای کد پایه حلقه ‌هایی مانند  do، for، while همه زبان‌ های برنامه ‌نویسی کنترل جریان مانند  if-else  و غیره را به اشتراک می ‌گذارند. الگوریتم را می توان با استفاده از این ساختارهای رایج نوشت.

الگوریتم ها معمولاً به صورت گام به گام نوشته می شوند، اما همیشه این طور نیست. الگوریتم نویسی فرآیندی است که پس از مشخص شدن دامنه مشکل اتفاق می افتد. یعنی باید از حوزه مشکلی که در حال توسعه راه حل برای آن هستید آگاه باشید.

عوامل موثر در طراحی الگوریتم                           

در طراحی الگوریتم موارد زیر باید در نظر گرفته شود:

ماژولار بودن

این ویژگی کاملاً برای الگوریتم طراحی شده است. توانایی طبقه بندی مشکل به ماژول ها یا مراحل کوچک که تعریف اولیه از الگوریتم است.             

درستی

درستی الگوریتم زمانی تعریف می شود که ورودی های داده شده خروجی مورد نظر را تولید کنند. این مطلب نشان می دهد الگوریتم به درستی طراحی شده و تجزیه و تحلیل به درستی تکمیل شده است.

قابلیت نگهداری

به این معنی است که الگوریتم باید به شکلی ساده و ساختار یافته طراحی شود تا زمانی که آن را دوباره تعریف می کنید، هیچ تغییر قابل توجهی ایجاد نشود.

کارکرد

مراحل منطقی مختلفی را برای حل مشکل دنیای واقعی در نظر می گیرد.

استحکام

استحکام به توانایی الگوریتم برای تعریف واضح مشکل اشاره دارد.

کاربر پسند

اگر درک الگوریتم مشکل باشد، طراح آن را برای برنامه نویس توضیح نمی دهد.

سادگی

اگر الگوریتم ساده باشد، درک آن نیز ساده است.

توسعه پذیری

اگر طراح یا برنامه نویس الگوریتم دیگری بخواهد از الگوریتمی که شما طراحی کرده اید استفاده کند باید قابل توسعه باشد.

برگردان به فارسی: سولماز همدانی

کاری از تیم تولید محتوای مجتمع فنی تهران نمایندگی ونک