عملا همه چیز در دنیای ما تابع قوانین و قوانینی است. علم مدرن ثابت نمی‌ماند، به لطف آن، بشر فرمول‌ها و الگوریتم‌های زیادی را می‌شناسد که به دنبال آنها، می‌توانید بسیاری از اعمال و ساختارهای خلق شده توسط طبیعت را محاسبه و بازآفرینی کنید و ایده‌های اختراع شده توسط انسان را زنده کنید.
در این مقاله مفاهیم اساسی الگوریتم را تحلیل خواهیم کرد.
تاریخچه پیدایش الگوریتم ها
الگوریتم - مفهومی که در قرن XII ظاهر شد. خود کلمه "الگوریتم" از تفسیر لاتین نام ریاضیدان مشهور خاورمیانه محمد الخوارزمی می آید که کتاب "درباره شمارش هندی" را نوشته است. این کتاب نحوه صحیح نوشتن اعداد طبیعی با استفاده از اعداد عربی را شرح می‌دهد و الگوریتم اعمال را با ستونی روی این اعداد شرح می‌دهد.
در قرن دوازدهم، کتاب "درباره حساب هندی" به لاتین ترجمه شد و سپس این تعریف ظاهر شد.
تعامل الگوریتم با انسان و ماشین
آفرینشالگوریتم نیاز به یک رویکرد خلاقانه دارد، بنابراین فقط یک موجود زنده می تواند لیست جدیدی از اقدامات متوالی ایجاد کند. اما برای اجرای دستورالعمل‌های موجود، نیازی به فانتزی نیست، حتی فناوری بی‌روح هم می‌تواند از عهده این کار برآید.
یک مثال عالی برای پیروی دقیق از یک دستورالعمل داده شده، یک اجاق مایکروویو خالی است که علیرغم عدم وجود غذا در داخل آن به کار خود ادامه می دهد.
موضوع یا شیئی که نیازی به درک ماهیت الگوریتم ندارد، مجری رسمی نامیده می شود. یک فرد همچنین می تواند به یک مجری رسمی تبدیل شود، اما در صورتی که این یا آن اقدام بی سود باشد، یک مجری متفکر می تواند همه چیز را به روش خود انجام دهد. بنابراین، مجریان اصلی کامپیوتر، اجاق های مایکروویو، تلفن و سایر تجهیزات هستند. مفهوم الگوریتم در علوم کامپیوتر از اهمیت بالایی برخوردار است. هر الگوریتم با انتظار یک موضوع خاص و با در نظر گرفتن اعمال مجاز تدوین شده است. آن اشیائی که آزمودنی می‌تواند دستورالعمل‌ها را روی آنها اعمال کند، محیط اجراکننده را تشکیل می‌دهند.
عملا همه چیز در دنیای ما تابع قوانین و قوانینی است. علم مدرن هنوز ایستاده نیست، به لطف آن بشر فرمول ها و الگوریتم های زیادی را می شناسد، به دنبال آنها می توانید بسیاری از اعمال و خلاقیت های طبیعت را محاسبه و بازآفرینی کنید و ایده های اختراع شده توسط انسان را زنده کنید. در این مقاله به تحلیل مفاهیم اساسی الگوریتم می پردازیم.
الگوریتم چیست؟
بیشتر فعالیت هایی که در طول زندگی خود انجام می دهیم نیازمند رعایت تعدادی از قوانین است. از این که چقدر یک فرد تصور درستی از آن داردچه، چگونه و در چه ترتیبی باید انجام دهد، بستگی به کیفیت و نتیجه وظایف محول شده به او دارد. از دوران کودکی، والدین سعی کرده‌اند الگوریتمی را برای اقدامات اصلی در کودک خود ایجاد کنند، به عنوان مثال: از خواب بیدار شوید، رختخواب را مرتب کنید، دندان‌های خود را بشویید و مسواک بزنید، ورزش کنید، صبحانه بخورید و غیره، فهرستی که فرد انجام می‌دهد. تمام زندگی او در صبح را نیز می توان نوعی الگوریتم در نظر گرفت.
الگوریتم مفهومی است که به مجموعه ای از دستورالعمل ها اشاره دارد که فرد برای حل یک مشکل خاص باید از آنها پیروی کند.
به طور کلی، الگوریتم تعاریف بسیاری دارد، چندین دانشمند آن را متفاوت توصیف می کنند.
اگر الگوریتمی که یک فرد هر روز استفاده می کند برای همه متفاوت است و بسته به سن و موقعیت هایی که اجراکننده در آن قرار می گیرد می تواند تغییر کند، مجموعه اقداماتی که برای حل یک مسئله ریاضی باید انجام شود. یا استفاده از فناوری برای همه یکسان است و همیشه یکسان می ماند.
مفهوم متفاوتی از الگوریتم وجود دارد، انواع الگوریتم ها نیز متفاوت است - به عنوان مثال، برای فردی که هدفی را دنبال می کند و برای فناوری.
در عصر فناوری اطلاعات ما، مردم روزانه مجموعه‌ای از دستورالعمل‌ها را دنبال می‌کنند که قبل از آنها توسط افراد دیگر ایجاد شده‌اند، زیرا فناوری هنگام استفاده نیازمند اجرای دقیق یک سری اقدامات است. بنابراین وظیفه اصلی معلمان در مدارس این است که به کودکان نحوه استفاده از الگوریتم ها، درک سریع و تغییر قوانین موجود را متناسب با شرایط فعلی آموزش دهند. ساختار الگوریتم یکی از این موارد استمفاهیمی که در هر مدرسه در درس ریاضیات و علوم کامپیوتر مطالعه می شود.
ویژگی های اساسی الگوریتم
1. گسستگی (توالی اقدامات فردی) - هر الگوریتمی باید به عنوان یک سری اقدامات ساده نشان داده شود، که هر کدام باید پس از تکمیل اقدامات قبلی شروع شوند.
2. قطعیت - هر عمل الگوریتم باید به قدری ساده و واضح باشد که مجری هیچ سوالی نداشته باشد و آزادی عمل نداشته باشد.
3. کارایی - توضیحات الگوریتم باید واضح و کامل باشد تا پس از اجرای تمام دستورالعمل ها، کار به پایان منطقی خود برسد.
4. کاراکتر انبوه - الگوریتم باید برای یک کلاس کامل از مسائل قابل اجرا باشد که فقط با تغییر اعداد در الگوریتم قابل حل هستند. اگرچه این عقیده وجود دارد که نکته آخر در مورد الگوریتم ها صدق نمی کند، بلکه به طور کلی برای همه روش های ریاضی صدق می کند.
اغلب در مدارس، معلمان برای درک بهتر الگوریتم‌ها به کودکان، از مثال آشپزی از کتاب آشپزی، تهیه دارو از نسخه یا ساختن فرآیند صابون‌سازی بر اساس کلاس کارشناسی ارشد استفاده می‌کنند. با این حال، با در نظر گرفتن ویژگی دوم الگوریتم، که می گوید هر مورد از الگوریتم باید آنقدر واضح باشد که کاملاً توسط هر شخصی و حتی ماشینی قابل انجام باشد، می توان نتیجه گرفت که هر فرآیندی که حداقل به نوعی نیاز دارد. از تخیل، الگوریتم را نمی توان نام برد. و آشپزی و سوزن دوزی نیاز به مهارت های خاص و تخیل توسعه یافته دارد.
انواع مختلفی از الگوریتم ها وجود دارد،اما سه مورد اصلی وجود دارد.
الگوریتم چرخه ای
در این نوع، برخی از موارد چندین بار تکرار می شوند. لیستی از اقداماتی که برای رسیدن به هدف باید تکرار شوند، بدنه الگوریتم نامیده می شود.
تکرار یک حلقه اجرای تمام موارد موجود در بدنه حلقه است. از تکرارها.
آن بخش از چرخه که فراوانی آنها به تعدادی شرایط بستگی دارد نامشخص نامیده می شوند.
ساده ترین نوع چرخه ثابت است.
دو نوع الگوریتم چرخه ای وجود دارد:
- حلقه با پیش شرط. در این حالت، بدنه حلقه قبل از اجرا، وضعیت خود را بررسی می کند.
- یک حلقه با یک شرط پس. در یک حلقه با یک شرط پس، این شرط پس از پایان حلقه بررسی می شود.
انواع الگوریتم های خطی
دستورالعمل های این گونه مدارها یک بار به ترتیبی که ارائه شده اند اجرا می شوند. برای مثال، فرآیند ساخت تخت یا مسواک زدن را می توان یک الگوریتم خطی در نظر گرفت. این نوع شامل مثال‌های ریاضی نیز می‌شود که در آن فقط عملیات جمع و تفریق وجود دارد.
الگوریتم انشعاب
گزینه های مختلفی در نوع شاخه ای وجود دارد که بسته به شرایط کدام یک اعمال می شود.
مثال. سوال: آیا باران می بارد؟ گزینه های پاسخ: "بله" یا "خیر". اگر یک"بله" - چتر را باز کنید، اگر "نه" - چتر را در کیسه بگذارید.
الگوریتم کمکی
الگوریتم کمکی را می توان در الگوریتم های دیگر با مشخص کردن نام آن استفاده کرد.
اصطلاحات موجود در الگوریتم ها
شرط بین کلمات "اگر" و "پس" است.
به عنوان مثال: اگر انگلیسی می دانید، یکی را فشار دهید. در این جمله قسمت عبارت "شما انگلیسی می دانید" شرط خواهد بود.
داده اطلاعاتی است که بار معنایی معینی را حمل می کند و به گونه ای ارائه می شود که بتوان آن را انتقال داد و برای این الگوریتم استفاده کرد.
فرایند الگوریتمی - حل مسئله بر اساس الگوریتم با استفاده از داده های خاص.
ساختار الگوریتم
الگوریتم می تواند ساختار متفاوتی داشته باشد. برای توصیف یک الگوریتم که مفهوم آن به ساختار آن نیز بستگی دارد، می‌توانید از روش‌های مختلفی استفاده کنید، برای مثال: کلامی، گرافیکی، با استفاده از یک زبان الگوریتمی توسعه‌یافته خاص.
کدام روش مورد استفاده قرار می گیرد به عوامل مختلفی بستگی دارد: پیچیدگی کار، میزان جزئیات فرآیند حل مسئله و غیره.
نسخه گرافیکی الگوریتم
الگوریتم گرافیک - مفهومی که متضمن تجزیه اقداماتی است که برای حل یک مشکل خاص باید انجام شود، با توجه به اشکال هندسی خاص.
نمودارهای گرافیکی به طور تصادفی نشان داده نمی شوند. تا بتوانندبرای درک هر شخص، فلوچارت ها و ساختار نگاره های ناسی-اشنایدرمن اغلب استفاده می شود.
همچنین، نمودارهای بلوکی مطابق با GOST-19701-90 و GOST-19.003-80 ترسیم می شوند.
- پایه. تصاویر اصلی برای نشان دادن عملیات مورد نیاز برای پردازش داده ها هنگام حل یک مشکل استفاده می شود.
- کمکی. تصاویر کمکی برای نشان دادن عناصر فردی و نه مهمترین آنها برای حل مشکل مورد نیاز است.
در یک الگوریتم گرافیکی، اشکال هندسی مورد استفاده برای نمایش داده ها، بلوک نامیده می شوند.
همه بلوک ها به ترتیب "از بالا به پایین" و "چپ به راست" حرکت می کنند - این جهت جریان صحیح است. با توالی صحیح، خطوط اتصال بلوک ها به یکدیگر جهت را نشان نمی دهند. در موارد دیگر، جهت خطوط با فلش نشان داده می شود.
یک طرح الگوریتم صحیح نباید بیش از یک خروجی از بلوک‌های پردازشی و کمتر از دو خروجی از بلوک‌های مسئول عملیات منطقی و بررسی شرایط داشته باشد.
چگونه یک الگوریتم درست بسازیم؟
ساختار الگوریتم، همانطور که در بالا ذکر شد، باید بر اساس GOST ساخته شود، در غیر این صورت برای دیگران قابل درک و در دسترس نخواهد بود.
روش کلی ضبط شامل موارد زیر است:
نامی که با آن مشخص می شود چه مشکلی را می توان با استفاده از این طرح حل کرد.
هر الگوریتم باید شروع و پایان مشخصی داشته باشد.
الگوریتم هاهمه داده‌ها، چه ورودی و چه خروجی، باید به وضوح و واضح توصیف شوند.
هنگام کامپایل یک الگوریتم، باید به اقداماتی توجه کرد که به انجام اقدامات لازم برای حل مسئله روی داده های انتخاب شده اجازه می دهد. نمای تقریبی الگوریتم:
- نام Chema.
- داده.
- شروع.
- تیم ها.
- پایان.
ساخت صحیح مدار محاسبه الگوریتم ها را بسیار تسهیل می کند.
اشکال هندسی مسئول اعمال مختلف در الگوریتم
بیضی افقی - ابتدا و پایان (علامت پایان).
مستطیل افقی - محاسبه یا سایر اقدامات (علامت فرآیند).
متوازی الاضلاع افقی - ورودی یا خروجی (علامت داده).
لوزی افقی - بررسی وضعیت (علامت تصمیم).
شش ضلعی دراز و افقی - اصلاح (نشانه آماده سازی).
مدل های الگوریتم در زیر نشان داده شده است.
نسخه فرمول-کلامی ساخت الگوریتم.
الگوریتم‌های فرمول-کلامی به شکل دلخواه، به زبان حرفه‌ای منطقه‌ای که وظیفه به آن تعلق دارد، نوشته می‌شوند. شرح اقدامات در این روش با استفاده از کلمات و فرمول ها انجام می شود.
مفهوم الگوریتم در علوم کامپیوتر
در زمینه کامپیوتر، همه چیز بر اساس الگوریتم است. بدون دستورالعمل های واضح وارد شده در قالب یک کد خاص، هیچ تکنیکی کار نخواهد کرد یابرنامه در درس‌های علوم کامپیوتر، دانش‌آموزان سعی می‌کنند مفاهیم اولیه الگوریتم‌ها را بیان کنند، نحوه استفاده از آنها را به آنها بیاموزند و خودشان آنها را ایجاد کنند.
ایجاد و استفاده از الگوریتم‌ها در علوم کامپیوتر فرآیند خلاقانه‌تری نسبت به دنبال کردن دستورالعمل‌های حل مسئله در ریاضیات است.
همچنین یک برنامه ویژه "الگوریتم" وجود دارد که به افرادی که در زمینه برنامه نویسی ناآگاه هستند کمک می کند تا برنامه های خود را ایجاد کنند. چنین منبعی می‌تواند به یک دستیار ضروری برای کسانی تبدیل شود که اولین گام‌های خود را در علم کامپیوتر برمی‌دارند و می‌خواهند بازی‌های خود یا هر برنامه دیگری بسازند.
از سوی دیگر، هر برنامه ای یک الگوریتم است. اما اگر الگوریتم فقط اعمالی را که باید با درج داده‌هایش انجام شود را حمل می‌کند، آنگاه برنامه از قبل داده‌های نهایی را حمل می‌کند. تفاوت دیگر این است که برنامه را می توان ثبت اختراع و دارایی خصوصی کرد، اما الگوریتم اینطور نیست. یک الگوریتم مفهومی گسترده تر از یک برنامه است.
نتیجه گیری
در این مقاله، مفهوم الگوریتم و انواع آن را تجزیه و تحلیل کردیم، نحوه درست نوشتن طرح‌های گرافیکی را یاد گرفتیم.
