الگوریتم برنامه نویسی چیست؟+۱۰ مورد از انواع آن

الگوریتم برنامه نویسی چیست؟دنیای محاسبات پر ازواژگان  کلیدی است: هوش مصنوعی، ابررایانه ها، یادگیری زبان ماشین، ابر محاسبات کوانتومی ،رابط برنامه نویسی کاربردی (API) و غیره.

در میان تمام این واژگان واژه الگوریتم به طور خاص در سراسر محاسبات استفاده می شود

به عنوان یک  تعریف کلی مجموعه‌ای از دستورالعمل‌ها است که به رایانه می‌گوید چگونه مجموعه‌ای از حقایق جهان را به اطلاعات مفید تبدیل کند. حقایق داده ها هستند و اطلاعات مفید دانش افراد و دستورالعمل ها برای ماشین ها  است. نمونه های رایج بسیاری از آن ها وجود دارد، از مرتب سازی مجموعه اعداد گرفته تا یافتن مسیرها از طریق نقشه ها تا نمایش اطلاعات روی صفحه.

برای درک مفهوم آن ها، به پوشیدن لباس در صبح فکر کنید. تعداد کمی از مردم به آن فکر می کنند. اما چگونه می توانید روند خود را یادداشت کنید یا به یک کودک ۵ ساله روش پوشیدن لباس را بگویید؟ پاسخ دادن به این سوالات با روشی دقیق مجموعه ای دستوالعمل را به ما می دهد.

 الگوریتم برنامه نویسی چیست؟

الگوریتم روشی است که برای حل یک مسئله یا انجام محاسبات استفاده می شود. و به‌ عنوان فهرست دقیقی از دستورالعمل‌ها عمل می‌کنند که اقدامات مشخص شده را گام به گام در روال‌های مبتنی بر سخت‌افزار یا نرم‌افزار انجام می‌دهند.

آن ها به طور گسترده در تمام زمینه های IT استفاده می شوند. در ریاضیات و علوم کامپیوترو…

آن ها معمولاً به یک روش کوچک اشاره دارند که یک مسئله تکراری را حل می کنند.  همچنین به عنوان دستوراتی برای انجام پردازش داده ها استفاده می شوند و نقش عمده ای در سیستم های خودکار دارند.

آن ها می‌توانند برای مرتب‌سازی مجموعه‌های اعداد یا برای کارهای پیچیده‌تر، مانند بررسی محتوای کاربر در رسانه‌های اجتماعی استفاده شوند.

آن ها معمولاً با ورودی اولیه و دستورالعمل‌هایی شروع می‌شوند که یک محاسبات خاص را توصیف می‌کنند. هنگامی که محاسبات اجرا می شود، یک خروجی تولید می کنند.

الگوریتم های طراحی‌شده مستقل از زبان هستند، یعنی دستورالعمل‌های ساده‌ای هستند که می‌توانند در هر زبانی پیاده‌سازی شوند، اما خروجی همان‌طور که انتظار می‌رود، یکسان خواهد بود.

الگوریتم ها چگونه کار می کنند؟

آن ها را می توان به صورت زبان های طبیعی، زبان های برنامه نویسی، شبه کدها، فلوچارت ها و جداول کنترل بیان کرد. زبان های برنامه نویسی معمولا برای بیان الگوریتم های اجرا شده توسط کامپیوتر استفاده می شوند.

الگوریتم ها از یک ورودی اولیه به همراه مجموعه ای از دستورالعمل ها استفاده می کنند. ورودی داده های اولیه،مورد نیاز برای تصمیم گیری است و می تواند به صورت اعداد یا کلمات نمایش داده شود. داده های ورودی از طریق مجموعه ای از دستورالعمل ها یا محاسبات، که می تواند شامل فرآیندهای حسابی و تصمیم گیری باشد، قرار می گیرد. خروجی آخرین مرحله در یک الگوریتم است و معمولاً به صورت داده  بیان می شود.

به عنوان مثال، یک الگوریتم جستجو یک عبارت جستجو را به عنوان ورودی دریافت می کند و آن را از طریق مجموعه ای از دستورالعمل ها برای جستجو از میان عبارات موجود در پایگاه داده جست وجو می کند.

ورودی

برای یک کامپیوتر ، ورودی اطلاعات  برای تصمیم گیری مورد نیاز است .

وقتی صبح لباس می پوشید به چه اطلاعاتی نیاز دارید؟ قبل از هر چیز باید بدانید چه لباس هایی در کمدتان در دسترس شماست. سپس ممکن است دما را در نظر بگیرید، پیش‌بینی آب و هوا در روز، چه فصلی و شاید برخی ترجیحات شخصی را در نظر بگیرید.

همه اینها را می توان در داده ها نشان داد، که اساسا مجموعه های ساده ای از اعداد یا کلمات هستند.  برای مثال، دما یک عدد است و پیش‌بینی آب و هوا ممکن است «بارانی» یا «آفتابی» باشد.

محاسبات

سپس قلب یک الگوریتم ” محاسبات ” می آید. محاسبات شامل حساب، تصمیم گیری و تکرار است.

بنابراین، چگونه لباس پوشیدن ؟  در محاسبات  صدق می کند اینکه کت بپوشید ممکن است به دما بستگی داشته باشد و اینکه کدام ژاکت را انتخاب کنید ممکن است به پیش بینی بستگی داشته باشد. “اگر دمای زیر ۵۰ درجه است و باران می بارد، یک کت بارانی و یک پیراهن آستین بلند را برای پوشیدن زیر آن انتخاب کنید.”

پس از برداشتن لباس‌هایتان، باید آن‌ها را بپوشید.

خروجی

در نهایت آخرین مرحله خروجی است برای یک کامپیوتر، خروجی معمولا شامل یکسری داده است درست مانند ورودی، خروجی می تواند شامل ارائه اطلاعات باشد، برای مثال قرار دادن کلمات روی صفحه، تولید نشانه های شنیداری یا شکل دیگری از ارتباط.

بنابراین پس از پوشیدن لباس، قدم به جهان می گذارید، آماده برای عناصر و نگاه های افراد اطرافتان. شاید حتی یک سلفی بگیرید و آن را درشبکه های مجازی  قرار دهید.

انواع مختلف الگوریتم چیست؟

انواع مختلفی از الگوریتم ها وجود دارد که همه برای انجام وظایف مختلف طراحی شده اند. در زیر چند نمونه از آن ها را بیان کرده ایم:

۱- جستجو : الگوریتم‌های جستجو برای جستجوی عناصر  از یک ساختار داده خاص استفاده می‌شوند. بر اساس رویکرد یا ساختار داده ای که عنصر باید در آن یافت شود، می توانند انواع مختلفی داشته باشند.

۲- مرتب سازی : مرتب سازی عبارت است از مرتب کردن گروهی از داده ها به شیوه ای خاص بر اساس نیاز. الگوریتم هایی که به انجام این عملکرد کمک می کنند، الگوریتم های مرتب سازی نامیده می شوند. به طور کلی الگوریتم های مرتب سازی برای مرتب سازی گروه های داده ها به صورت افزایش یا کاهش استفاده می شود.

۳- رمزگذاری : رمزگذاری (رمزنگاری) روشی برای ویرایش اطلاعات به گونه‌ای است که فقط اشخاص مجاز می‌توانند اطلاعات را درک کنند. از نظر فنی، این فرآیند تبدیل متن ساده به متن رمزی شده است.

۴-  حریصانه : در این نوع  راه حل قسمت به قسمت ساخته می شود. راه حل قسمت بعدی بر اساس سود قسمت بعدی ساخته شده است. راه حلی که بیشترین فایده را دارد به عنوان راه حل  بعدی انتخاب می شود

۵- Brute-Force :  تمام راه حل های ممکن برای یک مسئله را کورکورانه تکرار می کند و یک یا چند راه حل برای یک تابع را جستجو می کند.

۶- تصادفی : زمان اجرا و پیچیدگی های مبتنی بر زمان را کاهش می دهد. از عناصر تصادفی به عنوان بخشی از منطق خود استفاده می کند.

۷-بازگشتی :  مبتنی بر بازگشت است. در این حالت، یک مشکل به چند بخش فرعی تقسیم می شود و بارها و بارها همان تابع را فراخوانی می کند.

۸-  هشینگ ( الگوریتم درهم سازی) :  داده ها را گرفته و با درهم کردن آن ها را به یک پیام یکنواخت تبدیل می کند.

۹- تقسیم و غلبه : یک مسئله را به مسائل فرعی تقسیم می کند، یک مشکل فرعی را حل می کند و راه حل ها را با هم ادغام می کند تا به جواب نهایی برسد. از سه مرحله زیر تشکیل شده است:

• تقسیم کنید
• حل کنید
• ترکیب کنید

۱۰- برنامه نویسی پویا : از مفهوم استفاده از راه حل از قبل یافت شده برای جلوگیری از محاسبه تکراری همان قسمت از مسئله استفاده می کند. مشکل را به زیرمشکلات کوچکتر تقسیم می کند و آنها را حل می کند.

یک الگوریتم چگونه باید باشد؟

همه دستورالعمل های نوشته شده برای برنامه نویسی یک الگوریتم نیستند. برای اینکه برخی دستورالعمل ها الگوریتم باشند، باید ویژگی های زیر را داشته باشند :

واضح و بدون ابهام : باید واضح و بدون ابهام باشد. هر یک از مراحل آن باید از همه جهات روشن باشد و تنها به یک معنا منتهی شود.

مقدار ورودی باید دقیقا تعریف شود : اگر الگوریتمی می گوید ورودی ها را بگیرید، باید ورودی های کاملاً تعریف شده باشد. مانند مثال اگر وردی عدد است باید نوع آن (عدد صحیح -عدد اعشاری و…)مشخص شود.

 مقدار خروجی باید دقیقا تعریف شود :  باید به وضوح مشخص کند که چه خروجی به دست می آید و به خوبی تعریف شود.

محدود بودن :  باید متناهی باشد، یعنی پس از یک زمان محدود خاتمه یابد.

امکان پذیر : باید ساده، عمومی و کاربردی باشد تا بتوان با منابع موجود آن را اجرا کرد. نباید حاوی برخی از فناوری های که در آینده می آیند یا چیز دیگری باشد.

مستقل از زبان : باید مستقل از زبان باشد، یعنی  دستورالعمل‌های ساده‌ای باشد که بتوان در هر زبانی پیاده‌سازی کرد، و در عین حال خروجی همان‌طور که انتظار می‌رود باشد.

ویژگی های الگوریتم برنامه نویسی چیست؟

۱- پس از یک زمان محدود خاتمه یابد.

۲- حداقل یک خروجی تولید کند.

۳-صفر یا بیشتر ورودی داشته باشد.

۴-قطعی باشد به این معنی که خروجی یکسانی را برای یک ورودی یکسان بدهد.

۵-هر مرحله در الگوریتم موثر باشد، یعنی  درهر مرحله باید کاری انجام دهد.

مزایا

۱- درک آن آسان است.

۲- یک الگوریتم نمایش مرحله ای از یک راه حل برای یک مسئله معین است.

۳-  مسئله به قطعات یا مراحل کوچک‌تر تقسیم می‌شود، بنابراین، برای برنامه‌نویس آسان‌تر است که آن را به یک برنامه واقعی تبدیل کند.

معایب

۱-نوشتن آن زمان زیادی می برد، بنابراین زمان بر است.

۲-درک منطق پیچیده از طریق الگوریتم ها می تواند بسیار دشوار باشد.

۳-نمایش عبارات Branching و Looping  دشوار است.

چگونه یک الگوریتم طراحی کنیم؟

موارد زیر به عنوان پیش نیاز مورد نیاز است:

مشکلی که قرار است با این الگوریتم حل شود، یعنی تعریف واضح مسئله.

در حین حل مشکل باید محدودیت های مشکل در نظر گرفته شود.

ورودی برای حل مشکل.

خروجی مورد انتظار زمانی که مشکل حل شد.

راه حل این مشکل، در محدودیت های داده شده است.

سپس الگوریتم با کمک پارامترهای فوق طوری نوشته می شود که مشکل را حل کند.

کلام پایانی

الگوریتم به مجموعه‌ای از قوانین یا دستورالعمل‌ها اشاره دارد که نحوه‌ی انجام یک کار را برای دست‌یابی به نتایج مورد‌نظر، به صورت گام‌به‌گام تعریف کند.

یک الگوریتم برنامه نویسی طراحی شده مستقل از زبان است، به بیان دیگر الگوریتم‌ها دستورالعمل‌های ساده‌ای هستند که می‌توانند در هر زبانی پیاده‌سازی شوند و خروجی نیز همان‌طور که انتظارش را دارید یکسان خواهد بود.

الگوریتم‌ها کاربردی زیادی در ریاضیات و علوم کامپیوتر وجود دارند .

به پایان این مقاله در خصوص الگوریتم برنامه نویسی چیست رسیدیم. امیدواریم که مطلب فوق کمی دید شما را نسبت به این موضوع بازکرده باشد.

نظرات و پیشنهادات خود را در قسمت دیدگاه با ما به اشتراک بگذارید.