عمليا كل شيء في عالمنا يخضع لبعض القوانين والقواعد. العلم الحديث لا يقف مكتوف الأيدي ، فبفضله تعرف البشرية الكثير من الصيغ والخوارزميات ، وبعد ذلك يمكنك حساب وإعادة إنشاء العديد من الإجراءات والهياكل التي أنشأتها الطبيعة ، وإحياء الأفكار التي اخترعها الإنسان.
في هذه المقالة سنقوم بتحليل المفاهيم الأساسية للخوارزمية.
تاريخ ظهور الخوارزميات
الخوارزمية - مفهوم ظهر في القرن الثاني عشر. تأتي كلمة "الخوارزمية" نفسها من التفسير اللاتيني لاسم عالم الرياضيات الشهير في الشرق الأوسط محمد الخوارزمي ، الذي ألف كتاب "عن العد الهندي". يصف هذا الكتاب كيفية كتابة الأرقام الطبيعية بشكل صحيح باستخدام الأرقام العربية ، ويصف خوارزمية الإجراءات بعمود فوق هذه الأرقام.
في القرن الثاني عشر ، تمت ترجمة كتاب "On the Indian Account" إلى اللاتينية ، ثم ظهر هذا التعريف.
تفاعل الخوارزمية مع الإنسان والآلة
الخلقتتطلب الخوارزمية نهجًا إبداعيًا ، لذلك يمكن للكائن الحي فقط إنشاء قائمة جديدة من الإجراءات المتسلسلة. ولكن من أجل تنفيذ التعليمات الحالية ، ليس من الضروري أن يكون لديك خيال ، حتى التكنولوجيا التي لا روح لها يمكنها التعامل مع هذا.
مثال ممتاز على اتباع تعليمات معينة بالضبط هو فرن ميكروويف فارغ يستمر في العمل على الرغم من عدم وجود طعام بداخله.
يسمى الموضوع أو الشيء الذي لا يحتاج إلى فهم جوهر الخوارزمية بالمنفذ الرسمي. يمكن لأي شخص أيضًا أن يصبح منفذًا رسميًا ، ولكن في حالة كون هذا الإجراء أو ذاك غير مربح ، يمكن للمنفذ المفكر أن يفعل كل شيء بطريقته الخاصة. لذلك ، فإن جهات الأداء الرئيسية هي أجهزة الكمبيوتر وأفران الميكروويف والهواتف وغيرها من المعدات. مفهوم الخوارزمية في علوم الكمبيوتر له أهمية قصوى. يتم تجميع كل خوارزمية مع توقع موضوع معين ، مع مراعاة الإجراءات المسموح بها. تلك الكائنات التي يمكن للموضوع أن يطبق عليها التعليمات تشكل بيئة المنفذ.
عمليا كل شيء في عالمنا يخضع لبعض القوانين والقواعد. العلم الحديث لا يقف مكتوف الأيدي ، فبفضله تعرف البشرية الكثير من الصيغ والخوارزميات ، وبعد ذلك يمكنك حساب وإعادة إنشاء العديد من الإجراءات وإبداعات الطبيعة وإحياء الأفكار التي اخترعها الإنسان. في هذه المقالة سوف نقوم بتحليل المفاهيم الأساسية للخوارزمية.
ما هي الخوارزمية؟
تتطلب معظم الأنشطة التي نقوم بها خلال حياتنا مراعاة عدد من القواعد. من كم لدى الشخص فكرة صحيحة عن البتماذا وكيف وفي أي تسلسل يجب أن يفعله ، يعتمد على جودة ونتائج المهام الموكلة إليه. منذ الطفولة ، كان الآباء يحاولون تطوير خوارزمية في أطفالهم للإجراءات الرئيسية ، على سبيل المثال: الاستيقاظ ، وترتيب السرير ، وغسل وتنظيف أسنانك ، والقيام بالتمارين ، وتناول الإفطار ، وما إلى ذلك ، القائمة التي يقوم بها الشخص يمكن أيضًا اعتبار كل حياته في الصباح نوعًا من الخوارزمية.
الخوارزمية هي مفهوم يشير إلى مجموعة من التعليمات التي يجب على الشخص اتباعها من أجل حل مشكلة معينة.
بشكل عام ، تحتوي الخوارزمية على العديد من التعريفات ، ويصفها العديد من العلماء بشكل مختلف.
إذا كانت الخوارزمية التي يستخدمها الشخص كل يوم مختلفة بالنسبة للجميع ، ويمكن أن تتغير تبعًا للعمر والمواقف التي يجد فيها المؤدي نفسه ، فإن مجموعة الإجراءات التي يجب القيام بها لحل مشكلة رياضية أو أن استخدام التكنولوجيا هو نفسه للجميع ويظل دائمًا كما هو.
هناك مفهوم مختلف للخوارزمية ، كما تختلف أنواع الخوارزميات - على سبيل المثال ، بالنسبة للشخص الذي يسعى إلى تحقيق هدف ، وبالنسبة للتكنولوجيا.
في عصر تكنولوجيا المعلومات لدينا ، يتبع الأشخاص يوميًا مجموعة من التعليمات التي تم إنشاؤها من قبل أشخاص آخرين أمامهم ، لأن التكنولوجيا تتطلب تنفيذًا دقيقًا لسلسلة من الإجراءات عند استخدامها. لذلك ، فإن المهمة الرئيسية للمعلمين في المدارس هي تعليم الأطفال كيفية استخدام الخوارزميات ، وفهم القواعد الحالية وتغييرها بسرعة وفقًا للوضع الحالي. هيكل الخوارزمية هو واحد من هؤلاءالمفاهيم التي تدرس في درس الرياضيات وعلوم الحاسوب في كل مدرسة.
الخصائص الأساسية للخوارزمية
1. التكتم (تسلسل الإجراءات الفردية) - يجب تمثيل أي خوارزمية كسلسلة من الإجراءات البسيطة ، يجب أن يبدأ كل منها بعد الانتهاء من الإجراء السابق.
2. اليقين - يجب أن يكون كل إجراء للخوارزمية بسيطًا وواضحًا بحيث لا يمتلك المؤدي أي أسئلة ولا يتمتع بحرية التصرف.
3. الكفاءة - يجب أن يكون وصف الخوارزمية واضحًا وكاملاً ، بحيث تصل المهمة بعد تنفيذ جميع التعليمات إلى نهايتها المنطقية.
4. الطابع الجماعي - يجب أن تكون الخوارزمية قابلة للتطبيق على فئة كاملة من المشكلات ، والتي لا يمكن حلها إلا بتغيير الأرقام في الخوارزمية. على الرغم من وجود رأي مفاده أن النقطة الأخيرة لا تنطبق على الخوارزميات ، ولكن على جميع الطرق الرياضية بشكل عام.
في كثير من الأحيان في المدارس ، لإعطاء الأطفال فهمًا أفضل للخوارزميات ، يستخدم المعلمون مثال الطهي من كتاب الطبخ ، أو صنع الدواء من وصفة طبية ، أو صنع عملية صنع الصابون بناءً على فصل دراسي رئيسي. ومع ذلك ، مع الأخذ في الاعتبار الخاصية الثانية للخوارزمية ، والتي تنص على أن كل عنصر من عناصر الخوارزمية يجب أن يكون واضحًا جدًا بحيث يمكن تنفيذه بواسطة أي شخص على الإطلاق وحتى بواسطة جهاز ، يمكننا أن نستنتج أن أي عملية تتطلب على الأقل نوعًا ما من الخيال ، لا يمكن تسمية الخوارزمية. والطبخ والتطريز يتطلب مهارات معينة وخيال متطور
هناك أنواع مختلفة من الخوارزميات ،ولكن هناك ثلاثة منها.
خوارزمية دورية
في هذا النوع ، تتكرر بعض العناصر عدة مرات. تسمى قائمة الإجراءات التي يجب تكرارها لتحقيق الهدف جسم الخوارزمية.
تكرار الحلقة هو تنفيذ جميع العناصر المضمنة في جسم الحلقة.تسمى أجزاء الحلقة التي يتم تنفيذها باستمرار لعدد معين من المرات حلقة برقم ثابت من التكرارات
تلك الأجزاء من الدورة ، التي يعتمد تكرارها على عدد من الشروط ، تسمى غير محددة.
أبسط نوع من الدورات ثابت.
هناك نوعان من الخوارزميات الدورية:
- حلقة مع شرط مسبق. في هذه الحالة ، يتحقق جسم الحلقة من حالتها قبل تنفيذها.
- حلقة مع حالة لاحقة. في الحلقة ذات الشرط اللاحق ، يتم فحص الشرط بعد نهاية الحلقة.
أنواع الخوارزميات الخطية
يتم تنفيذ تعليمات هذه الدوائر مرة واحدة بالترتيب الذي قدمت به. على سبيل المثال ، يمكن اعتبار عملية صنع سرير أو تفريش الأسنان خوارزمية خطية. يتضمن هذا النوع أيضًا أمثلة رياضية ، حيث لا يوجد سوى عمليات الجمع والطرح.
خوارزمية المتفرعة
هناك عدة خيارات في نوع التفريع ، والتي سيتم تطبيقها بناءً على الحالة.
مثال. السؤال: هل تمطر؟ خيارات الإجابة: "نعم" أو "لا". اذا كان"نعم" - افتح المظلة ، إذا كانت الإجابة "لا" - ضع المظلة في الحقيبة.
الخوارزمية المساعدة
يمكن استخدام الخوارزمية المساعدة في خوارزميات أخرى بتحديد اسمها فقط.
المصطلحات الموجودة في الخوارزميات
الشرط بين الكلمتين "إذا" و "ثم".
على سبيل المثال: إذا كنت تعرف اللغة الإنجليزية ، فاضغط على واحدة. في هذه الجملة ، سيكون الجزء من عبارة "تعرف الإنجليزية" هو الشرط.
البيانات هي المعلومات التي تحمل عبءًا دلاليًا معينًا ويتم تقديمها بطريقة يمكن نقلها واستخدامها لهذه الخوارزمية.
عملية حسابية - حل مشكلة وفقًا لخوارزمية باستخدام بيانات معينة.
هيكل الخوارزمية
يمكن أن يكون للخوارزمية بنية مختلفة. من أجل وصف خوارزمية ، يعتمد مفهومها أيضًا على هيكلها ، يمكنك استخدام عدد من الطرق المختلفة ، على سبيل المثال: لفظي ، رسومي ، باستخدام لغة خوارزمية مطورة خصيصًا.
تعتمد الطريقة التي سيتم استخدامها على عدة عوامل: مدى تعقيد المهمة ، ومدى تفصيل عملية حل المشكلة ، وما إلى ذلك.
نسخة رسومية من الخوارزمية
خوارزمية الرسوم - مفهوم ينطوي على تحلل الإجراءات التي يجب القيام بها لحل مشكلة معينة ، وفقًا لأشكال هندسية معينة.
الرسوم البيانية لا تظهر عشوائيا. لكي يكونوا قادرينلفهم أي شخص ، غالبًا ما يتم استخدام المخططات الانسيابية ورسومات ناسي شنايدرمان.
أيضًا ، يتم رسم المخططات الكتلة وفقًا لـ GOST-19701-90 و GOST-19.003-80.تنقسم الأشكال الرسومية المستخدمة في الخوارزمية إلى:
- أساسي. تستخدم الصور الرئيسية للإشارة إلى العمليات اللازمة لمعالجة البيانات عند حل مشكلة.
- مساعد. هناك حاجة إلى الصور المساعدة للإشارة إلى العناصر الفردية ، وليس الأهم ، في حل المشكلة.
في خوارزمية رسومية ، تسمى الأشكال الهندسية المستخدمة لتمثيل البيانات كتل.
جميع الكتل تسير في تسلسل "من أعلى إلى أسفل" و "من اليسار إلى اليمين" - هذا هو اتجاه التدفق الصحيح. بالتسلسل الصحيح ، لا تظهر الخطوط التي تربط الكتل ببعضها البعض الاتجاه. في حالات أخرى ، يتم تحديد اتجاه الخطوط بواسطة الأسهم.
يجب ألا يحتوي مخطط الخوارزمية الصحيح على أكثر من خروج واحد من كتل المعالجة وأقل من مخارجين من الكتل المسؤولة عن العمليات المنطقية وفحص الحالة.
كيف نبني خوارزمية بشكل صحيح؟
يجب بناء هيكل الخوارزمية ، كما هو مذكور أعلاه ، وفقًا لـ GOST ، وإلا فلن يكون مفهومًا ويمكن للآخرين الوصول إليه.
تتضمن منهجية التسجيل العامة العناصر التالية:
الاسم الذي سيتم من خلاله توضيح المشكلة التي يمكن حلها باستخدام هذا المخطط.
يجب أن يكون لكل خوارزمية بداية ونهاية محددة بوضوح.
الخوارزمياتيجب وصف جميع البيانات ، المدخلات والمخرجات ، بشكل واضح وواضح.
عند تجميع خوارزمية ، يجب على المرء ملاحظة الإجراءات التي تسمح بتنفيذ الإجراءات اللازمة لحل المشكلة على البيانات المحددة. عرض تقريبي للخوارزمية:
- اسم كيما.
- البيانات.
- ابدأ.
- فرق
- النهاية
البناء السليم للدائرة يسهل بشكل كبير حساب الخوارزميات.
الأشكال الهندسية المسؤولة عن الإجراءات المختلفة في الخوارزمية
أفقي بيضاوي - البداية والنهاية (علامة النهاية).
مستطيل أفقي - الحساب أو الإجراءات الأخرى (علامة العملية).
متوازي الأضلاع الأفقي - الإدخال أو الإخراج (علامة البيانات).
المعين الأفقي - فحص الحالة (علامة القرار).
ممدود ، مسدس أفقي - تعديل (علامة تحضير).
نماذج الخوارزمية موضحة أدناه.
الصيغة اللفظية من بناء الخوارزمية.
تتم كتابة خوارزميات الصيغة اللفظية في شكل تعسفي ، باللغة المهنية للمنطقة التي تنتمي إليها المهمة. يتم وصف الإجراءات بهذه الطريقة باستخدام الكلمات والصيغ.
مفهوم الخوارزمية في علوم الكمبيوتر
في مجال الكمبيوتر ، كل شيء يعتمد على الخوارزميات. بدون تعليمات واضحة تم إدخالها في شكل رمز خاص ، لن تعمل أي تقنية أوبرنامج. في دروس علوم الكمبيوتر ، يحاول الطلاب إعطاء المفاهيم الأساسية للخوارزميات وتعليمهم كيفية استخدامها وإنشائها بأنفسهم.
إنشاء واستخدام الخوارزميات في علوم الكمبيوتر هي عملية أكثر إبداعًا من ، على سبيل المثال ، اتباع الإرشادات لحل مشكلة في الرياضيات.
يوجد أيضًا برنامج خاص "خوارزمية" يساعد الأشخاص الجاهلين في مجال البرمجة على إنشاء برامجهم الخاصة. يمكن أن يصبح هذا المورد مساعدًا لا غنى عنه لأولئك الذين يتخذون خطواتهم الأولى في علوم الكمبيوتر ويريدون إنشاء ألعابهم الخاصة أو أي برامج أخرى.
من ناحية أخرى ، أي برنامج هو خوارزمية. ولكن إذا كانت الخوارزمية تحمل فقط الإجراءات التي يجب القيام بها عن طريق إدخال بياناتها ، فإن البرنامج يحمل بالفعل البيانات النهائية. الفرق الآخر هو أنه يمكن تسجيل براءة اختراع للبرنامج والملكية الخاصة ، لكن الخوارزمية ليست كذلك. الخوارزمية هي مفهوم أوسع من البرنامج.
الخلاصة
في هذه المقالة ، قمنا بتحليل مفهوم الخوارزمية وأنواعها ، وتعلمنا كيفية كتابة مخططات الرسوم بشكل صحيح.
