این یک پروتکل استاندارد برای استفاده از نقشه ها و طرح ها جهت اجرای صحیح فرآیندهای مختلف است. درست مانند یک معمار که با استفاده از نقشه های دقیق، ساختمان های عظیم را ایجاد می کند. مهندسان نرم افزار و متخصصان علوم داده نیز از الگوریتم‌های مختلف برای حل طیف وسیعی از مشکلات محاسباتی استفاده می کنند.

کامپیوترها قادر به عملکرد مستقل نیستند. حتی سادهترین وظایف، مانند معادلات ریاضی نیز به الگوریتم نیاز دارد. الگوریتم‌ها پایه و اساس هر سیستم محاسباتی را تشکیل می دهند و ترتیب دستورات جهت انجام وظایفی مانند محاسبه، برنامه نویسی یا پردازش را مشخص می کنند. این الگوریتم‌ها، کامپیوترهایی را برای پردازش اطلاعات، حل معادلات پیچیده و غیره تجهیز کرده‌اند تا نیاز به نیروی انسانی را برای کارهای معمول به حداقل برسانند.

امروز، در این مقاله ما به طور عمیق به معنای الگوریتم‌ها برای علوم رایانه و علم داده ها خواهیم پرداخت.

الگوریتم چیست؟

به بیان ساده، یک الگوریتم، یک کتابچه راهنمای دقیق برای کامپیوتر است که شامل یک مرحله گام به گام برای انجام کارهای ورودی جهت ارائه خروجی مورد انتظار است. این فرآیند جستجوی راه حل، شامل دنباله‌ای محدود از دستورالعمل ها است تا به کامپیوتر اطلاع دهد که چگونه با یک مشکل برخورد کرده و بر این اساس خروجی مورد نظر را ارائه دهد.

توسعه الگوریتم‌های جدید، روند محاسبه را سرعت بخشیده است. با این حال، باید بدانید کدام الگوریتم را برای کدام کار انتخاب کنید. در اصل، یک الگوریتم می تواند یک نقشه دیجیتالی باشد که برای حل معادلات منطقی و ریاضی به زبان های ساده طراحی شده است.

اهمیت الگوریتم

به عنوان ستون فقرات فرآیندهای محاسباتی، الگوریتم ها بهترین و ساده ترین روش ها را برای حل یک مشکل بیان می کنند و به نتیجه عالی خود می رسند. از افزایش دقت نرم افزار با تقویت برنامه منبع گرفته تا انجام کارها با استفاده از منابع محدود(مانند قدرت RAM)، الگوریتم‌ها می توانند کارایی فرایندها و نرم افزارهای محاسباتی را افزایش دهند.

انواع ساده الگوریتم ها که به مراحل کوچکتر تقسیم شده‌اند به برنامه نویسان در درک و ایجاد برنامه های کامپیوتری کارآمد کمک می کند. الگوریتم‌ها مستقل از زبان هستند و مراحل اجرای هر زبانی را می پذیرند. اما به نتیجه دلخواه منجر می شوند.

ویژگی های یک الگوریتم

هر دنباله نوشته شده، دستورالعمل یک الگوریتم نیست. چندین ویژگی، مجموعه دستورالعمل ها را به عنوان یک الگوریتم واجد شرایط می کند. برای اینکه یک سری دستورالعمل به عنوان یک الگوریتم در نظر گرفته شوند باید ویژگی های زیر را داشته باشند:

ورودی: یک الگوریتم باید دارای ورودی های مشخص و معمولاً بیش از یک ورودی باشد.

خروجی: خروجی مورد انتظار باید به وضوح توسط الگوریتم تعریف شود.

بدون ابهام:

الگوریتم های نوشته شده به هیچ وجه نباید مبهم باشند. این برنامه باید مراحل مناسبی را برای برنامه نویسان مشخص کند و نتایج موثری را ایجاد نماید.

قطعی:

به جای حلقه های نامحدود و هر مرحله که دارای معنای دوگانه است، الگوریتم های مشخص باید با هر عبارت تنها یک تفسیر واحد داشته باشند.

متناهی:

برای رسیدن به یک راه حل موثر، مراحل الگوریتم باید محدود و به خوبی تعریف شده باشند.

کاربردی:

یک الگوریتم باید با منابع موجود هماهنگ باشد تا در عین حال بیشترین بهره را از آن ببرد.

روش های مختلف برای نمایش الگوریتم ها

الگوریتم ها را می توان به چهار روش مختلف نشان داد.

1.زبان طبیعی

زبان های طبیعی که به طور معمول استفاده می شوند مانند انگلیسی، فرانسوی، اسپانیایی و غیره نیز می توانند نشان دهنده الگوریتم هایی باشند. تا زمانی که برنامه نویس مراحل دقیق ترسیم شده را درک کند، قابل قبول است. با این حال، زبان های طبیعی غالباً از دقت مورد نیاز برنامه های کامپیوتری برخوردار نیستند و بنابراین، معمولاً به طور گسترده ترجیح داده نمی شوند.

2.شبه کد

این روش غیر رسمی برای نشان دادن یک الگوریتم از زبان های طبیعی به جز قسمت های مبهم آن استفاده می کند. شبه کد، دستور العمل ها را در دقیق ترین شکل ارائه می دهد.

3.فلوچارت

نمودار برای ساده سازی و درک بهتر، برنامه نویسی را در قالب یک جریان نشان می دهد. تصویر الگوریتم ها در این قالب گرافیکی از آیکون ها و کادرهای مختلف استفاده می کن و در عین حال که معنی دقیق را ارائه میدهد، تفاسیر را محدود می کند.

4.زبان های برنامه نویسی

الگوریتم های نوشته شده به زبان های برنامه نویسی آماده تبدیل شدن به برنامه هستند. با چند تغییر و اصلاح، الگوریتم‌های نوشته شده در یک زبان برنامه نویسی آماده اجرا هستند.

منظور از الگوریتم در برنامه نویسی چیست؟

علاوه بر حل دستورات محاسبات اساسی، الگوریتم‌ها با اجرای جهت های ساده و پیچیده به توسعه نرم افزار کمک می کنند. این الگوریتم، نقش مهمی در برنامه نویسی دارد. زیرا در مرحله طراحی استفاده می شود و قبل از آن نیز در مرحله برنامه نویسی در پروژه اجرا می شود.

برای درک بهتر آن، الگوریتم‌ها به عنوان کد راهنما برای یک برنامه نرم افزاری جهت انجام وظایف خاص عمل می کنند. به عنوان مثال، گوگل مناسب ترین نتایج جستجو را بر اساس الگوریتم‌های دقیق برای یافتن، رتبه بندی و نمایش مناسب ترین صفحات به کلمه کلیدی جستجو نمایش می دهد. فقدان الگوریتم مناسب ممکن است منجر به نتایج درهم و نامرتب در صفحه شود.

نقش الگوریتم ها در هوش مصنوعی

هوش مصنوعی مبتنی بر تقلید از هوش شبیه به انسان است تا بتواند خدمات پیشرفته شخصی و کاربر پسند را بهبود بخشد. ادغام هوش مصنوعی در زندگی روزمره، بسیاری از وظایف را ساده تر کرده است. تصور زندگی بدون هوش مصنوعی در قرن 21 دشوار است. اما فناوری پشت آن چیست؟

هوش مصنوعی نمی تواند به تنهایی به اطلاعات دسترسی پیدا کند. درست همانطور که ما به آرامی می فهمیم جهان چگونه کار می کند و مطابق با آن عمل می کنیم؛ هوش مصنوعی نیز باید یاد بگیرد که از هوش انسانی با دستورالعمل های اولیه تقلید کند. اینجاست که الگوریتم‌ها وارد صحنه می شوند.

الگوریتم ها اساساً دستورالعمل های دقیقی هستند که هوش مصنوعی را برای خواندن، تجزیه و تحلیل، انجام وظایف و فرایندهای مربوطه آموزش می دهند. الگوریتم هوش مصنوعی زیر مجموعه‌ای از یادگیری ماشین است که وسیله‌ای را برای تقلید عقل انسان و انجام مستقل وظایف آماده می کند. یک مثال خوب، دستیارهای مجازی هوشمند هستند که آهنگ را با یک دستور پخش می کنند یا لیست پخش را فقط بر اساس سابقه جستجو و صفحات جدید را به شما توصیه می کنند. همچنین، این دستیارها می توانند بین صداهای مختلف تمایز قائل شوند. سطح پیچیدگی الگوریتم‌های مورد استفاده برای ایجاد این ویژگی را تصور کنید.

انواع الگوریتم ها

انواع مختلفی از الگوریتم‌ها برای حل مشکلات محاسبه از طریق روش های مختلف وجود دارد. برجسته ترین موارد مورد  استفاده عبارتند از:

1.الگوریتم بازگشت به عقب(Backtracking Algorithm)

این الگوریتم مشکلات کوچک هر معادله را تقسیم و حل می کند. به عنوان مثال، سعی می کند مشکلی را حل کند، اگر موفق به حل آن نشد، با حذف آخرین مرحله، عقب نشینی می کند و دوباره سعی می کند مشکل را حل کند.

2.الگوریتم بروت فورس

این الگوریتم مانند ما همه راه حل های ممکن را تکرار می کند و مناسب ترین راه حل را برای حل مشکل پیدا می کند. این یکی از ساده ترین الگوریتم‌ها است.

3.الگوریتم تقسیم و تسخیر(Divide and Conquer Algorithm)

همانطور که از نامش نیز مشخص است، این الگوریتم یک مسئله را به دو قسمت تقسیم می کند. سپس بیشتر سعی می کند نیمه اول را در زیرمشکلات کوچکتر حل کند و همین کار را با نیمه دیگر انجام میدهد و فقط همه راه حل ها را برای ایجاد راه حل حاصله ترکیب می کند.

4.الگوریتم برنامه نویسی پویا

الگوریتم‌های برنامه نویسی پویا از داده های گذشته برای تجزیه، تحلیل و حل یک مسئله معین استفاده می کنند. این یک مسئله را به مسائل کوچکتر تقسیم کرده و سپس هر قسمت از آن را رمزگشایی می کند. در نهایت نیز الگو را برای استفاده در آینده ذخیره می کند.

5.الگوریتم بازگشتی

الگوریتم بازگشتی، مسئله را با تقسیم آن به مسائل کوچکتر از انواع مشابه حل می کند و سپس بارها خود را فرا می خواند تا مسئله به طور کامل حل شود.

نتیجه گیری

الگوریتم‌ها، بلوک های اصلی همه فرایندهای محاسباتی هستند. چه یک برنامه کامپیوتری ساده و چه یک نرم افزار پیچیده باشد. الگوریتم‌ها برای همه دستگاه های کامپیوتری بسیار مهم هستند. زیرا می توانند کارهای مختلف و تکراری را به صورت خودکار و موثر انجام داده و وابستگی به کار دستی را کاهش دهند. در نتیجه کل عملیات را ساده تر کنند. آنها می توانند هم در زمان و هم در هزینه صرفه جویی نمایند.