دراسة للخوارزميات خطوة بخطوة، الخوارزمية هي نهج يهدف إلى حل المشكلات باستخدام مجموعة من التعليمات المتسلسلة لمعالجات الكمبيوتر وتهدف أيضًا إلى إنتاج النتائج من خلال بيانات الإدخال.
ما هي الخوارزميات؟
- وقد أطلق على الخوارزمي هذا الاسم نسبة إلى محمد بن موسى الخوارزمي الذي طور علم الجبر وأطلق عليه هذا الاسم، ثم نُقل هذا العلم إلى جميع البلدان وترجم إلى لغات أخرى كثيرة.
- كانت كلمة “الخوارزمية” موجودة في الدول الغربية حتى أصبحت مصطلحًا جديدًا للبرمجة، وهناك كلمات أخرى تشير إلى بعض الخوارزميات، مثل المصطلحات الإجرائية، والتكنولوجيا، والمنهجية.
- عندما ينشئ مبرمج محترف برنامجًا معينًا، فإن أول شيء يفكر فيه بعد الفهم والدراسة المناسبين هو تطوير استراتيجيات للحل ثم ترجمتها إلى لغة يستطيع الكمبيوتر فهمها. تسمى هذه الاستراتيجيات الخوارزميات.
- تُستخدم الخوارزميات في معالجة البيانات والعمليات الحسابية والعديد من المجالات الأخرى، وهي عمليات محددة ومعروفة لإنجاز مهمة محددة.
- الخوارزمية هي قائمة دقيقة لخطوات الدقائق، لذلك يجب ترتيب التعليمات وإدراجها بشكل صحيح من أعلى إلى أسفل، وهذا ضروري لنا لتنفيذ الخوارزمية.
راجع أيضًا: دراسة الدوال الأسية
أنواع الخوارزميات
- يمكن تصنيف الخوارزميات وفقًا للوظيفة التي تؤديها، مثل خوارزميات البحث، حيث تهدف إلى العثور على عنصر معين بين مجموعة من العناصر في البيانات.
1- خوارزميات الفرز
تطلب هذه الخوارزمية مجموعة من العناصر في البيانات، ويكون الترتيب تسلسليًا، ويجب أن يعتمد على عناصر معينة داخل العناصر.
2- الخوارزميات المتسلسلة
يمكن تنفيذه عندما تكون مجموعة التعليمات متسلسلة ومرتبة، بالإضافة إلى خوارزميات متوازية يمكنها تنفيذ أكثر من جزء في وقت واحد، وهذا يحدث على معالجات متعددة.
3- خوارزميات الانحدار
يتم استخدامه لإيجاد حل بين مجموعة من المحاولات، حيث أن هذه المحاولات تمثل فروعًا، وإذا لم يتم العثور على حل، فإننا نعود ونختار مسارًا آخر حتى نجد المسار الصحيح.
4- الخوارزميات العودية
من بين استخدامات التعليمات الخاصة بهذه الخوارزمية استدعاء الخوارزمية نفسها، وهناك أنواع أخرى من الخوارزميات.
خصائص الخوارزميات
- الخوارزميات هي مجموعة من التعليمات والقواعد الواضحة، يفهمها الجميع، ويتم تطبيقها على مجموعة من البيانات المتغيرة حتى يتم الحصول على نتيجة.
- يجب أن يكون وقت التنفيذ قليلًا جدًا حتى يكون فعالًا، ويجب أن يحتوي على مجموعة محدودة من المعلومات، ويجب أن ينتهي بعد عدد محدود من التعليمات، ويجب أن يعرف نطاق متغيرات الإدخال.
- يجب أن يكون الشخص قادرًا على إكمال جميع العمليات في وقت معين باستخدام القدرات اليدوية بدلاً من الكمبيوتر، ويجب أن تكون هناك نتيجة واحدة على الأقل.
ثلاث مجموعات من الخوارزمية
في الأصل، اقتصرت الخوارزمية على ثلاثة هياكل، وفهم واستخدام هذه الهياكل يساعد الشخص على فهم الخوارزمية بسهولة واكتشاف وتعديل الأخطاء الموجودة، وهي على النحو التالي:
1- الاتساق
يجب أن تكون الخوارزمية عبارة عن مجموعة من التعليمات والقواعد المتسلسلة، ويجب أن تكون هذه التعليمات بسيطة أو تنتمي إلى أي من النوعين الآخرين.
2 – الاختيار
- هناك مشاكل لا يمكن حلها بتسلسل بسيط من التعليمات، لذلك عليك تغيير بعض الشروط والتحقق من نتيجتها. إذا كان هذا الاختبار صحيحًا، فاتبع التعليمات.
- في حالة خطأ التعليمات، يجب عليك التحقق من النتائج الأخرى أو اتباع مسار تعليمات مختلف، وتسمى هذه الطريقة الاختيار أو اتخاذ القرار.
3- الهيكل الثالث هو التكرار
- هذا البناء، الموجود في حل بعض المشكلات حيث تعيد كتابة الخطوات المتتالية مرات أكثر، يسمى التكرار، وليس هناك حاجة لاستخدام بنيات أخرى.
الطريقة الصحيحة لتعلم الخوارزميات
- في بداية دراسة الخوارزميات، من الضروري إيجاد دفتر ملاحظات لتدوينها، لأنك تحتاج أولاً إلى تحليل البرنامج على الورق، ثم كتابته على الكمبيوتر للتأكد من صحة التحليل.
- أيضًا، سيساعدك التحليل على الورق في البداية على تعلم المزيد، ويكتب المحترفون على الورق قبل كتابة الكود، لذلك يجب عليك كتابة الكود عدة مرات في البداية.
- يجب أيضًا محاولة تعديل الكود ومعالجته وتجربته على الكمبيوتر حتى تتمكن من فهم أهمية كل سطر من التعليمات البرمجية وهذا سيساعدك على تطوير مهاراتك وتحليلك بشكل أسرع.
- يجب فهم المشكلة وتحليلها بوضوح من خلال معرفة المدخلات المراد معالجتها والمخرجات التي سيتم الحصول عليها، ثم توضيح المعلومات بوضوح واستخدام العمليات الحسابية المناسبة.
- يجب عليك تصور حل شامل لمشكلة ما، ثم تقسيم هذا الحل إلى وظائف رئيسية وعرض كل وظيفة على أنها مشكلة جديدة يتعين حلها. تتكون هذه المهمة من عدة مراحل.
- من الضروري دائمًا استخدام التعليمات الأساسية عند الضرورة، ومن ثم تتكرر هذه العملية حتى نصل إلى العمليات التي يمكن التعبير عنها بطرق بسيطة.
- عندما نصل إلى المستويات الأخيرة، تكون الخوارزمية كاملة ومكتوبة بلغة الخوارزمية وباستخدام هذه الخوارزمية يمكننا الترميز باللغة المناسبة مثل Java و Pascal و C ++.
شاهد أيضاً: أفضل التخصصات الهندسية في المستقبل
التعبير عن الخوارزمية وعرضها
- يمكننا التعبير عن الخوارزميات في العديد من أنواع التدوين المختلفة، بالإضافة إلى جداول التحكم التي يمكن معالجتها بواسطة المترجمين الفوريين والرموز الكاذبة ولغات البرمجة والمزيد.
- يتم تقديم الخوارزمية أيضًا باستخدام مخططات انسيابية توضح خطوات حل المشكلة من البداية إلى النهاية، وإخفاء التفاصيل وإعطاء صورة شاملة للحل.
- يتم تصنيف المخططات الانسيابية إلى أربع فئات وهي مخططات انسيابية متسلسلة ومخططات تدفق فرعية ومخططات تدفق متكررة ومخططات تدفق تحديد.
- يمكن أيضًا تمثيل الخوارزمية بواسطة metacode، حيث يتم وصف الخوارزمية بلغات بشرية وتشبه لغات البرمجة، ولا توجد قواعد محددة لاستخدام هذا النوع من التمثيل.
طريقة نصية للتعبير عن الخوارزمية
- من أفضل الطرق للتعبير عن الخوارزمية استخدام لغة برمجة، حيث تتميز هذه اللغات بأشكال نحوية تمنع الالتباس عند التعبير عنها بلغات مشتركة.
- إن استخدام طرق منظمة للتعبير عن الخوارزمية يمنح المستخدم حرية التعبير ويستمر في نقل الحل إلى لغة برمجة يمكن للكمبيوتر فهمها بسهولة، ويسمى هذا التعبير لغة خوارزمية.
- هناك عدة عناصر في لغة خوارزمية، بما في ذلك المتغير، وهو عنصر يتم التلاعب به وقيمته متغيرة، وثابت، وهو عنصر لا تتغير قيمته، والصيغة، وهي المتغيرات والثوابت والحساب. عمليات.
- يمكن أيضًا التعبير عن مسار الحل باستخدام تعليمات القراءة، والتي يتم من خلالها قراءة قيمة الإدخال لوضعها في الذاكرة، وتعليمات الكتابة، حيث تتم كتابة القيم على كتل الإخراج أو على الشاشة.
- يعد استخدام التعليمات الأصلية، التي تعين القيم أو النتائج للذاكرة، والتعليمات المتكررة، التي تُستخدم لتكرار التعليمات التي تلبي شرطًا معينًا أو شكلًا منطقيًا لشرط ما، أمرًا صحيحًا.
- تحتوي العبارة الشرطية على شكلين: إما تنفيذ مشروط أو تغيير شرطي اختياري يسمح لك بالاختيار بين طريقتين للتنفيذ، ويعتمد هذا الاختيار على شرط معين.
طريقة رسومية للتعبير عن الخوارزمية
- تعتمد هذه الطريقة على معرفة الخطوات اللازمة لتنفيذ خوارزمية باستخدام الأشكال الهندسية واستخدام أي أشكال يمكنك الوصول إليها بالإضافة إلى تعبيرات اللغة الرياضية والطبيعية.
- بعد ذلك، بناءً على هذه الخطوات، يتم عمل ما يسمى بالرسم التخطيطي للكتل. لاحظ أيضًا أن الأسهم تقسم العمليات اللازمة لإكمال العمل وتحديد تسلسلها.
- يستخدم مخطط التسلسل أشكالًا هندسية متسقة، ويتم تعيين كل شكل لعملية محددة، حيث يتم استخدام الشكل البيضاوي للإشارة إلى بداية الخوارزمية ونهايتها.
- بينما يتم استخدام المستطيل لأداء عمليات تشغيلية مشتركة ويستخدم الشكل الماسي للعمليات التي تتطلب قرارات منطقية بالإضافة إلى الاختيار لتلبية شرط معين.
راجع أيضًا: معلومات وحسابات جهاز معالجة الخوارزمية
في نهاية رحلتنا لتعلم الخوارزميات خطوة بخطوة، من الضروري تعلم الخوارزميات حتى نتمكن من إيجاد حل لمشكلة معينة على جهاز الكمبيوتر، حيث يمكن أن تتضمن الخوارزمية جميع برامج الكمبيوتر، وكذلك البرامج التي لا تفعل ذلك. استخدام العمليات الحسابية.