تعلم الخوارزميات خطوة بخطوة، الخوارزمية هي طريقة تهدف إلى حل المشكلات من خلال مجموعة من التعليمات المتسلسلة لمعالجات الكمبيوتر، وتهدف أيضًا إلى توفير النتائج من خلال البيانات الأولية المدخلة.
ما هي الخوارزميات؟
- وقد سمي الخوارزمي بهذا 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” متداولة في الدول الغربية حتى أصبحت مصطلحًا جديدًا للبرمجة، وهناك كلمات أخرى تشير إلى بعض الخوارزميات، مثل مصطلحات الأسلوب والتكنولوجيا والطريقة.
- عندما يقوم خبير البرمجة بإنشاء برنامج معين، فإن أول شيء يفكر فيه، بعد الفهم والدراسة الكافيين، هو التوصل إلى استراتيجيات للحل ثم ترجمتها إلى لغة مفهومة.على الكمبيوتر. تسمى هذه الاستراتيجيات الخوارزميات.
- تُستخدم الخوارزميات في معالجة البيانات والعمليات الحسابية والعديد من المجالات الأخرى، وهي عمليات محددة ومعروفة، لأداء مهمة معينة.
- الخوارزمية عبارة عن قائمة دقيقة بخطوات الدقيقة، لذلك يجب ترتيب التعليمات بشكل صحيح وإدراجها من أعلى إلى أسفل، وهذا ضروري لنا للقيام بالخوارزمية.
انظر أيضًا: البحث في الدوال الأسية
أنواع الخوارزميات
- يمكن تصنيف الخوارزميات وفقًا للوظيفة التي تؤديها، مثل خوارزميات البحث، حيث تهدف إلى إيجاد عنصر معين بين مجموعة من عناصر البيانات.
1- خوارزميات الفرز
تقوم هذه الخوارزمية بفرز مجموعة من عناصر البيانات، ويكون الترتيب تسلسليًا، ويجب أن يعتمد على الأشياء المحددة للعناصر.
2- الخوارزمية المتسلسلة
يمكن تنفيذه عند اتباع مجموعة من التعليمات وترتيبها، وخوارزميات متوازية يمكنها تنفيذ أكثر من جزء في وقت واحد، وهذا يحدث على العديد من المعالجات.
3- خوارزميات الانحدار
يتم استخدامه لإيجاد حل من مجموعة من الاختبارات، لأن هذه الاختبارات تمثل فروعًا، وإذا لم يتم العثور على الحل، 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 الخوارزمية
- الخوارزميات هي مجموعة من التعليمات والقواعد الدقيقة، التي يفهمها الجميع، والتي يتم تطبيقها على مجموعة من البيانات المتغيرة، حتى يتم الحصول على نتيجة.
- يجب أن يكون وقت التنفيذ قليلًا جدًا حتى يكون فعالًا، ويجب أن يكون مجموعة محدودة من المعلومات، ويجب أن ينتهي بعد عدد محدود من التعليمات، ويجب أن يعرف تسلسل متغيرات الإدخال.
- يجب أن يكون الشخص قادرًا على أداء جميع العمليات في وقت معين باستخدام القدرات اليدوية، وليس باستخدام جهاز كمبيوتر، ويجب أن يكون له نتيجة واحدة على الأقل.
المجموعات الثلاث للخوارزمية
تقتصر الخوارزمية في البداية على ثلاثة هياكل، وفهم هذه الهياكل واستخدامها يمكن أن يساعد الشخص على فهم الخوارزمية بسهولة، واكتشاف الأخطاء الموجودة وتعديلها، وهي ما يلي:
1- التسلسل
يجب أن تكون الخوارزمية عبارة عن مجموعة من التعليمات والقواعد المتسلسلة، ويجب أن تكون هذه التعليمات بسيطة أو تنتمي إلى أي نوعين آخرين.
2- الاختيار
- هناك مشاكل لا يمكن حلها بتسلسل بسيط من التعليمات، لذلك تحتاج إلى تغيير بعض الشروط واختبار نتائجها. إذا كانت نتيجة هذا الاختبار صحيحة، فاتبع التعليمات.
- إذا كانت التعليمات غير صحيحة، يجب أن تجرب نتائج أخرى، أو تتبع مسارًا مختلفًا للتعليمات، وتسمى هذه الطريقة الاختيار أو اتخاذ القرار.
3- الهيكل الثالث هو التكرار
- هذا البناء، المتاح لحل بعض المشاكل، حيث تعيد كتابة تسلسل الخطوات عدة مرات، يسمى التكرار، وليس هناك حاجة لاستخدام تركيبات أخرى.
الطريقة الصحيحة لتعلم الخوارزميات
- عند البدء في تعلم الخوارزميات، يجب أن تجد دفتر ملاحظات لتدوينها، لأنك تحتاج إلى تحليل البرنامج على الورق أولاً، ثم كتابته على الكمبيوتر للتأكد من صحة التحليل.
- أيضًا، سيساعدك تحليل الورقة في البداية على معرفة المزيد، ويكتب المحترفون الورقة قبل كتابة الكود، لذلك تحتاج إلى كتابة الكود عدة مرات في البداية.
- يجب عليك أيضًا محاولة تغيير الكود ومعالجته واختباره على الكمبيوتر، حتى تفهم أهمية كل سطر من التعليمات البرمجية، وهذا سيساعد على تحسين مهاراتك وتحليلك بشكل أسرع.
- يجب فهم المشكلة وتحليلها بدقة، ومعرفة المدخلات المراد معالجتها والمخرجات التي سيتم الحصول عليها، ثم تكوين المعلومات بوضوح، واستخدام العمليات الحسابية المناسبة.
- يجب أن تتخيل حلاً شاملاً للمشكلة، ثم تقسيم هذا الحل إلى وظائف أساسية وإعادة النظر في كل وظيفة على أنها مشكلة جديدة يجب حلها. تتكون هذه المشكلة من عدة خطوات.
- يجب الحرص دائمًا على استخدام التعليمات الأساسية عند الضرورة، ثم تتكرر هذه العملية حتى نصل إلى العمليات التي يمكن التعبير عنها، باستخدام طرق بسيطة.
- عندما نصل إلى المستوى الأخير، تكون الخوارزمية كاملة ومكتوبة بلغة الخوارزمية، وباستخدام هذه الخوارزمية يمكننا إنشاء الكود باللغة المناسبة مثل Java و pascal و c ++.
شاهد أيضاً: أفضل التخصصات الهندسية في المستقبل
التعبير عن الخوارزمية وتمثيلها
- يمكننا التعبير عن الخوارزميات في أنواع مختلفة من الرموز، وكذلك جداول التحكم التي يمكن معالجتها بواسطة المترجمين الفوريين، والرموز الكاذبة، ولغات البرمجة والمزيد.
- يتم تمثيل الخوارزمية أيضًا باستخدام المخططات الانسيابية، والتي 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 انسيابية متفرعة ومخططات انسيابية متكررة ومخططات انسيابية للاختيار.
- يمكن أيضًا تمثيل الخوارزمية في metacode، حيث يتم وصف الخوارزمية بلغات بشرية، ومماثلة للغات البرمجة، ولا توجد قواعد محددة لاستخدام هذا النوع من التمثيل.
الطريقة النصية للتعبير عن الخوارزمية
- يعتبر أن من أفضل طرق التعبير عن الخوارزمية استخدام لغة برمجة، لأن هذه اللغات تتميز بأشكال نحوية، مما يمنع حدوث أي لبس عند التعبير عن اللغات الشائعة.
- إن استخدام الطرق المنظمة للتعبير عن الخوارزمية يمنح المستخدم حرية التعبير والاستمرار في نقل الحل إلى لغة برمجة يسهل على الكمبيوتر فهمها، ويسمى هذا التعبير لغة خوارزمية.
- في اللغة الخوارزمية، هناك العديد من العناصر، بما في ذلك المتغير، وهو العنصر الذي تتم معالجته، وقيمته متغير، والثابت، وهو العنصر الذي لا تتغير قيمته، والصيغة، وهي المتغيرات. والثوابت والعمليات الحسابية.
- يمكن أيضًا التعبير عن مسار الحل باستخدام تعليمات القراءة، حيث تتم قراءة قيمة الإدخال لتخزينها في الذاكرة، وتعليمات الكتابة، حيث تتم كتابة القيم إلى وحدات الإخراج أو على الشاشة.
- واستخدام التعليمات الأصلية، التي تعين القيم أو النتائج للذاكرة، والتعليمات التكرارية، التي تستخدم لتكرار التعليمات التي تفي بشرط ما، أو الشكل المنطقي للشرط صحيح.
- تحتوي العبارة الشرطية على شكلين، التنفيذ الشرطي، أو التدرج الشرطي الاختياري، والذي يسمح باختيار إحدى طريقتين للتنفيذ، ويخضع هذا الاختيار لشرط معين.
الطريقة الرسومية للتعبير عن الخوارزمية
- تعتمد هذه الطريقة على شرح الخطوات المطلوبة لتنفيذ الخوارزمية باستخدام الأشكال الهندسية، واستخدام أي مكان يمكنك الوصول إليه، بالإضافة إلى التعبيرات الرياضية وتعبيرات اللغة الطبيعية.
- بعد ذلك، بناءً على هذه الخطوات، يتم إنشاء ما يسمى بمخطط التدفق، كما لاحظنا أن الأسهم تفصل بين العمليات المطلوبة لإكمال العمل وتوضيح تسلسلها.
- يستخدم مخطط التسلسل الأشكال الهندسية المتفق عليها، ويتم تعيين كل شكل لعملية محددة، حيث يتم استخدام شكل بيضاوي لتمييز بداية الخوارزمية ونهايتها.
- بينما يتم استخدام المستطيل لأداء عمليات التشغيل العادية، ويستخدم شكل المعين للعمليات التي تتطلب قرارات منطقية، بالإضافة إلى اختيار تحقيق شرط.
راجع أيضًا: معلومات حول جهاز معالجة الخوارزمية والحسابات
في نهاية رحلتنا مع خوارزميات التعلم خطوة بخطوة، من الضروري تعلم الخوارزميات، حتى نتمكن من إيجاد حل لمشكلة كمبيوتر معينة، لأن الخوارزميات يمكن أن تشمل جميع برامج الكمبيوتر، وكذلك البرامج التي يجب القيام بها. لا تستخدم العمليات الحسابية.