تعريف الخوارزمية وكيف تعمل؟ الخوارزميات هي مفهوم واسع للغاية يتضمن عدة جوانب. توجد خوارزميات رياضية وهناك خوارزميات برامج الكمبيوتر. بشكل عام ، يشير مصطلح الخوارزمية إلى مجموعة من العمليات التي تحدث في تسلسل معين. سيحدد ما يلي الخوارزمية ويشرح كيفية عملها..
تعريف الخوارزمية
الخوارزمية عبارة عن مجموعة من الإجراءات المنهجية ذات عدد محدود من الخطوات التي تشكل الإجابة على سؤال أو حل لمشكلة أو إكمال مهمةوخوارزمية الاسم مشتق من الترجمة اللاتينية لعالم الرياضيات المسلم من القرن التاسع عشر الخوارزمي “محمد بن موسى الخوارزمي” الذي كان جزءًا من الديوان الملكي في بغداد ، الخوارزمية هي إجراء أو صيغة أو طريقة لحلها. مشكلة ، بناءً على تنفيذ سلسلة من الإجراءات المحددة ، وفي الرياضيات في علوم الكمبيوتر ، عادةً ما تعني الخوارزمية إجراءً صغيرًا يحل مشكلة متكررة.
تعريف الخوارزمية في علوم الحاسب
في علوم الكمبيوتر ، الخوارزمية عبارة عن سلسلة من التعليمات التي تخبر الكمبيوتر بكيفية تحويل مجموعة من الحقائق أو البيانات الأولية إلى معلومات مفيدة للمستخدم. المعلومات المفيدة هي معلومات معرفية مفيدة للأشخاص ، أو تعليمات للآلات ، أو يتم إدخالها إلى خوارزميات أخرى. ترتيب مجموعات الأرقام بترتيب تصاعدي أو تنازلي لإيجاد أقصر المسارات في الخرائط لعرض المعلومات المهمة على الشاشة ، حيث تساعد الخوارزميات في إدارة خطوات البرمجة للحصول على مخرجات طبيعية ، والخوارزميات المصممة مستقلة عن اللغة ، أي أنها مجرد تعليمات بسيطة يمكن تنفيذها بأي لغة ، سيكون الإخراج هو نفسه بغض النظر عن مدى اختلاف طرق الكتابة.
تستخدم الخوارزميات على نطاق واسع في جميع مجالات تكنولوجيا المعلومات. تأخذ خوارزمية محرك البحث الكلمات الأساسية ، وتبحث في قاعدة البيانات المرتبطة بها عن صفحات الويب التي تحتوي على نفس الكلمة ، وتعيد النتائج.
تقوم خوارزمية التشفير أيضًا بتحويل البيانات وفقًا لإجراءات محددة إلى بيانات غامضة لا معنى لها من أجل حمايتها ، حيث تستخدم خوارزمية التشفير المفتاح السري مثل خوارزمية تشفير البيانات (DES) ، والتي تستخدم نفس المفتاح للتشفير وفك التشفير البيانات ، وباستخدام خوارزمية تشفير مناسبة ، لا يمكن لأحد أن مفتاح التشفير السري غير معروف لفك تشفير البيانات والحصول على البيانات الأصلية.
كيف تعمل الخوارزمية
تعمل جميع الخوارزميات في العالم بنفس الطريقة المتسلسلة ، ويمكن تبسيط عمل الخوارزمية من خلال الخطوات التالية:
- إدخال المدخلات: بالنسبة للخوارزمية ، الإدخال عبارة عن مجموعة من الحقائق والأرقام والبيانات ، باستخدام مجموعة من الأجهزة التي تساعد في إدخالها. في أجهزة الكمبيوتر ، يوجد الماوس ولوحة المفاتيح ، وهما من أهم طرق الإدخال.
- تنفيذ: في هذا الجزء ، تتم معالجة البيانات السابقة وفقًا لسلسلة من الخطوات المحددة لتنفيذ المهمة.
- نتائج الإخراج: هي البيانات التي تمت معالجتها وأصبحت معلومات يمكن للمستخدم الاستفادة منها.
مثال على تطبيق الخوارزمية
على سبيل المثال ، إذا طُلب من المصمم تنفيذ خوارزمية لجهاز يحدد الطقس في منطقة ما في فصل الشتاء ، من إحدى الحالات التالية: بارد ، معتدل ، دافئ ، بناءً على درجة حرارة الهواء المأخوذة ، عمل ستكون تلك الخوارزمية على النحو التالي:
- أدخل درجة الحرارة باستخدام مقياس حرارة مرتبط بالجهاز المطلوب وافترض أن درجة الحرارة المقاسة هي 17 درجة مئوية.
- التنفيذ في هذا الجزء ، سيتم اختبار درجة الحرارة وفقًا للمعايير. إذا كانت درجة الحرارة أقل من 10 درجات يقال إن الجو بارد. إذا كانت درجة الحرارة أكبر من عشر درجات وأقل من عشرين درجة يقال إن الطقس معتدل. إذا كانت درجة الحرارة أكثر من 20 درجة يقال إنها دافئة.
- الإخراج هو الطقس. ستكون النتيجة هنا طقسًا معتدلًا وفقًا للخوارزمية السابقة.
أنواع الخوارزميات
هناك عدة أنواع من الخوارزميات تختلف في طريقة عملها ، وهي سبعة أنواع رئيسية:
هجوم خوارزمية القوة
حيث تحاول هذه الخوارزمية تجربة جميع الحالات حتى يتم العثور على النتيجة الصحيحة ، فهذا هو النوع الأساسي والأقل تعقيدًا من الخوارزميات ، حيث يتم استخدام هذه الأنواع من الخوارزميات لتحديد الحل الأمثل أو الأفضل لأنها تتحقق من جميع الحلول الممكنة.
الخوارزمية العودية
يعتمد هذا النوع من الخوارزمية على العودية التكرارية ، حيث يتم فهم المشكلة عن طريق تقسيمها إلى مشاكل فرعية من نفس النوع وحلها بشكل تكراري حتى يتم حل المشكلة بمساعدة شرط مسبق.
خوارزمية البرمجة الديناميكية
يُطلق على هذا النوع من الخوارزمية أيضًا تقنية التخزين حيث يتم تخزين النتيجة التي تم تحديدها مؤخرًا لمحاولة عدم اكتشافها مرة أخرى لتوفير وقت التنفيذ. في البرمجة الديناميكية ، تنقسم المشكلة التي لا يمكن التنبؤ بحلها إلى مشاكل فرعية أكثر بديهية. يتذكر هذا النوع من الخوارزمية النتيجة السابقة ويستخدمها لاكتشاف نتائج جديدة.
خوارزمية فرق تسد
في خوارزمية فرق تسد ، الفكرة هي معالجة المشكلة في مجالين ، القسم الأول هو تقسيم المشكلة إلى مشاكل فرعية من نفس النوع ، والقسم الثاني هو معالجة المشكلة الأكثر بديهية بشكل مستقل و ثم أضف النتيجة المشتركة للحصول على حل للمشكلة.
خوارزمية الجشع
في هذا النوع ، يتم إنشاء الحل جزءًا تلو الآخر ، حيث يتم تحقيق النتيجة لتمريرها إلى المراحل التالية على أساس أنها تقدم المساعدة في اتخاذ القرار الصحيح ، ولا تأخذ في الاعتبار الافتراضات التي تم إجراؤها أثناء الحل.
خوارزمية التراجع
في هذا النوع من الخوارزمية ، يتم حل المشكلة بشكل ثابت وعكسي ، من نقطة ما ، يكون إيجاد الحل سهلاً وحل باقي الأجزاء اعتمادًا على هذا الجزء.
خوارزمية عشوائية
في هذا النوع من الخوارزمية ، يتم أخذ رقم عشوائي لاتخاذ القرار مرة واحدة على الأقل أثناء العمليات الحسابية.
في نهاية المقال ، تم الرد على سؤال تعريف الخوارزمية وكيف تعمل؟تم تعريف مفهوم الخوارزمية بشكل عام وفي علوم الحاسب والبرمجة ، ووجد أن الخوارزمية عبارة عن سلسلة من الخطوات مكتوبة لحل مشكلة معينة ، ومثال على كيفية عمل الخوارزمية كما تم ذكره.