الگوریتم چیست؟ بررسی رابطه الگوریتم با برنامه نویسی

در پاسخ به سوال الگوریتم چیست باید گفت که به مراحل گام به گام حل یک مسئله، الگوریتم گفته می‌شود. از آنجایی که برنامه‌نویسی با مسائل پیچیده‌ای سر و کار دارد و برنامه نویسان موظف به حل مسائل مختلف به صورت قدم به قدم هستند؛ الگوریتم‌نویسی یک ابزار و ایده مناسب در جهت مشخص کردن طرز صحیح پیاده‌سازی یک برنامه می‌باشد. البته در دوره رایگان آموزش الگوریتم و فلوچارت به صورت کامل این مباحث را مورد بررسی قرار داده ایم.

بیایید مبحث الگوریتم را در ذهن خود پیچیده نکنیم. ما با یک تکنولوژی جدید و ساخته شده توسط ناسا یا گوگل سر و کار نداریم؛ بلکه صرفا قصد داریم از یک مفهوم کاربردی تحت عنوان الگوریتم استفاده کنیم. الگوریتم‌ها همواره در ذهن بشر بوده و هستند. حتی انسان‌های اولیه برای شکار و رفع گرسنگی از الگوریتم‌های مشخصی استفاده می‌کردند. در ادامه بیشتر با مفهوم الگوریم آشنا خواهید شد.

الگوریتم چیست ؟

الگوریتم یا (Algorithm ) در لغت به معنای حل مسئله می‌باشد. یعنی مجموعه‌ای از دستورالعمل‌های متوالی و با جزئیات کامل که برای حل یک مسئله استفاده می‌کنیم. این دستورات باید دقیق و جامع بوده و به درستی بیان کننده هدفی خاص باشند؛ به طوری که ابهامی در دستورالعمل الگوریتم وجود نداشته باشد.

همانطور که پیش از این گفته شد، در زندگی روزمره نیز همواره در حال استفاده کردن از الگوریتم‌های مختلف هستیم. مغز ما برای هر کاری که می‌خواهیم انجام دهیم، شروع به پیاده‌سازی بهترین مراحل می‌کند. به عنوان مثال، در حال حاضر تشنه شدیم و شیشه حاوی آب بر روی میز قرار داشته و یخچال هم در طبقه پایین مستقر است. در اینجاست که مغز ما بهترین روش را به صورت گام به گام برنامه ریزی می‌کند. در ابتدا که تصمیم می‌گیریم به جای رفتن به طبقه پایین و مراجعه به یخچال، از شیشه آب روی میز استفاده کنیم. حال برای استفاده از شیشه، الگوریتم زیر را داریم:

1. شروع
2. شیشه آب را بردار
3. درب شیشه را باز کن
4. آب کافی را درون لیوان کنار شیشه خالی کن
5. اکنون به آرامی آب را بنوش
6. درب شیشه آب را مجددا ببند
7. پایان

در مثال بالا، مغز ما یک الگوریتم حاوی ۷ مرحله در جهت نوشیدن آب از شیشه تولید کرد. ما به صورت پی در پی در حال استفاده از این الگوریتم‌ها هستیم؛ بدون آنکه خودمان متوجه شده یا بدان اهمیتی بدهیم. در زندگی و اجتماع، آن فردی موفق‌تر است که الگوریتم‌های بهتری برای انجام کارهای خود پیاده‌سازی کند.

کاربرد الگوریتم چیست ؟

می‌دانیم که سیستم‌های کامپیوتری برای اجرای کارها و انجام وظایف خود نیازمند برنامه یا Program هستند. هر کدام از این برنامه ها، حاوی دستوالعمل‌هایی بوده که به صورت گام به گام اجرا و اعمال می‌شوند. یعنی اگر قرار است کامپیوتر ما پیامی را برای کسی ارسال کند، باید از قبل به صورت قدم به قدم مشخص کرده باشیم که برنامه را باز کن، فلان متن را از کاربر دریافت کن، اتصال به اینترنت را چک کن و پیام را برای فلان شخص بفرست.

با توجه به موارد گفته شده می‌توانیم دریابیم که برنامه نویسی، نقطه شروع تولید یک برنامه نیست. بلکه پیش از شروع برنامه‌نویسی و پیاده‌سازی کدها، بایستی مراحل گام به گام انجام یک کار را داشته باشیم. پس ما برای نوشتن یک برنامه که در کامپیوتر اجرا شود، ابتدا نیازمند الگوریتم آن برنامه یا بازی خواهیم بود. تا خودمان ندانیم که قرار است چه اتفاقی، چگونه و از چه طریقی رخ دهد، قادر به نوشتن برنامه برای کامپیوتر نخواهیم بود.

مقاله پیشنهادی : برنامه نویسی چیست و چه کاربردی دارد؟

مزایای استفاده از الگوریتم

الگوریتم‌ها نقش بسیار مهمی در بهبود عملکرد و کارایی سیستم‌های مختلف ایفا می‌کنند. برخی از مزایای استفاده از الگوریتم‌ها عبارتند از:

• کارایی بهتر: الگوریتم‌های بهینه و کارآمد می‌توانند زمان و منابع مورد نیاز برای حل یک مسئله را به حداقل برسانند. این امر منجر به بهبود کارایی و عملکرد سیستم‌ها می‌شود.
• صرفه‌جویی در منابع: با استفاده از الگوریتم‌های بهینه، می‌توان منابع محاسباتی مانند زمان پردازش و حافظه را بهینه کرد و از صرفه‌جویی در استفاده از آن‌ها برخوردار شد.
• کشف الگوها و روابط: الگوریتم‌ها می‌توانند به کشف الگوها و روابط پنهان در داده‌ها کمک کنند و به ما کمک کنند تا فرآیندهای پیچیده را درک کرده و بهبود بخشیم.
• قابلیت پیش‌بینی: الگوریتم‌های خوب و بهینه، قابلیت پیش‌بینی عملکرد سیستم را فراهم می‌کنند و به ما کمک می‌کنند تا اثرات تغییرات در ورودی‌ها را پیش‌بینی کرده و بهترین راه‌حل را انتخاب کنیم.
• قابلیت تعمیم‌پذیری: الگوریتم‌های خوب و کارآمد، اغلب قابلیت تعمیم‌پذیری و قابلیت اعمال در مسائل مشابه را دارند. این به ما امکان می‌دهد که راه‌حل‌های موجود را به سرعت تطبیق داده و در مسائل جدید بکار بریم.
• قابلیت انعطاف‌پذیری: الگوریتم‌ها می‌توانند با تغییرات در شرایط و ورودی‌های مختلف، انطباق پیدا کنند و از انعطاف‌پذیری بالایی برخوردار باشند.

نکات لازم برای پیاده سازی یک الگوریتم خوب

هر الگوریتمی که نوشته می‌شود، دارای نقص‌هایی خواهد بود. برای همین است که شرکت‌های نرم افزاری به صورت مداوم نرم‌افزار‌های خود را بروزرسانی کرده و نسخه جدیدی برای آن ارائه می‌کنند. چون مهندسین نرم‌افزار همواره در حال ارتقا دادن الگوریتم‌های موجود هستند. اما یک سری از نکات وجود داشته که در نوشتن هر الگوریتمی بایستی رعایت شوند.

مشخص بودن نقطه شروع و پایان یک الگوریتم :

الگوریتم‌های نوشته شده بایستی نقطه شروع و پایان داشته باشند. انسان موجودی فانی بوده که بینهایت را درک نمی‌کند. سیستم‌های کامپیوتری که توسط انسان‌ها پیاده‌سازی شده‌اند نیز به دنبال نقطه شروع و پایان هستند. یعنی این کار را شروع کن، وقتی به نتیجه مطلوب رسیدی، کار به پایان خواهد رسید. البته پس از پایان کار می‌توانیم برگردیم و همین مراحل را تکرار کرده یا به سراغ اجرای الگوریتم و دستوالعمل بعدی برویم.

بهینه بودن الگوریتم نوشته شده :

در پیاده‌سازی مراحل گام به گام انجام یک کار، بایستی از کمترین دستورات ممکن و سریع‌ترین روش‌ها استفاده کنیم. برنامه‌های نوشته شده برای کامپیوتر همواره باید بهینه‌سازی شده باشند تا اجرای آن‌ها موجب کند شدن و گیر کردن سیستم کامپیوتری نشود. هرچقدر که برنامه‌های ما مختصر‌تر و با تعداد مراحل کمتری نوشته شوند، اجرای آن‌ها برای سیستم هم راحت‌تر خواهد بود.

اجرای درست و رسیدن به هدف نهایی :

بهینه‌سازی کردن و نوشتن مراحل کمتر به منظور خراب کردن الگوریتم نوشته شده نخواهد بود. بهینه‌سازی نباید به قیمت از دست دادن خروجی نهایی باشد. الگوریتمی که برای بدست آوردن وضعیت زوج یا فرد بودن یک عدد نوشته شده، باید در خروجی تشخیص دهد که عدد وارد شده زوج است یا فرد. اگر هدف نهایی محقق نشده و الگوریتم در تشخیص عدد زوج و فرد اشتباه کند، مستحق حذف شدن و پیاده‌سازی مجدد خواهد بود.

گام به گام بودن و مبهم نبودن دستورات :

الگوریتم به مفهوم مراحل گام به گام حل یک مسئله می‌باشد. پس در میان مراحل پیاده‌سازی شده هیچ ابهامی نباید وجود داشته باشد. مراحل بایستی کاملا گام به گام و قدم به قدم پیاده‌سازی شوند. اگر در طرز تهیه یک غذا مشخص نشده باشد که چند لیوان آب باید درون مخلوط ریخته شود، می‌توانیم از شخصی پرسیده یا در گوگل سرچ کنیم. اما اگر یک مرحله برای سیستم کامپیوتری مشخص نشود، کامپیوتر آن کار را به پایان نرسانده و با خطا مواجه خواهد شد.

آموزش پیشنهادی

آموزش الگوریتم و فلوچارت رایگان و به زبان ساده

• آموزش مفاهیم ابتدایی برنامه نویسی
• آشنایی با مفهوم متغیر ها و عملگر ها
• بررسی کاربرد الگوریتم نویسی
• دستیابی به ذهنیت برنامه نویسی
• آموزش ساختار های شرطی

مشاهده دوره

اهمیت الگوریتم در برنامه نویسی

قطعا متوجه شده اید که الگوریتم ها را برای استفاده در برنامه نویسی پیاده سازی می کنند. البته به این نکته نیز باید دقت کنید که الگوریتم هیچ کاری انجام نداده و صرفا یک نقشه راه است. نقشه ای که در آن مراحل نوشته شدن و اجرای یک نرم افزار کامپیوتری مشخص و معین می شوند. حال ممکن است این سوال پیش بیاید که حتما پیش از نوشتن برنامه، باید الگوریتم را بر روی کاغذ نوشت؟

نوشتن الگوریتم بر روی یک کاغذ اصلا اجباری و لازم نیست. هدف ما از تمرین کردن و نوشتن الگوریتم‌های متعدد، یافتن بهترین مسیر پیاده‌سازی نرم‌افزار‌های مختلف است. این مسیر می‌تواند در ابتدا بر روی یک کاغذ یا سند نرم افزاری پیاده‌سازی شود؛ اما اکثر برنامه نویسان آنقدر برنامه‌های مختلفی پیاده‌سازی و اجرا می‌کنند که الگوریتم‌ها در مغزشان هستند. یعنی برنامه‌نویس به این درجه رسیده که می‌تواند درون مغز خود شروع به پیاده‌سازی کردن بهترین الگوریتم برای پیاده‌سازی نرم‌افزار کند.

مهمترین هدف الگوریتم چیست ؟

مهمترین هدف یک فرد برای پیاده‌سازی و یادگیری الگوریتم‌های مختلف، دستیابی به ذهنیت برنامه‌نویسی می‌باشد. قطعا پیاده‌سازی کردن یک الگوریتم برای تشخیص اول بودن یا مرکب بودن عدد ورودی، آنچنان کاربردی برای ما نخواهد داشت. اما هدف صرفا نوشتن الگوریتم عدد اول و مرکب نیست؛ بلکه هدف ما دستیابی به ذهنیت برنامه‌نویسی بوده تا پس از آن توانایی ورود به دنیای برنامه‌نویسی را داشته باشیم.

ذهنیت برنامه نویسی

یادگیری یک زبان برنامه‌نویسی همانند یادگیری حروف الفبای انگلیسی یا فارسی می‌باشد. اما سوال اینجاست که آیا هر شخصی با یاد گرفتن حروف الفبای زبان فارسی می‌تواند تبدیل به یک شاعر شود؟ قطعا اینگونه نیست و علاوه بر یادگیری حروف الفبا و ساختار زبان فارسی، باید ذهنیت و طبع شاعرانه نیز داشته باشیم. پس در برنامه‌نویسی هم مهترین موضوع، تسلط به ذهنیت برنامه‌نویسی خواهد بود.

ذهنیت برنامه‌نویسی به مفهوم وارد شدن الگوریتم‌های بهینه‌سازی شده به مغز برنامه‌نویس خواهد بود. یعنی شخص برنامه‌نویس به میزان تبحر و مهارتی دست پیدا کرده که در هر شرایطی و برای هر نوع نرم افزاری بتواند بهترین دستوالعمل‌ها را پیاده‌سازی کند. اولین راه شروع و دریافت ذهنیت برنامه نویسی، نوشتن الگوریتم‌های متنوع و تفکر بر روی بهینه‌سازی الگوریتم‌های قبلی می‌باشد.

فلوچارت چیست ؟

حال که به سوال الگوریتم چیست پاسخ دادیم، بد نیست بدانیم رابطه فلوچارت با الگوریتم چیست. در دنیای الگوریتم نویسی، می‌توانیم الگوریتم‌ها را به صورت بصری نمایش دهیم. این نمایش بصری با استفاده از نماد‌های استانداردی صورت می‌گیرد که به مجموع این نماد ها، فلوچارت گفته می‌شود. در واقع می‌توان گفت که فلوچارت‌ها روند اجرای یک الگوریتم را به تصویر می‌کشند. به تصویر زیر توجه کنید:

فلوچارت‌ها به دلیل استفاده از نماد‌ها برای نمایش مراحل، به وقت کمتری برای پیاده‌سازی نیاز دارند. پس با استفاده از فلوچارت‌نویسی در وقت خود صرفه جویی کرده و کلاس کاری خود را نیز افزایش خواهیم داد. تجربه ثابت کرده است که نماد‌ها و اشکال بصری بیشتر از متن‌های نوشته شده، در ذهن انسان‌ها باقی می‌مانند. پس فلوچارت می‌تواند اثرگذاری بیشتری نیز داشته باشد.

اشکالی که در طراحی و پیاده‌سازی فلوچارت استفاده می‌کنیم، هر کدام دارای معنا و مفهوم خاصی هستند:

بیضی : نمایش دستورات شروع و پایان
متوازی الاضلاع : مشخص کردن دستورات ورودی / خروجی
مستطیل : نمایش دستورات محاسباتی
لوزی : نمایش دستورات شرطی
پیکان یا همان خط جهت نما : جا به جایی بین مراحل مختلف

چکیده مطلب

در مقاله الگوریتم چیست به توضیح مفصل مفهوم الگوریتم و نیز رابطه آن با فلوچارت پرداختیم. طبق مطالب گفته شده دریافتیم که الگوریتم به معنای نقشه گام به گام حل یک مسئله است. علاوه بر اینها فهمیدیم که الگوریتم سبب ایجاد ذهنیت برنامه‌نویسی در شخص می‌شود. این ذهنیت باعث قدرتمند شدن برنامه نویسان در حل مسائل پیچیده و طراحی برنامه‌های بهینه‌تر خواهد شد. البته در یادگیری الگوریتم نیازی به افراط کردن و یاد گرفتن الگوریتم‌های بسیار پیچیده دانشگاهی نخواهد بود. چراکه تمرکز بیش از حد بر روی یادگیری الگوریتم، سبب دور شدن شما از هدف اصلی یعنی برنامه‌نویسی می‌شود.

در صورتی که هنوز در ذهنتان این نکته که الگوریتم چیست مبهم است می‌توانید در ادامه همین صفحه و از بخش نظرات سوالاتتان را مطرح کنید.

خوب امیدوارم که همواره حال دلتون خوب باشه.

به امید روزای بهتر…