تعلم الخوارزميات خطوة بخطوة

تعلم الخوارزميات خطوة بخطوة، الخوارزمية هي نهج يهدف إلى حل المشكلات من خلال سلسلة من تعليمات معالج الكمبيوتر المتسلسل، ويهدف أيضًا إلى تقديم النتائج من خلال إدخال البيانات في البداية.

ما هي الخوارزميات؟

• سمي الخوارزمي بهذا الاسم نسبة إلى محمد بن موسى الخوارزمي الذي طور علم الجبر وأطلق عليه هذا الاسم، ثم انتقل هذا العلم إلى جميع البلدان وترجم إلى العديد من اللغات الأخرى.
• 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 يصنع مبرمج خبير برنامجًا محددًا، بعد فهم ودراسة كافيين، فإن أول ما يفكر فيه هو وضع استراتيجيات لحلها، ثم ترجمتها إلى لغة مفهومة بواسطة الكمبيوتر تسمى الخوارزمية.
• تُستخدم الخوارزميات في معالجة البيانات والعمليات الحسابية والعديد من المجالات الأخرى التي تكون عمليات محددة ومعروفة لأداء مهمة محددة.
• الخوارزمية هي قائمة دقيقة بالخطوات الصغيرة، لذلك يجب ترتيب التعليمات بشكل صحيح وسردها من أعلى إلى أسفل، وهذا ضروري لنا لتشغيل الخوارزمية.

انظر أيضًا: البحث في الدوال الأسية

أنواع الخوارزميات

• يمكن تصنيف الخوارزميات وفقًا للوظيفة التي تؤديها، على سبيل المثال خوارزميات البحث حيث تهدف إلى البحث عن عنصر معين في مجموعة من العناصر في البيانات.

1- خوارزميات الفرز

تطلب هذه الخوارزمية سلسلة من العناصر في البيانات، ويكون الترتيب تسلسليًا ويجب أن يعتمد على عناصر محددة في العناصر.

2- الخوارزميات المتسلسلة

يمكن تنفيذه عندما يتم تسلسل مجموعة من التعليمات وترتيبها، وخوارزميات متوازية يمكنها تنفيذ أكثر من جزء في وقت واحد، وهذا يحدث على معالجات متعددة.

3- خوارزميات الانحدار

يتم استخدامه لإيجاد حل من مجموعة من التجارب حيث تمثل هذه التجارب متفرعة وإذا لم يتم العثور على الحل نعود ونختار مسارًا آخر حتى نجد المسار الصحيح.

4- الخوارزميات العودية

تشمل استخدامات التعليمات الخاصة بهذه الخوارزمية استدعاء الخوارزمية نفسها، وهناك أنواع أخرى من الخوارزميات.

خصائص الخوارزميات

• الخوارزميات هي مجموعة من التعليمات والقواعد الدقيقة التي يفهمها الجميع والتي يتم تطبيقها على مجموعة من البيانات المتغيرة حتى يتم تحقيق النتيجة.
• يجب أن يكون وقت التنفيذ قليلًا جدًا حتى يكون فعالًا، ويجب أن يكون مقدارًا محدودًا من المعلومات، ويجب أن ينتهي بعد عدد محدود من العبارات، ويجب أن يعرف نطاق متغيرات الإدخال.
• يجب أن يكون الشخص قادرًا على أداء جميع العمليات في وقت معين باستخدام المهارات اليدوية، وليس الكمبيوتر، ويجب أن تكون هناك نتيجة واحدة على الأقل.

المجموعات الثلاث للخوارزمية

كانت الخوارزمية في الأصل مقتصرة على ثلاثة هياكل، وفهم هذه الهياكل واستخدامها يساعد الشخص على فهم الخوارزمية بسهولة واكتشاف وتعديل الأخطاء الموجودة، وهي كما يلي:

1- التسلسل

يجب أن تكون الخوارزمية عبارة عن مجموعة من التعليمات والقواعد المتسلسلة، ويجب أن تكون هذه التعليمات بسيطة أو أحد النوعين الآخرين.

2- الاختيار

• هناك مشاكل لا يمكن حلها بسلسلة بسيطة من العبارات، لذلك تحتاج إلى تغيير بعض الشروط واختبار نتيجتها. إذا كانت نتيجة هذا الاختبار صحيحة، فاتبع التعليمات.
• في حالة خطأ التعليمات، يجب عليك اختبار نتائج أخرى أو اتباع مسار آخر للتعليمات وتسمى هذه الطريقة الاختيار أو اتخاذ القرار.

3- الهيكل الثالث هو التكرار

• هذا البناء، الموجود عند حل بعض المشكلات حيث تعيد كتابة الخطوات المتتالية في كثير من الأحيان، يسمى التكرار وليس هناك حاجة لاستخدام بنيات أخرى.

الطريقة الصحيحة لتعلم الخوارزميات

• لبدء تعلم الخوارزميات، تحتاج إلى العثور على دفتر ملاحظات لكتابتها فيه، لأنك تحتاج إلى تحليل البرنامج على الورق أولاً، ثم كتابته على الكمبيوتر للتأكد من صحة التحليل.
• أيضًا، يساعدك التحليل على الورقة في البداية على معرفة المزيد، ويكتب المحترفون على الورقة قبل كتابة الكود، لذلك يجب عليك كتابة الكود عدة مرات في البداية.
• يجب عليك أيضًا محاولة تغيير الكود ومعالجته وتجربته على الكمبيوتر حتى تتمكن من فهم معنى كل سطر من التعليمات البرمجية وهذا سيساعد على تطوير مهاراتك وتحليلك بشكل أسرع وأسرع.
• يجب فهم المشكلة وتحليلها بدقة من خلال معرفة المدخلات المراد معالجتها والمخرجات التي سيتم الحصول عليها، ثم توضيح المعلومات بوضوح واستخدام العمليات الحسابية المناسبة.
• يجب أن تتخيل حلًا عالي المستوى للمشكلة، ثم تقسيم هذا الحل إلى وظائف أساسية وتعامل كل وظيفة على أنها مشكلة جديدة يجب حلها. تتكون هذه المشكلة من عدة خطوات.
• يجب الحرص دائمًا على استخدام الإرشادات الأساسية عند الضرورة، ثم تتكرر هذه العملية حتى نصل إلى العمليات التي يمكن التعبير عنها باستخدام طرق بسيطة.
• عندما نصل إلى المستويات النهائية، تكون الخوارزمية مكتملة ومكتوبة بلغة الخوارزمية، وباستخدام هذه الخوارزمية يمكننا الترميز باللغة المناسبة مثل Java و Pascal و C ++.

انظر أيضًا: أفضل الدرجات الهندسية في المستقبل

التعبير عن الخوارزمية وتمثيلها

• يمكننا التعبير عن الخوارزميات بأنواع مختلفة من الرموز 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، والتي تخفي التفاصيل وتعطي صورة عالية المستوى للحل.
• يتم تصنيف المخططات الانسيابية إلى أربع فئات، وهي المخططات الانسيابية المتسلسلة، والمخططات الانسيابية المتفرعة، والمخططات الانسيابية التكرارية، والمخططات الانسيابية للاختيار.
• يمكن أيضًا تمثيل الخوارزمية بواسطة metacode، حيث يتم وصف الخوارزمية بلغات بشرية وتشبه لغات البرمجة، ولا توجد قواعد محددة لاستخدام هذا النوع من التمثيل.

الطريقة النصية للتعبير عن الخوارزمية

• تعتبر من أفضل الطرق للتعبير عن الخوارزمية باستخدام لغة برمجة حيث تتميز هذه اللغات بأشكال نحوية مما يتجنب أي لبس عند التعبير بلغات مشتركة.
• إن استخدام طرق منظمة للتعبير عن الخوارزمية يمنح المستخدم حرية التعبير ويترجم الحل مرارًا وتكرارًا إلى لغة برمجة يمكن للكمبيوتر فهمها بسهولة، ويسمى هذا التعبير لغة الخوارزمية.
• هناك عدة عناصر في اللغة الخوارزمية منها المتغير والعنصر الذي تتم معالجته وقيمته متغير والثابت والعنصر الذي لا تتغير قيمته والصيغة وهي المتغيرات والثوابت والعمليات الحسابية.
• يمكن أيضًا التعبير عن مسار الحل باستخدام عبارة read، التي تقرأ قيمة الإدخال لوضعها في الذاكرة، وعبارة الكتابة، التي تكتب القيم إلى أجهزة الإخراج أو الشاشة.
• واستخدام البيان الأصلي الذي يعين قيمًا أو نتائج للتخزين، والبيان التكراري الذي يستخدم لتكرار العبارات التي تفي بشرط معين، أو الشكل المنطقي للشرط صحيح.
• تتخذ العبارة الشرطية شكلين، إما تنفيذ مشروط أو تدعيم شرطي اختياري، والذي يسمح باختيار أي من طريقتين التنفيذ، ويخضع هذا الاختيار لشرط محدد.

الطريقة الرسومية للتعبير عن الخوارزمية

• تعتمد هذه الطريقة على توضيح الخطوات اللازمة لتنفيذ الخوارزمية باستخدام الأشكال الهندسية واستخدام ما تصل إليه، بالإضافة إلى التعبيرات اللغوية الرياضية والطبيعية.
• بناءً على هذه الخطوات، يتم رسم ما يسمى بالخريطة الانسيابية، ونلاحظ أيضًا أن الأسهم تفصل بين العمليات المطلوبة لإكمال العمل وتوضيح تسلسلها.
• يستخدم مخطط التسلسل الأشكال الهندسية المتفق عليها ويرتبط كل شكل بعملية محددة، باستخدام شكل بيضاوي لتمييز بداية الخوارزمية ونهايتها.
• بينما يتم استخدام المستطيل لإجراء عمليات عادية، يتم استخدام الشكل الماسي للعمليات التي تتطلب قرارات منطقية بالإضافة إلى تحديد ما إذا كان يتم استيفاء شرط معين.

راجع أيضًا: معلومات حول الخوارزمية ووحدة الحساب

في نهاية رحلتنا لتعلم الخوارزميات خطوة بخطوة، من الضروري تعلم الخوارزميات حتى نتمكن من إيجاد حل لمشكلة معينة على الكمبيوتر، حيث يمكن أن تشمل الخوارزمية جميع برامج الكمبيوتر، وكذلك البرامج التي لا تفعل ذلك. استخدام العمليات الحسابية.