تعريف الخوارزمية وكيف تعمل ؟

تعريف الخوارزمية وكيف تعمل ؟

تعريف الخوارزمية وكيف تعمل ؟ فالخوارزميات مفهوم واسع جدًا تشمل عدة جوانب فهنالك خوارزميات رياضية وهنالك خوارزميات حاسوبية برمجية، وبشكل عام إن مصطلح خوارزمية يطلق على مجموعة عمليات تتم بتسلسل محدد، وفيما يلي سيتم تعريف الخوارزمية وشرح كيفية عملها.

تعريف الخوارزمية

الخوارزمية مجموعة من الإجراءات المنهجية تمتلك عددًا محدودًا من الخطوات، وهي تشكل إجابة سؤال أو حل مشكلة أو إنجاز مهمة، واسم خوارزمية مشتق  من الترجمة اللاتينية لعالم الرياضيات المسلم في القرن التاسع عشر الخوارزمي “محمد بن موسى الخوارزمي” والذي كان جزءًا من الديوان الملكي في بغداد، فالخوارزمية هي إجراء أو صيغة أو طريقة حل مشكلة، بناءً على تنفيذ سلسلة من الإجراءات المحددة، وفي الرياضيات وعلوم الكمبيوتر، عادةً ما تعني الخوارزمية إجراء صغير يحل مشكلة متكررة.[1][2]

شاهد أيضًا: عملية تحويل الخوارزمية إلى لغة يفهمها الحاسب تسمى

تعريف الخوارزمية في علوم الحاسوب

في علوم الحاسب، الخوارزمية هي سلسلة من التعليمات التي تخبر الحاسب بكيفية تحويل مجموعة من الحقائق الخام أو البيانات إلى معلومات مفيدة للمستخدم، والمعلومات المفيدة هي معلومات معرفية تفيد الأشخاص، أو هي إرشادات للآلات أو مدخلات لخوارزميات أخرى، وهناك العديد من الأمثلة الشائعة للخوارزميات، من ترتيب مجموعات الأرقام بشكل تصاعدي أو تنازلي إلى إيجاد المسارات الأقصر في الخرائط إلى عرض المعلومات الهامة على الشاشة، حيث تساعد الخوارزميات في إدارة الخطوات في البرمجة للحصول على المخرجات العادية، وتكون الخوارزميات المصممة مستقلة عن اللغة، أي أنها مجرد تعليمات بسيطة يمكن تنفيذها بأي لغة، وسيكون الناتج نفسه مهما اختلفت طرق الكتابة.[3]
وتستخدم الخوارزميات على نطاق واسع في جميع مجالات تقنيات المعلومات، حيث تأخذ خوارزمية محرك البحث الكلمات الرئيسية، وتبحث في قاعدة البيانات المرتبطة بها عن صفحات الويب التي تحوي نفس الكلمة، وتعيد النتائج.[2]
كما تقوم خوارزمية التشفير بتحويل البيانات وفقًا لإجراءات محددة إلى بيانات غامضة ليست ذات معنى بهدف حمايتها، حيث تستخدم خوارزمية التشفير المفتاح السري مثل خوارزمية تشفير البيانات (DES) ، والتي تستخدم نفس المفتاح لتشفير البيانات وفك تشفيرها، وباستخدام خوارزمية تشفير مناسبة، لا يمكن لأي شخص لا يعرف المفتاح السري للتشفير فك تشفير البيانات والحصول على البيانات الأصلية.[2]

شاهد أيضًا: الخوارزمية هي مجموعة من التعليمات المفصله خطوه بخطوه والخاصة بحل مشكلة او اكمال مهمة معينة صح أم خطأ

كيف تعمل الخوارزمية

جميع الخوارزميات في عالم تعمل بنفس الطريقة التسلسلية، يمكن تبسط عمل الخوارزمية من خلال الخطوات التالية:

  • إدخال المدخلات: إلى الخوارزمية والمدخلات هي عبارة عن مجموعة من الحقائق والأرقام والبيانات، باستخدام مجموعة من الأجهزة التي تساعد في إدخالها وفي أجهزة احاسب هنالك الفأرة ولوحة المفاتيح إحدى أهم طرق الإدخال.
  • التنفيذ: وفي هذا الجزء تتم معالجة البيانات السابقة وفق سلسلة من الخطوات المحددة للقيام بالمهمة.
  • إخراج النتائج: وهي البيانات التي تمت معالجتها وأصبحت معلومات بإمكان المستخدم الاستفادة منها.

مثال على تنفيذ خوارزمية

وعلى سبيل المثال في حال طلب من المصمم تنفيذ خوارزمية لجهاز يقوم بتحديد حالة الطقس في إحدى المناطق في فصل الشتاء، من إحدى الحالات التالية بارد، معتدل ، دافئ، بناء على درجة حرارة الجو المأخوذة، سيكون عمل تلك الخوارزمية كما يلي:

  • إدخال درجة الحرارة باستخدام مقياس حرارة مرتبط بالجهاز المطلوب ولنفرض أن درجة الحرارة التي تم قياسها هي 17 درجة مئوية.
  • التنفيذ وفي هذا الجزء سيتم اختبار درجة الحرارة وفق معايير فإذا كانت درجة الحرارة أقل من 10 درجة سيقال إن الجو  بارد، وإذا كانت درجة الحرارة أكبر من عشرة درجات وأقل من عشرين درجة سيقال إن الجو معتدل، أما إذا كانت الحرارة أكثر من 20 درجة سيقال إن الجو دافئ.
  • المخرجات وهي حالة الطقس ستكون النتيجة هنا هي الجو معتدل وفقًا للخوارزمية السابقة.

شاهد أيضًا: في مخططات الانسياب يمثل هذا الشكل

أنواع الخوارزميات

هناك عدة أنواع من الخوارزميات والتي تختلف في طريقة عملها، وهي سبعة أنواع رئيسية:[4]

خوارزمية القوة الهجومية

حيث تحاول هذه الخوارزمية بتجريب كل الحالات حتى يتم العثور على النتيجة الصحيحة، هذا هو النوع الأساسي والأقل تعقيدًا من الخوارزميات، حيث تُستخدم هذه الأنواع من الخوارزميات لتحديد الحل المثالي أو الأفضل لأنه يتحقق من جميع الحلول المحتملة.

الخوارزمية العودية

يعتمد هذا النوع من الخوارزمية على العودية التكرارية، حيث يتم فهم المشكلة عن طريق تقسيمها إلى مشكلات فرعية من نفس النوع وحلها بشكل تكراري حتى يتم حل المشكلة بمساعدة شرط أساسي.

خوارزمية البرمجة الديناميكية

يسمى هذا النوع من الخوارزمية أيضًا بتقنية التخزين حيث يتم تخزين النتيجة التي تم تحديدها مؤخرًا لمحاولة عدم اكتشافها مرة أخرى بهدف توفير وقت التنفيذ. في البرمجة الديناميكية ، يتم تقسيم المشكلة التي لا يمكن التنبؤ بحلها إلى مشاكل فرعية أكثر سهولة، فهذا النوع من الخوارزميات تتذكر النتيجة السابقة وتستخدمها لاكتشاف نتائج جديدة.

خوارزمية فرق تسد

في خوارزمية فرق تسد ، الفكرة هي معالجة المشكلة في مجالين، القسم الأول يقسم المشكلة إلى مشاكل فرعية من نفس النوع، والقسم الثاني هو معالجة المشكلة الأكثر سهولة بشكل مستقل وبعد ذلك إضافة النتيجة المشتركة للحصول على حل المشكلة.

خوارزمية الجشع

في هذا النوع يتم إنشاء الحل جزءًا تلو الآخر، حيث يتم تحقيق النتيجة لتمريرها للمراحل التالية على أساس أنه يوفر المساعدة في اتخاذ القرار الصحيح، ولا تأخذ بعين الاعتبار الافتراضات التي وضعت أثناء الحل.

الخوارزمية التراجعية

في هذا النوع من الخوارزمية ، يتم حل المشكلة بشكل ثابت وتراجعي، من مرحلة ما يكون فيها إيجاد الحل سهلًا وحل باقي الأجزاء اعتمادًا على هذا الجزء.

الخوارزمية العشوائية

في هذا النوع من الخوارزمية، يتم أخذ رقم عشوائي لاتخاذ القرار مرة واحدة على الأقل أثناء الحسابات.

شاهد أيضًا: قائمة من التعليمات يتم اتباعها لحل مشكلة معينة خطوة بخطوة

وفي ختام المقالة تمت الإجابة على سؤال تعريف الخوارزمية وكيف تعمل ؟، كما تم تعريف مفهوم الخوارزمية، بشكل عام وفي علوم الحاسب والبرمجة وقد تبين أن الخوارزمية هي عبارة عن سلسلة من الخطوات يتم كتابتها لحل مشكلة معينة، كما تم ذكر طريقة عمل الخوارزمية ومثال عليها.

المراجع

  1. ^ britannica.com , algorithm , 21/11/2021
  2. ^ whatis.techtarget.com , algorithm , 21/11/2021
  3. ^ theconversation.com , What is an algorithm? How computers know what to do with data , 21/11/2021
  4. ^ analyticssteps.com , What is an Algorithm? Types, Applications, and Characteristics , 21/11/2021
24 مشاهدة