ما هي الخوارزمية؟ شرح بسيط وسهل للمبتدئين [2022]

إنه بروتوكول قياسي لاستخدام الخرائط والمخططات لتنفيذ العمليات المختلفة بسلاسة. تمامًا مثل المهندس المعماري الذي يستخدم مخططات تفصيلية لإنشاء مبنى ضخم من البداية ، يستخدم مهندسو البرمجيات وخبراء علوم البيانات خوارزميات مختلفة لحل مجموعة واسعة من المشكلات الحسابية.

أجهزة الكمبيوتر غير قادرة على العمل بشكل مستقل. حتى أبسط المهام ، مثل المعادلات الرياضية التي تتضمن الجمع أو الضرب ، تتطلب خوارزميات ، مما يجعلها ضرورية للأجهزة الرقمية. تشكل الخوارزميات أساس أي نظام حسابي ، وتخصص تسلسل الأوامر لإنجاز مهام مثل الحساب أو البرمجة أو معالجة البيانات. قامت هذه الخوارزميات بتجهيز أجهزة الكمبيوتر لمعالجة المعلومات وحل المعادلات المعقدة وما إلى ذلك ، وتقليل العمالة البشرية تقريبًا للمهام الروتينية.

اليوم ، سنلقي نظرة متعمقة على ما تعنيه الخوارزميات لعلوم الكمبيوتر وعلوم البيانات.

ما هي الخوارزمية؟

ببساطة ، الخوارزمية هي دليل دقيق لجهاز الكمبيوتر ، بما في ذلك عملية خطوة بخطوة لإنجاز مهام الإدخال لتسليم المخرجات المتوقعة. تتكون عملية البحث عن الحلول هذه من سلسلة محدودة من التعليمات للسماح للكمبيوتر بمعرفة كيفية التعامل مع مشكلة وتقديم المخرجات وفقًا لذلك.

أدى تطوير الخوارزميات الجديدة إلى تسريع عملية الحوسبة. ومع ذلك ، يجب أن تعرف الخوارزمية التي تختارها لأي مهمة. في الأساس ، يمكن أن تكون الخوارزمية خريطة رقمية مصممة لحل المعادلات المنطقية والرياضية في اللغات الطبيعية.

أهمية الخوارزمية

نظرًا لكونها العمود الفقري لعمليات الحوسبة ، فإن الخوارزميات تروي أفضل وأسهل الطرق لحل مشكلة ما ، وتصل إلى نتيجتها الممتازة. من زيادة دقة البرنامج من خلال تعزيز البرنامج المصدر إلى إنهاء المهام باستخدام موارد محدودة (مثل قوة الذاكرة) ، يمكن للخوارزميات أن تعزز كفاءة العمليات الحسابية والبرمجيات.

المتغيرات المبسطة من الخوارزميات المقسمة إلى خطوات أصغر تساعد المبرمجين على فهم وإنشاء برامج كمبيوتر فعالة. الخوارزميات مستقلة عن اللغة ، وتقبل الخطوات التي يتعين تنفيذها بأي لغة ولكنها تؤدي إلى النتيجة المرجوة.

خصائص الخوارزمية

ليس كل تسلسل مكتوب من التعليمات عبارة عن خوارزمية. تجعل العديد من الميزات مجموعة التعليمات مؤهلة كخوارزمية. لكي يتم اعتبار سلسلة من التعليمات خوارزمية ، فهذه ميزات لا غنى عنها.

• المدخلات: يجب أن تحمل الخوارزمية مدخلات محددة جيدًا ، وعادة ما تكون أكثر من مدخلات.

• الإخراج: يجب تحديد الإخراج المتوقع بوضوح بواسطة الخوارزمية.

• لا لبس فيه: يجب ألا تكون الخوارزمية المكتوبة غامضة على الإطلاق. يجب أن تحتوي على الخطوات الصحيحة للمبرمجين لمتابعة وتحقيق نتائج فعالة.

• محدد : بدلاً من الحلقات اللانهائية وكل خطوة تحمل معنى مزدوجًا ، يجب أن تحمل الخوارزميات المحددة تفسيرًا واحدًا فقط مع كل عبارة.

• محدودة: للوصول إلى حل فعال ، يجب أن تكون خطوات الخوارزمية محدودة ومحددة جيدًا.

• عملي: يجب أن تتماشى الخوارزمية مع الموارد الحالية لتبقى فعالة مع تحقيق أقصى استفادة منها.

طرق متنوعة لتمثيل الخوارزميات

يمكن تمثيل الخوارزميات بأربع طرق مختلفة. وتشمل هذه:

1. لغة طبيعية

يمكن أيضًا أن تمثل اللغات الطبيعية التي يتم تبادلها بانتظام مثل الإنجليزية والفرنسية والإسبانية وما إلى ذلك الخوارزميات. طالما أن المبرمج يفهم الخطوات المرسومة بدقة ، فهذا مقبول. ومع ذلك ، غالبًا ما تفتقر اللغات الطبيعية إلى الدقة التي تتطلبها برامج الكمبيوتر ، وبالتالي فهي غير مفضلة على نطاق واسع.

2. الكود الكاذب

تستخدم هذه الطريقة غير الرسمية لتمثيل الخوارزمية لغة طبيعية مطروحًا منها أجزائها الغامضة. يسلم الكود الكاذب التعليمات في شكل أكثر دقة.

3. مخططات التدفق

يمثل الرسم البياني البرمجة بتنسيق يشبه التدفق لتبسيط الفهم. يستخدم الرسم التوضيحي للخوارزميات في هذا التنسيق الرسومي رموزًا ومربعات مختلفة ، مما يحد من التفسيرات أثناء تقديم المعنى الدقيق.

4. لغات البرمجة

الخوارزميات المكتوبة بلغات البرمجة جاهزة للتحول إلى برنامج. مع بعض التغييرات والتصحيحات ، تكون الخوارزميات المكتوبة بلغة برمجة جاهزة للعمل.

ما هي الخوارزمية في البرمجة؟

إلى جانب حل الأوامر الحسابية الأساسية ، تساعد الخوارزميات في تطوير البرامج من خلال تنفيذ التوجيهات البسيطة والمعقدة. تلعب الخوارزمية دورًا مهمًا في البرمجة حيث يتم استخدامها في مرحلة التصميم ويسبقها تنفيذها في المشروع في مرحلة البرمجة.

لفهمها بشكل أفضل ، تعمل الخوارزميات كرمز لتوجيه برنامج ما لإنجاز مهام معينة. على سبيل المثال ، يعرض Google نتائج البحث الأكثر صلة بناءً على الخوارزميات التفصيلية للعثور على الصفحات الأكثر صلة بكلمة البحث الرئيسية وترتيبها وعرضها. قد يؤدي عدم وجود الخوارزميات الصحيحة إلى نتائج مختلطة وغير ملائمة للصفحة.

دور الخوارزميات في الذكاء الاصطناعي

يعتمد الذكاء الاصطناعي على محاكاة الذكاء الشبيه بالبشر لتحسين تقديم خدمات شخصية وسهلة الاستخدام. أدى تكامل الذكاء الاصطناعي في الحياة اليومية إلى تبسيط العديد من المهام ، بدءًا من اقتراح المنتجات ذات الصلة بخوارزمية البحث الخاصة بنا وحتى مراقبة العناصر الحيوية لدينا! يصعب تخيل حياة بدون الذكاء الاصطناعي في القرن الحادي والعشرين ، ولكن ما هي التكنولوجيا التي تقف وراء ذلك؟

لا يمكن لمنظمة العفو الدولية الوصول إلى المعلومات من تلقاء نفسها. تمامًا مثلما نفهم ببطء كيف يعمل العالم ويعمل وفقًا له ، يجب أن يتعلم الذكاء الاصطناعي محاكاة الذكاء البشري من خلال التعليمات الأساسية. هذا هو المكان الذي تدخل فيه الخوارزميات إلى المشهد.

الخوارزميات هي في الأساس تعليمات دقيقة تدرب الذكاء الاصطناعي على قراءة وتحليل وتنفيذ المهام والعمليات ذات الصلة. خوارزمية الذكاء الاصطناعي هي مجموعة فرعية من التعلم الآلي الذي يعد دليل الإعلانات لتقليد الفكر البشري وتنفيذ المهام بشكل مستقل. أحد الأمثلة الجيدة هو المساعدون الظاهريون الأذكياء الذين يشغلون الأغاني بأمر واحد أو يوصون بقوائم التشغيل بناءً على سجل البحث وصفحات الاهتمامات فقط. علاوة على ذلك ، يمكن لهؤلاء المساعدين أيضًا التفريق بين الأصوات المختلفة - تخيل مستوى تعقيد الخوارزميات المستخدمة لجعل هذا ممكنًا!.

أنواع الخوارزميات

هناك أنواع مختلفة من الخوارزميات المستخدمة لحل مشاكل الحساب بطرق مختلفة. الأكثر استخدامًا هي:

1. خوارزمية التراجع

تقسم هذه الخوارزمية وتحل المشكلة الفرعية لأي معادلة. على سبيل المثال ، يحاول حل مشكلة ، وإذا فشل في حلها ، فإنه يتراجع عن طريق إزالة الخطوة الأخيرة ثم يحاول مرة أخرى حل المشكلة.

2. خوارزمية القوة الغاشمة

تكرر هذه الخوارزمية جميع الحلول الممكنة ، تمامًا كما نفعل ، وتجد الحل الأكثر صلة لحل المشكلة. إنها واحدة من أبسط الخوارزميات.

3. خوارزمية فرق تسد

كما يوحي الاسم ، تقسم هذه الخوارزمية المشكلة إلى قسمين. ثم يحاول بعد ذلك حل النصف الأول في مشاكل فرعية أصغر ويفعل الشيء نفسه مع النصف الآخر ، فقط لدمج جميع الحلول لإنشاء الحل الناتج.

4. خوارزمية البرمجة الديناميكية

تستخدم خوارزميات البرمجة الديناميكية البيانات السابقة لتحليل مشكلة معينة وحلها. يقوم بتقسيم المشكلة إلى مشاكل فرعية ، ويفك تشفير كل جزء منها ، ثم يخزن النمط للاستخدام في المستقبل.

5. الخوارزمية العودية

تحل الخوارزمية العودية المشكلة عن طريق تقسيمها إلى مشكلات فرعية من أنواع متشابهة ثم تستدعي نفسها مرارًا وتكرارًا حتى يتم حل المشكلة بالكامل.

6. خوارزمية الجشع

تتبع الخوارزميات الجشعة نمطًا لحل المشكلات يعمل جزئيًا ويتوافق مع الحل الذي يحقق ربحًا فوريًا. يهدف إلى إيجاد الحل الأمثل محليًا ، لكنه غالبًا ما يفشل في العثور عليه لأنه لا يمر عبر البيانات بأكملها.

انضم إلى دورة التعلم الآلي عبر الإنترنت من أفضل الجامعات في العالم - الماجستير ، وبرامج الدراسات العليا التنفيذية ، وبرنامج الشهادات المتقدمة في ML & AI لتسريع حياتك المهنية.

عزز حياتك المهنية من خلال برنامج الماجستير

إذا كنت تبحث عن وظيفة ذات صلة بالاستخدام الديناميكي للخوارزميات وعلوم الكمبيوتر ، فإن برنامج Executive PG في التعلم الآلي والذكاء الاصطناعي من upGrad هو الخيار المناسب لك! بالتعاون مع المعهد الهندي لتكنولوجيا المعلومات ، بنغالور ، تعمل الدورة على توسيع مجموعة المهارات المطلوبة من خلال هذه الدورة ، وإعداد المتعلمين بالكامل للصناعة التنافسية.

تفتح الدورة أبوابًا لا حصر لها للمتعلمين الذين يتصورون مستقبلًا مشرقًا في مجالات الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي من خلال الدورات التدريبية المصممة بدقة تحت إشراف أعضاء هيئة التدريس المحترمين والمتخصصين في الصناعة. البرنامج مرن للمتعلمين من أي منطقة لتزويد أنفسهم بالمجموعة الصحيحة من المهارات والمعرفة اللازمة للتميز في مجال الذكاء الاصطناعي. قم بزيارة upGrad لمعرفة المزيد!

خاتمة

خلاصة القول - الخوارزميات هي اللبنات الأساسية لجميع عمليات الحوسبة ، سواء كانت برنامج كمبيوتر بسيط أو برنامج ML. تعد الخوارزميات ضرورية لجميع الأجهزة المحوسبة حيث يمكنها أتمتة المهام المختلفة ، وأداء المهام المتكررة بكفاءة ، وتقليل الاعتماد على العمل اليدوي ، وبالتالي تبسيط العملية بأكملها. يمكنهم توفير الوقت والمال.