Was ist ein Algorithmus? Einfache & einfache Erklärung für Anfänger [2022]

Es ist ein Standardprotokoll, Karten und Blaupausen zu verwenden, um verschiedene Prozesse reibungslos auszuführen. So wie ein Architekt detaillierte Baupläne verwendet, um ein kolossales Gebäude von Grund auf neu zu errichten, verwenden Softwareingenieure und Data-Science-Experten verschiedene Algorithmen, um eine Vielzahl von Rechenproblemen zu lösen.

Computer sind nicht in der Lage, selbstständig zu funktionieren. Selbst die einfachsten Aufgaben, wie mathematische Gleichungen mit Summierung oder Multiplikation, erfordern Algorithmen, was sie für digitale Geräte unverzichtbar macht. Algorithmen bilden die Grundlage jedes Computersystems, indem sie Befehlssequenzen zur Ausführung von Aufgaben wie Berechnung, Programmierung oder Datenverarbeitung verwenden. Diese Algorithmen haben Computer ausgestattet, um Informationen zu verarbeiten, komplexe Gleichungen zu lösen usw., wodurch die menschliche Arbeit für Routineaufgaben fast minimiert wird.

Heute werfen wir einen tiefen Blick darauf, was Algorithmen für Informatik und Data Science bedeuten.

Was ist ein Algorithmus?

Einfach ausgedrückt, ein Algorithmus ist ein präzises Handbuch für einen Computer, einschließlich eines schrittweisen Prozesses zum Ausführen von Eingabeaufgaben, um die erwartete Ausgabe zu liefern. Dieser Lösungssuchprozess besteht aus einer endlichen Abfolge von Anweisungen, die dem Computer mitteilen, wie er mit einem Problem umgehen und entsprechende Ergebnisse liefern soll.

Die Entwicklung neuer Algorithmen hat den Rechenprozess beschleunigt. Sie müssen jedoch wissen, welcher Algorithmus für welche Aufgabe zu wählen ist. Im Wesentlichen kann ein Algorithmus eine digitale Karte sein, die entwickelt wurde, um logische und mathematische Gleichungen in natürlichen Sprachen zu lösen.

Bedeutung des Algorithmus

Als Rückgrat von Rechenprozessen erzählen Algorithmen die besten und einfachsten Methoden, um ein Problem zu lösen und ein hervorragendes Ergebnis zu erzielen. Von der Erhöhung der Genauigkeit der Software durch Stärkung des Quellprogramms bis hin zum Abschluss von Aufgaben mit begrenzten Ressourcen (wie Speicherleistung) können Algorithmen die Effizienz von Rechenprozessen und Software verbessern.

Vereinfachte Varianten von Algorithmen, die in kleinere Schritte unterteilt sind, helfen Programmierern, effiziente Computerprogramme zu verstehen und zu erstellen. Algorithmen sind sprachunabhängig, akzeptieren die auszuführenden Schritte in jeder Sprache, führen aber zum gewünschten Ergebnis.

Eigenschaften eines Algorithmus

Nicht jede schriftliche Anweisungsfolge ist ein Algorithmus. Mehrere Merkmale machen den Befehlssatz als Algorithmus geeignet. Damit eine Reihe von Anweisungen als Algorithmus betrachtet werden kann, sind dies unverzichtbare Merkmale.

• Eingabe: Ein Algorithmus muss wohldefinierte Eingaben enthalten, normalerweise mehr als eine.

• Ausgabe: Die erwartete Ausgabe muss durch den Algorithmus klar definiert sein.

• Eindeutig: Der geschriebene Algorithmus darf überhaupt nicht mehrdeutig sein. Es sollte die richtigen Schritte enthalten, die Programmierer befolgen und effektive Ergebnisse erzielen können.

• Eindeutig: Anstelle von Endlosschleifen und jedem Schritt mit doppelter Bedeutung müssen bestimmte Algorithmen nur eine einzige Interpretation mit jeder Aussage tragen.

• Endlich: Um eine effektive Lösung zu erreichen, müssen die Algorithmusschritte begrenzt und genau definiert sein.

• Praktisch: Ein Algorithmus sollte sich an den vorhandenen Ressourcen orientieren, um effizient zu bleiben und gleichzeitig das Beste daraus zu machen.

Vielfältige Darstellungsmöglichkeiten von Algorithmen

Algorithmen können auf vier verschiedene Arten dargestellt werden. Diese schließen ein:

1. Natürliche Sprache

Auch regelmäßig ausgetauschte natürliche Sprachen wie Englisch, Französisch, Spanisch usw. können Algorithmen darstellen. Solange der Programmierer die sauber gezeichneten Schritte versteht, ist es akzeptabel. Natürlichen Sprachen fehlt es jedoch häufig an der Präzision, die Computerprogramme erfordern, und werden daher nicht weithin bevorzugt.

2. Pseudocode

Diese informelle Methode zur Darstellung eines Algorithmus verwendet natürliche Sprache abzüglich ihrer mehrdeutigen Teile. Pseudocode liefert Anweisungen in der genauesten Form.

3. Flussdiagramme

Das Diagramm stellt die Programmierung in einem flussähnlichen Format dar, um das Verständnis zu vereinfachen. Die Veranschaulichung von Algorithmen in diesem grafischen Format verwendet verschiedene Symbole und Kästchen, die Interpretationen einschränken und gleichzeitig eine genaue Bedeutung liefern.

4. Programmiersprachen

In Programmiersprachen geschriebene Algorithmen können in ein Programm umgewandelt werden. Mit ein paar Änderungen und Korrekturen sind in einer Programmiersprache geschriebene Algorithmen einsatzbereit.

Was ist ein Algorithmus in der Programmierung?

Neben dem Lösen grundlegender Rechenbefehle helfen Algorithmen bei der Softwareentwicklung, indem sie einfache und komplexe Anweisungen ausführen. Der Algorithmus spielt eine bedeutende Rolle bei der Programmierung, da er in der Entwurfsphase verwendet wird und seiner Implementierung im Projekt in der Programmierphase vorausgeht.

Um es besser zu verstehen, arbeiten Algorithmen als Code, um ein Softwareprogramm zu führen, um bestimmte Aufgaben zu erfüllen. Beispielsweise zeigt Google die relevantesten Suchergebnisse basierend auf den detaillierten Algorithmen an, um die relevantesten Seiten für das Suchwort zu finden, einzustufen und anzuzeigen. Das Fehlen der richtigen Algorithmen kann zu durcheinandergebrachten, irrelevanten Seitenergebnissen führen.

Rolle von Algorithmen in der KI

Künstliche Intelligenz basiert auf der Nachahmung menschenähnlicher Intelligenz, um die Bereitstellung bahnbrechender personalisierter und benutzerfreundlicher Dienste zu verfeinern. Die Integration von KI in das tägliche Leben hat viele Aufgaben vereinfacht, angefangen beim Vorschlagen von Produkten, die für unseren Suchalgorithmus relevant sind, bis hin zur Überwachung unserer Vitalwerte! Ein Leben ohne KI im 21. Jahrhundert ist schwer vorstellbar, aber welche Technologie steckt dahinter?

KI kann alleine nicht auf Informationen zugreifen. So wie wir langsam verstehen, wie die Welt funktioniert und in Übereinstimmung mit ihr arbeitet, muss die KI lernen, die menschliche Intelligenz durch grundlegende Anweisungen nachzuahmen. Hier kommen Algorithmen ins Spiel.

Algorithmen sind im Wesentlichen präzise Anweisungen, die die KI trainieren, relevante Aufgaben und Prozesse zu lesen, zu analysieren und auszuführen. Ein KI-Algorithmus ist eine Teilmenge des maschinellen Lernens, das ein Gerät so vorbereitet, dass es den menschlichen Intellekt nachahmt und Aufgaben selbstständig ausarbeitet. Ein gutes Beispiel sind intelligente virtuelle Assistenten, die Songs auf einen einzigen Befehl abspielen oder Wiedergabelisten nur auf der Grundlage Ihres Suchverlaufs und Ihrer Interessenseiten empfehlen. Darüber hinaus können diese Assistenten auch zwischen verschiedenen Stimmen unterscheiden – stellen Sie sich die Komplexität der Algorithmen vor, mit denen dies möglich ist!.

Arten von Algorithmen

Es gibt verschiedene Arten von Algorithmen, die verwendet werden, um Berechnungsprobleme durch unterschiedliche Methoden zu lösen. Die am häufigsten verwendeten sind:

1. Backtracking-Algorithmus

Dieser Algorithmus teilt und löst das Teilproblem einer beliebigen Gleichung. Beispielsweise versucht es, ein Problem zu lösen, und wenn es nicht gelingt, geht es zurück, indem es den letzten Schritt entfernt, und versucht dann erneut, das Problem zu lösen.

2. Brute-Force-Algorithmus

Dieser Algorithmus iteriert alle möglichen Lösungen, genau wie wir es tun, und findet die relevanteste, um das Problem zu lösen. Es ist einer der einfachsten Algorithmen.

3. Teile-und-Herrsche-Algorithmus

Wie der Name schon sagt, teilt dieser Algorithmus ein Problem in zwei Teile. Es versucht dann weiter, die erste Hälfte in kleinere Teilprobleme zu lösen und tut dasselbe mit der anderen Hälfte, nur um alle Lösungen zu kombinieren, um die resultierende Lösung zu erstellen.

4. Dynamischer Programmieralgorithmus

Dynamische Programmieralgorithmen verwenden frühere Daten, um ein bestimmtes Problem zu analysieren und zu lösen. Es zerlegt ein Problem in Unterprobleme, entschlüsselt jeden Teil davon und speichert dann das Muster für die zukünftige Verwendung.

5. Rekursiver Algorithmus

Der rekursive Algorithmus löst das Problem, indem er es in Unterprobleme ähnlichen Typs zerlegt und sich dann wiederholt selbst aufruft, bis das Problem vollständig gelöst ist.

6. Gieriger Algorithmus

Gierige Algorithmen folgen einem Problemlösungsmuster, das Teil für Teil funktioniert und mit der Lösung einhergeht, die sofortigen Gewinn bringt. Es zielt darauf ab, die lokal optimalste Lösung zu finden, scheitert jedoch oft daran, da es nicht die gesamten Daten durchgeht.

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Fazit

Fazit: Algorithmen sind die Bausteine ​​aller Rechenprozesse, sei es ein einfaches Computerprogramm oder ein ML-Programm. Algorithmen sind für alle computergestützten Geräte von entscheidender Bedeutung, da sie verschiedene Aufgaben automatisieren, sich wiederholende Aufgaben effizient ausführen und die Abhängigkeit von manueller Arbeit reduzieren können, wodurch der gesamte Betrieb rationalisiert wird. Sie können sowohl Zeit als auch Geld sparen.