アルゴリズムとは何ですか？ 初心者のためのシンプルで簡単な説明[2022]

マップや設計図を使用してさまざまなプロセスをスムーズに実行するための標準プロトコルです。 建築家が詳細な青写真を使用して巨大な建物をゼロから確立するのと同じように、ソフトウェアエンジニアとデータサイエンスの専門家は、さまざまなアルゴリズムを使用してさまざまな計算問題を解決します。

コンピュータは独立して機能することができません。 合計や乗算を含む数式などの最も単純なタスクでさえ、アルゴリズムを必要とするため、デジタルデバイスに不可欠です。 アルゴリズムは、あらゆるコンピューティングシステムの基盤を形成し、計算、プログラミング、データ処理などのタスクを実行するための一連のコマンドを提供します。 これらのアルゴリズムは、情報を処理したり、複雑な方程式を解いたりするためのコンピューターを備えており、日常業務の人的労力をほぼ最小限に抑えています。

今日は、コンピューターサイエンスとデータサイエンスにとってアルゴリズムが何を意味するのかを詳しく見ていきます。

アルゴリズムとは何ですか？

簡単に言うと、アルゴリズムは、期待される出力を提供するための入力タスクを実行する段階的なプロセスを含む、コンピューターの正確なマニュアルです。 この解決策を模索するプロセスは、問題に対処し、それに応じて出力を提供する方法をコンピューターに知らせるための、有限の一連の命令で構成されています。

新しいアルゴリズムの開発により、コンピューティングプロセスが高速化されました。 ただし、どのタスクにどのアルゴリズムを選択するかを知っておく必要があります。 基本的に、アルゴリズムは、自然言語で論理方程式と数学方程式を解くように設計されたデジタルマップにすることができます。

アルゴリズムの重要性

アルゴリズムは、コンピューティングプロセスのバックボーンであるため、問題を解決するための最良かつ最も簡単な方法を説明し、その優れた結果に到達します。 ソースプログラムを強化してソフトウェアの精度を高めることから、限られたリソース（メモリパワーなど）を使用してタスクを完了することまで、アルゴリズムは計算プロセスとソフトウェアの効率を高めることができます。

アルゴリズムの単純化された変形を小さなステップに分割すると、プログラマーは効率的なコンピュータープログラムを理解して作成するのに役立ちます。 アルゴリズムは言語に依存せず、任意の言語で実行されるステップを受け入れますが、目的の結果につながります。

アルゴリズムのプロパティ

書かれた命令のシーケンスのすべてがアルゴリズムであるとは限りません。 いくつかの機能により、一連の命令がアルゴリズムとして適格になります。 一連の命令がアルゴリズムと見なされるためには、これらは必須の機能です。

• 入力：アルゴリズムは、明確に定義された入力（通常は複数）を伝送する必要があります。

• 出力：期待される出力は、アルゴリズムによって明確に定義されている必要があります。

• あいまいさのない：記述されたアルゴリズムは、あいまいであってはなりません。 プログラマーが従い、効果的な結果を生み出すための正しい手順が必要です。

• 明確：無限ループと各ステップが二重の意味を持つ代わりに、明確なアルゴリズムは各ステートメントで単一の解釈のみを実行する必要があります。

• 有限：効果的なソリューションに到達するには、アルゴリズムのステップを制限し、明確に定義する必要があります。

• 実用的：アルゴリズムは、それを最大限に活用しながら効率を維持するために、既存のリソースと整合する必要があります。

アルゴリズムを表現するための多様な方法

アルゴリズムは、4つの異なる方法で表すことができます。 これらには以下が含まれます：

1.自然言語

英語、フランス語、スペイン語など、定期的に交換される自然言語もアルゴリズムを表すことができます。 プログラマーがきちんと描かれたステップを理解している限り、それは許容されます。 ただし、自然言語はコンピュータプログラムが要求する精度を欠いていることが多いため、広く好まれていません。

2.擬似コード

アルゴリズムを表すこの非公式な方法では、自然言語からあいまいな部分を除いたものを使用します。 擬似コードは、最も正確な形式で命令を提供します。

3.フローチャート

チャートは、理解を簡単にするために、フローのような形式でプログラミングを表しています。 このグラフィック形式のアルゴリズムの図は、さまざまな記号とボックスを使用しており、正確な意味を提供しながら解釈を制限しています。

4.プログラミング言語

プログラミング言語で書かれたアルゴリズムは、プログラムに変換する準備ができています。 いくつかの変更と修正を加えるだけで、プログラミング言語で記述されたアルゴリズムをすぐに使用できます。

プログラミングのアルゴリズムとは何ですか？

基本的な計算コマンドを解くだけでなく、アルゴリズムは単純な方向と複雑な方向を実行することでソフトウェア開発に役立ちます。 アルゴリズムは、設計段階で使用され、プログラミング段階でプロジェクトに実装される前に、プログラミングで重要な役割を果たします。

それをよりよく理解するために、アルゴリズムは特定のタスクを実行するためにソフトウェアプログラムを導くコードとして機能します。 たとえば、Googleは、検索キーワードに最も関連性の高いページを検索、ランク付け、および表示するための詳細なアルゴリズムに基づいて、最も関連性の高い検索結果を表示します。 適切なアルゴリズムがないと、ページの結果がごちゃごちゃになり、無関係になる可能性があります。

AIにおけるアルゴリズムの役割

人工知能は、人間のような知能を模倣して、画期的なパーソナライズされたユーザーフレンドリーなサービスの提供を改善することに基づいています。 AIを日常生活に統合することで、検索アルゴリズムに関連する製品の提案からバイタルの監視まで、多くのタスクが簡素化されました。 21世紀のAIのない生活を想像するのは難しいですが、その背後にある技術は何ですか？

AIはそれ自体では情報にアクセスできません。 世界がどのように機能し、それに応じて機能するかをゆっくりと理解するように、AIは基本的な指示を通じて人間の知性を模倣することを学ぶ必要があります。 これは、アルゴリズムがシーンに入る場所です。

アルゴリズムは本質的に、関連するタスクやプロセスを読み取り、分析し、実行するようにAIをトレーニングする正確な命令です。 AIアルゴリズムは機械学習のサブセットであり、人間の知性を模倣してタスクを独立して実行するためのデバイスを準備します。 良い例の1つは、1つのコマンドで曲を再生したり、検索履歴とインタレストページのみに基づいてプレイリストを推奨したりするスマートバーチャルアシスタントです。 さらに、これらのアシスタントはさまざまな声を区別することもできます。これを可能にするために使用されるアルゴリズムの複雑さのレベルを想像してみてください。

アルゴリズムの種類

さまざまな方法で計算問題を解決するために使用されるアルゴリズムには、さまざまな種類があります。 最もよく使用されるものは次のとおりです。

1.バックトラッキングアルゴリズム

このアルゴリズムは、任意の方程式のサブ問題を分割して解決します。 たとえば、問題を解決しようとしますが、解決に失敗した場合は、最後のステップを削除してバックトラックし、問題の解決を再度試みます。

2.ブルートフォースアルゴリズム

このアルゴリズムは、私たちと同じようにすべての可能な解決策を繰り返し、問題を解決するために最も適切な解決策を見つけます。 これは最も単純なアルゴリズムの1つです。

3.分割統治アルゴリズム

名前が示すように、このアルゴリズムは問題を2つの部分に分割します。 次に、前半をより小さなサブ問題で解決しようとし、残りの半分でも同じことを行いますが、すべての解を組み合わせて結果の解を作成するだけです。

4.動的計画法アルゴリズム

動的計画法アルゴリズムは、過去のデータを使用して、特定の問題を分析および解決します。 問題をサブ問題に分割し、そのすべての部分を復号化してから、将来の使用のためにパターンを保存します。

5.再帰的アルゴリズム

再帰的アルゴリズムは、問題を同様のタイプのサブ問題に分割することで問題を解決し、問題が完全に解決されるまで繰り返し呼び出します。

6.欲張りアルゴリズム

欲張りアルゴリズムは、部分的に機能し、即座に利益をもたらすソリューションに対応する問題解決パターンに従います。 これは、最も局所的に最適なソリューションを見つけることを目的としていますが、データ全体を調べないため、多くの場合、それを見つけることができません。

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結論

結論–アルゴリズムは、単純なコンピュータープログラムであれMLプログラムであれ、すべてのコンピューティングプロセスの構成要素です。 アルゴリズムは、さまざまなタスクを自動化し、反復的なタスクを効率的に実行し、手作業への依存を減らし、それによって操作全体を合理化できるため、すべてのコンピューター化されたデバイスにとって重要です。 彼らは時間とお金の両方を節約することができます。