الگوریتم برنامه نویسی چیست؟

الگوریتم برنامه‌نویسی چیست؟ بگذارید موضوع بحث امروزمان را با یک مثال شروع کنیم.

زمانی که یک معمار می‌خواهد پروژه ساخت یک خانه را شروع کند، ابتدا یک طرح یا نقشه و مراحل انجام کار را به صورت مرتب برای خود لیست می‌کند؛ در واقع یک الگو برای ساخت خانه ایجاد می‌کند.

یک برنامه‌نویس نیز وقتی قصد دارد یک برنامه یا یک تکه کد را بنویسد، یک الگو برای نوشتن خود دارد. اما اگر ایده‌ای نداشت که از کجا شروع کند، لازم نیست نگران باشد زیرا این دلیلی است که الگوریتم‌ها و فلوچارت‌ها به‌وجود آمده‌اند. به قول حرفه‌ای‌ها سریع دست به کد نشوید. واژه الگوریتم از یک ریاضی‌دان، ستاره‌شناس و جغرافی‌دان به نام خوارزمی گرفته شده است. اکنون می‌خواهیم به شما بگوییم الگوریتم برنامه نویسی چیست و چگونه از آنها باید استفاده کنید؟

در آخر نیز برای شما یک شگفتانه در نظر گرفته‌ایم. پس تا پایان این مقاله همراه ما باشید.

الگوریتم برنامه نویسی چیست؟

برای اینکه معنی و مفهوم الگوریتم در خاطر شما بماند از واژه اُلگوریتم استفاده می‌کنم اگر چه غلط است. اُلگوریتم یعنی پیاده‌سازی یک مسئله. ما یک الگو می‌سازیم تا به کمک آن مسئله‌ای را حل کنیم درست مانند معمار. پس یک برنامه‌نویس باید توانایی طراحی الگوریتم را داشته باشد که خیلی هم ساده است. حالا چجوری؟ یعنی به مسئله، به صورت مرحله مرحله فکر کردن و آن را به مراحل کوچک‌تر تقسیم کردن و در نهایت به صورت دستوری به کامپوتر دستور دادن. به همین سادگی!

به مثال توجه کنید: 

فرض کنید قرار است برنامه‌ای بنویسید که دو عدد را جمع و حاصل را چاپ کند. حالا می‌خواهیم برای این مسئله یک الگو پیاده‌سازی کنیم.

اولین مرحله در الگوریتم فکر کردن به مسئله به صورت مرحله‌ای است؛ یعنی گرفتن دو عدد برای جمع و چاپ آن. حالا باید آن را به مسئله‌های کوچک‌تر تقسیم کنیم که می‌شود:

• اولین عدد را بگیر

• دومین عدد هم بگیر

• دو عدد را باهم جمع کن و در حافظه نگه دار

• حالا جواب را چاپ کن

 

 

ساختار منطقه‌ای الگوریتم‌ها:

• دنباله‌ای: در این ساختار ترتیب گام تا رسیدن به پاسخ، در آن مشخص است یعنی ساختاری مرحله به مرحله.

• شاخه‌ای: این ساختار طبق قانون "اگر-آنگاه" عمل می‌کند یعنی پاسخ با توجه به نتیجه شرط مشخص می‌شود؛ برای مثال زوج و فرد بودن عدد.

• حلقه‌ای: این ساختار الگوریتم با توجه به تعداد مشخصی از شرط نتیجه مشخص می‌شود و پس از تمام شدن شرط، برنامه پایان می‌یابد یعنی ساختار تکراری.

مشخص کردن 3 عامل اصلی در نوشتن یک الگوریتم:

برای نوشتن یک الگوریتم 3 عامل را باید در مسئله مشخص کنیم:

1. اطلاعاتی که در اختیار ما قرار دارد و باید به کمک آن به حل مسئله بپردازیم؛ یعنی داده‌های معلوم مسئله.

2. نتیجه‌ای که بر اثر انجام محاسبات روی داده به دست می‌آوریم؛ یعنی خواسته‌های مسئله.

3. مجموعه دستورات و روابطی که برای رسیدن به خواسته مسئله روی داده‌ها و مقادیر مجهول انجام می‌دهیم؛ یعنی عملیات محاسباتی.

نوشتن یک الگوریتم برنامه‌نویسی چه شرایطی دارد؟

بعد از اینکه 3 عامل را مشخص کردیم حالا باید بدانیم برای نوشتن یک الگوریتم چه شرایطی لازم است؟

• داشتن نقطه شروع و پایان مشخص

• داشتن ورودی (یا هیچ ورودی یا چند ورودی)

• داشتن خروجی (یک یا چند خروجی)

• داشتن کارایی و قطعیت (با زبانی دقیق و بی‌ابهام بیان شود یعنی قابل اجرا باشد)

• داشتن محدودیت (در یک بازه زمانی کوتاه و معقول پس از طی مراحل محدود پایان یابد)

چرخه عمر یک الگوریتم برنامه‌نویسی چیست:

1. طراحی: روش‌های مختلفی برای آن وجود دارد.

2. اثبات درستی: باید مشخص شود الگوریتم درست است یا خیر؛ یعنی به ازای ورودی مناسب یک خروجی صحیح بدهد.

3. تحلیل: یعنی یک الگوریتم به چه میزان پیچیدگی زمانی و فضایی دارد.

4. پیاده‌سازی: نوشتن با یک زبان برنامه‌نویسی معین

5. تست برنامه: این مورد شامل 2 مرحله است: اشکال‌زدایی و اندازه‌گیری کارایی

مهم‌ترین انواع الگوریتم‌ها از نظر نوع مسئله کدام است؟

• الگوریتم های بازگشتی

در این نوع، اجرای برخی از دستورات الگوریتم باعث فراخوانی همان الگوریتم می‌شود. روش کار الگوریتم بازگشتی به شیوه زیر است:

1. قسمت اول حالت پایه است که در آن دیگر صدا زدن تابع به صورت بازگشتی رخ نمی‌دهد و مقدار تابع را از ابتدا می‌دانیم.

2. قسمت دوم شامل پیاده‌سازی اعمالی است که به کمک آن‌ها مسأله کوچک‌تر شده و تابع را با مقادیر جدید صدا می‌زنیم.

3. قسمت سوم بخشی از تابع است که در آن خود تابع را با مقادیر جدید صدا می‌زنیم.

برای درک بهتر این موضوع، یم مثال از دنیای واقعی میزنیم. فرض کنید، می‌خواهیم الگوریتمی برای رسیدن به منزل ارائه دهیم:

قسمت پایه این الگوریتم را بدین صورت بیان می‌کنیم که، اگر در خانه هستیم کاری انجام نمی‌دهیم. قسمت دوم این الگوریتم شامل شکستن مسأله است. این کار را به این صورت انجام می‌گیرد که یک قدم به سمت خانه حرکت می‌کنیم. در این صورت فاصله ما با خانه کم شده و مسأله به یک مسأله‌ی مشابه با اندازه کوچکتر تبدیل می‌شود. بخش سوم هم صدا زدن تابع بازگشت به خانه با مقدار کوچک‌تر و جدید است.

• الگوریتم‌های تقسیم و غلبه

روش این الگوریتم یک روش بالا به پایین است که حل یک مسئله با تقسیم آن به زیر مسئله‌های کوچک‌تر و با حل زیر مسئله‌های کوچک‌تر و ترکیبشان، جواب مسئله بزرگتر را به دست می‌آوریم که اصولا این روش به یک الگوریتم بازگشتی تقسیم می‌شود.

کلام آخر:

حالا می‌دانیم الگوریتم برنامه نویسی چیست و پرکاربردترین آنها کدام هستند. فلوچارت‌ها و الگوریتم‌ها از جمله پیش‌نیازهای یادگیری برنامه‌نویسی هستند. الگوریتم‌های کاربردی زیادی وجود دارند که ما به ‌طور خلاصه به معرفی تعدادی از آن‌ها پرداختیم. تسلط بر الگوریتم‌ها برای برنامه‌نویسان و به ‌ویژه بخش بک-اند کارها اهمیت زیادی دارد چرا که می‌تواند نقطه قوتی برای استخدام در شرکت‌های معتبر باشد.

راستی نکته دیگری که برای نوشتن الگوریتم‌ها باید خدمتتان عرض کنیم این است که مراحل را به ترتیب و پشت سرهم بنویسید که قرار است چه کارهایی انجام شود. یعنی فکر کنید که کامپیوتر یک بچه است که باید کوچکترین چیزها را برایش توضیح دهید و هنگام استفاده از عملگرهای ریاضی حق تقدم آنها را رعایت کنید. 

امیدواریم که مطلب مورد پسندتان قرار گرفته باشد و نظرات خود را حتما با ما به اشتراک بگذارید و اگر شما هم الگوریتم دیگری می‌شناسید در قسمت کامنت‌ها برای ما بنویسید.

حالا نوبت میرسد به شگفتانه‌ای که برای شما عزیزان درنظر گرفتیم؛ آن هم چیزی نیست جز دوره آموزش الگوریتم و حل مسئله سایت درسمن که به صورت رایگان در اختیار شما قرار گرفته است.