تعريف الخوارزمية وكيف تعمل؟ الخوارزميات هي مفهوم واسع جدًا يتضمن عدة جوانب. هناك خوارزميات رياضية وهناك برمجة خوارزمية حاسوبية. بشكل عام، يشير مصطلح الخوارزمية إلى مجموعة من العمليات التي تحدث بترتيب معين. أدناه سيتم تعريف الخوارزمية وسيتم شرح كيفية عملها.
تعريف الخوارزمية
الخوارزمية هي مجموعة من الإجراءات المنهجية التي لها عدد محدود من الخطوات، وهي تشكل الإجابة على سؤال، أو حل مشكلة، أو تنفيذ مهمة. اسم الخوارزمية مشتق من الترجمة اللاتينية لعالم الرياضيات المسلم الخوارزمي في القرن التاسع عشر، “محمد بن موسى الخوارزمي”، الذي كان جزءًا من البلاط الملكي في بغداد. الخوارزمية هي إجراء أو صيغة أو طريقة لحل مشكلة ما، بناءً على تنفيذ سلسلة من الإجراءات المحددة. في الرياضيات وعلوم الكمبيوتر، تعني الخوارزمية عادةً إجراءً صغيرًا يحل مشكلة متكررة.[1][2]
أنظر أيضا:
تعريف الخوارزمية في علوم الكمبيوتر
في علوم الكمبيوتر، الخوارزمية هي سلسلة من التعليمات التي تخبر الكمبيوتر بكيفية تحويل مجموعة من الحقائق أو البيانات الأولية إلى معلومات مفيدة للمستخدم. المعلومات المفيدة هي المعلومات المعرفية المفيدة للإنسان، أو تعليمات للآلات، أو مدخلات إلى خوارزميات أخرى. هناك العديد من الأمثلة الشائعة للخوارزميات، بدءًا من ترتيب مجموعات من الأرقام بترتيب تصاعدي أو تنازلي، وحتى العثور على أقصر المسارات على الخرائط، حتى يتم عرضها من المعلومات الهامة التي تظهر على الشاشة، لأن الخوارزميات تساعد على إدارة خطوات البرمجة للحصول على مخرجات عادية، والخوارزميات المصممة مستقلة عن اللغة، أي أنها مجرد تعليمات بسيطة يمكن تنفيذها بأي لغة، وستكون النتيجة نفس الشيء مهما اختلفت أساليب الكتابة.[3]تُستخدم الخوارزميات على نطاق واسع في جميع مجالات تكنولوجيا المعلومات، حيث تأخذ خوارزمية محرك البحث الكلمات الرئيسية، وتبحث في قاعدة البيانات المرتبطة عن مواقع الويب التي تحتوي على نفس الكلمة وترجع النتائج.[2]تقوم خوارزمية التشفير أيضًا بتحويل البيانات وفقًا لإجراءات محددة إلى بيانات غامضة لا معنى لها لحمايتها. تستخدم خوارزمية التشفير مفتاحًا سريًا مثل خوارزمية تشفير البيانات (DES)، والتي تستخدم نفس المفتاح لتشفير البيانات وفك تشفيرها. باستخدام خوارزمية تشفير مناسبة، لا أحد يعرف أن المفتاح السري للتشفير يمكنه فك تشفير البيانات والحصول على البيانات الأصلية.[2]
أنظر أيضا:
كيف تعمل الخوارزمية
تعمل جميع الخوارزميات في العالم بنفس الطريقة التسلسلية. يمكن تبسيط عمل الخوارزمية من خلال الخطوات التالية:
- إدخال المدخلات: إلى الخوارزمية. المدخلات هي مجموعة من الحقائق والأرقام والبيانات، وذلك باستخدام مجموعة من الأجهزة التي تساعد في الإدخال.
- التنفيذ: تتم في هذا الجزء معالجة البيانات السابقة وفق سلسلة من الخطوات المحددة لتنفيذ المهمة.
- نتائج المخرجات: هي البيانات التي تمت معالجتها وأصبحت معلومات يمكن للمستخدم الاستفادة منها.
مثال على تنفيذ الخوارزمية
على سبيل المثال، إذا طلب من المصمم تنفيذ خوارزمية لجهاز يحدد الظروف الجوية في منطقة ما في الشتاء، من إحدى الحالات التالية: بارد، معتدل، دافئ، بناء على درجة حرارة الهواء المأخوذة، فإن عمل ذلك ستكون الخوارزمية كما يلي:
- أدخل درجة الحرارة باستخدام مقياس حرارة مرتبط بالجهاز المطلوب لنفترض أن درجة الحرارة المقاسة هي 17 درجة مئوية.
- التنفيذ: في هذا الجزء يتم اختبار درجة الحرارة حسب المعايير فإذا كانت درجة الحرارة أقل من 10 درجات يقال أنها باردة وإذا كانت درجة الحرارة أكبر من عشر درجات وأقل من عشرين درجة يقال أنها معتدلة. إذا كانت درجة الحرارة أكثر من 20 درجة، فيقال أنها باردة. الطقس حار.
- الإخراج هو الظروف الجوية. وستكون النتيجة هنا طقسًا معتدلًا وفقًا للخوارزمية السابقة.
أنظر أيضا:
أنواع الخوارزميات
هناك عدة أنواع من الخوارزميات التي تختلف في طريقة عملها، وهي سبعة أنواع رئيسية:[4]
خوارزمية قوة الهجوم
تقوم هذه الخوارزمية بتجريب جميع الحالات حتى يتم العثور على النتيجة الصحيحة. هذا هو النوع الأساسي والأقل تعقيدًا من الخوارزمية. يتم استخدام هذا النوع من الخوارزميات لتحديد الحل المثالي أو الأفضل لأنه يقوم بفحص جميع الحلول الممكنة.
خوارزمية العودية
يعتمد هذا النوع من الخوارزميات على التكرار، حيث يتم فهم المشكلة من خلال تقسيمها إلى مشاكل فرعية من نفس النوع وحلها بشكل متكرر حتى يتم حل المشكلة باستخدام شرط أساسي.
خوارزمية البرمجة الديناميكية
ويسمى هذا النوع من الخوارزميات أيضًا بتقنية التخزين حيث يتم تخزين النتيجة المحددة مؤخرًا لمحاولة عدم اكتشافها مرة أخرى لتوفير وقت التنفيذ. في البرمجة الديناميكية، يتم تقسيم المشكلة التي لا يمكن التنبؤ بحلها إلى مشاكل فرعية أكثر قابلية للإدارة. يتذكر هذا النوع من الخوارزمية النتيجة السابقة ويستخدمها 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، القسم الثاني هو التعامل مع المشكلة الأكثر قابلية للإدارة بشكل مستقل ثم تعيين النتيجة المشتركة إضافة إلى الحصول على الحل للمشكلة.
خوارزمية الجشع
وفي هذا النوع يتم الحل جزءاً جزءاً، حيث تتحقق النتيجة للانتقال إلى المراحل التالية على أساس أنها تقدم المساعدة في اتخاذ القرار الصحيح، ولا تأخذ في الاعتبار الافتراضات التي تم وضعها أثناء الحل.
خوارزمية متخلفة
في هذا النوع من الخوارزميات يتم حل المشكلة بشكل ثابت وخلفي، من نقطة يسهل العثور على الحل فيها ويتم حل باقي الأجزاء اعتمادا على ذلك الجزء.
خوارزمية عشوائية
في هذا النوع من الخوارزميات، يتم أخذ رقم عشوائي لاتخاذ القرار مرة واحدة على الأقل أثناء العمليات الحسابية.
أنظر أيضا:
وفي نهاية المقال تمت الإجابة على سؤال تعريف الخوارزمية وكيفية عملها. كما تم تعريف مفهوم الخوارزمية بشكل عام وفي علوم الحاسوب والبرمجة. لقد تبين أن الخوارزمية عبارة عن سلسلة من الخطوات المكتوبة لحل مشكلة معينة. كما تم ذكر طريقة عمل الخوارزمية ومثال عليها.