ما هي الخوارزميات وما هي أنواعها؟ سؤال يريد معرفته الكثير من الأشخاص خاصةً غير المتخصصين في المجالات التقنية، مع التطور التكنولوجي الذي شهده العالم في هذا العصر أصبح هناك العديد من المجالات المعقدة التي تحتاج إلى حلول كثيرة حتى يتم حل مشكلاتها بسرعة فائقة كما إن هناك بعض المهام أيضًا التي تحتاج إلى تقنية كبيرة حتى يتم أدائها على أكمل وجه، هنا يأتي دور الخوارزميات التي نوافيكم بكافة تفاصيلها في هذا الموضوع.
ما هي الخوارزميات وما هي أنوعها
كثير منا يستمع على مصطلح الخوارزميات ولا نعرف ما معناها حيث إن الخوارزميات هي خطوات رياضية يتم اتباعها من أجل حل مشكلة ما في الحاسوب على وجه التحديد أو يمكن استخدام الخوارزميات في أداء مهمة معينة مع العلم أن العلوم جميعها تحتوي على خوارزميات أي إنها ليست مقتصرة على علم الرياضيات فقط.
منطقيًا لا نستطيع معرفة الوقت الذي تأخذه خوارزمية ما حتى تكتمل أو تنتهي من أداء مهمة معينة كما إن البعد المادي أيضًا لا نستطيع التحديد على أساسه فإن الخوارزميات بشكل عام لا يمكن أن نضع تعريف بعينه يشمل كافة الأعمال التي تعملها الخوارزميات.
ظهور أنواع الخوارزميات منذ القدم
ظهر أسلوب الخوارزميات منذ قديم الزمان حيث ظهرت بالتحديد في القرن التاسع الميلادي، والذي اخترعها هو محمد بن موسي الخوارزمي لذلك سميت على اسمه، تختلف صعوبة الخوارزميات في حل المشكلات وفق الطريقة المستخدمة في أداء المهام أو حل المشكلة.
إن كل مجال من المجالات العلمية يحتوي على أقسام معينة، وفي كل قسم منهم يوجد فيه مجموعة عديدة من المشكلات تحتاج إلى أنواع معينة من الخوارزميات حتى يمكن حلها، ولكن هناك بعض الخوارزميات الأساسية التي يشتق منها بعض الخوارزميات الأخرى، والتي نوضح لكم أنواعها في الآتي:
- الخوارزمية العشوائية Randomized algorithm.
- هجوم القوة العمياء Brute Force Attack.
- خوارزميات الجشع Greedy.
- فرق تسد Divide-and-conquer.
- الخوارزميات التراجعية Backtracking.
- العودية البسيطة Simple Recursive.
- خوارزميات البرمجة الديناميكية Dynamic Programming.
ما هي الخوارزميات في علم الحاسوب؟
استكمالًا لموضوع ما هي الخوارزميات وما هي أنواعها فإن الحاسب الألى يتبع مجموعة من التعليمات تسمى المدخلات فعندما يتم حل المشكلة المراد توجيه المدخلات إليها تسمى حينها بالمخرجات، فعلى سبيل المثال يمكن معرفة نوع الرقم إذا كان زوجي أم فردي بكل سهولة من خلال استخدام الخوارزميات.
من جهة أخرى يمكن استخدام الخوارزميات ولكن بطريقة صعبة قليلًا عند معرفة مسافة معينة للذهاب إلى بلدة ما يمكن الوصول إليها بأكثر من طريقة.
أبرز طرق كتابة الخوارزميات
من الطرق المنطقية التي يتم كتابة الخوارزميات بها هي طريقة الكود المزيف التي تعطي الأوامر على الفور لحل مشكلة ما، فمثلًا يمكن معرفة نوع العدد زوجي أم فردي من على الحاسب الآلي باتباع الخطوات الآتية:
- اكتب العدد الذي ترغب فيه.
- العدد الذي أدخلته يجب قسمته على رقم 2.
- في حال كان الناتج لا يحتوي على باقي فإن العدد يكون زوجي، إذا كان هناك باقي فإن العدد فردي.
حيث يجدر الإشارة إلى أن هناك بعض الطرق الأخرى التي يمكن استخدام الخوارزميات بها، ولعل من أهم هذه الطرق هي مخططات التدفق، وفيها يتم معرفة طريق الخوارزمية التي تسير عليه حتى نهايتها بالإضافة إلى معرفة القرارات التي يجب اتخاذها لحل المشكلة أو لأداء المهمة، كما إن مخطط التدفق ما هو إلا أشكال هندسية، كل شكل منها له معنى معني داخل الخوارزمية.
استخدامات الخوارزميات في العمل
في إطار التعرف على ما هي الخوارزميات وما هي أنواعها فإن هناك استخدامات عدة للخوارزميات في العمل نظرًا لأن العالم قد تطور وأصبح يمتلك العديد من المجالات والتقنيات المعقدة التي تحتاج إلى وقت ومجهود كبير حتى نصل إلى الحل المطلوب.
نستخدم الخوارزميات عندما نريد تنظيم السير في الطرقات، وعندما نريد معرفة نوع الجينيوم البشري، وأيضًا عند معرفة الأشخاص الموجودين على منصات التواصل الاجتماعي وفرزهم بالوقت والموقع وكل ذلك يحتاج بالطبع إلى الخوارزميات التي تحلل تلك البيانات وتعمل على حلها بطريقة سريعة.
مع العلم أن الحواسيب التقليدية لا تستطيع حل هذه المشكلات مهما بلغت سرعتها، لذلك فإن التركيز على كفاءة الخوارزمية عند إنشائها هو من أهم الأمور التي تعالج البيانات وتتعامل معها بكل سهولة كما إنها تنتج لنا النتائج المطلوبة.
ما هي التراكيب الأساسية في الخوارزميات
لقد تطرقنا إلى معرفة ما هي الخوارزميات وما هي أنواعها سوف نتطرق الآن إلى معرفة التراكيب الأساسية التي تحتوي عليها الخوارزمية من أجل حل المشكلات بسرعة فائقة، حيث إن الخوارزمية تتكون من تراكيب ثلاثة ليس أكثر كما اتضح للعلماء إنها لا تحتاج إلى أكثر من تلك التراكيب لأنها تقوم بالمهام المطلوبة، هذه التراكيب يمكن شرحها في الآتي:
- التسلسل: هي عدة معلومات متتالية قد تكون بسيطة في بعض الأحيان، ولكن في أحيان أخرى قد تكون معقدة.
- اتخاذ الاختيار: في بعض الأحيان لا يمكن حل مشكلة ما أو الوصول إلى نتيجة مطلوبة بواسطة التعليمات البسيطة، فنحتاج حينها إلى الاختبار الذي يُجرى على بعض الشروط الموضوعة حتى نحصل على نتيجة معينة، فإذا كانت هذه النتيجة صحيحة فإن التعليمات تكون متسلسلة، على عكس النتيجة إذا كانت غير صحيحة فإنها لا تلجأ إلى التعليمات وتتجه إلى طريقة أخرى.
- التكرار: قد تحتاج إلى تكرار التعليمات عدة مرات متتالية حتى تحصل على النتيجة المطلوبة، ولكن هذا الأمر ليس في كل الحالات.
كيف يمكن التعبير عن الخوارزميات
لقد ذكرنا في الأعلى ما هي الخوارزميات وما هي أنواعها سوف نذكر الآن كيفية التعبير عن الخوارزميات حيث يمكننا التعبير عنها بواسطة الرموز مثلما في الآتي:
- اللغات الطبيعية.
- المخططات الانسيابية.
- الشفرة الزائفة.
- لغات البرمجة.
- جداول التحكم.
- مخططات دراكون.
إن التعبير عن الخوارزميات باللغات الطبيعية لا تستخدم في الخوارزميات المعقدة أو التي تحتاج إلى تقنيات في حلها نظرًا لأنها مطولة كما إن الشفرة الزائفة ومخططات دراكون وجداول التحكم والمخططات الانسيابية جميعها لا تحتاج إلى الغموض عند استخدامها، أما بالنسبة للغة البرمجة فإن الخوارزمية فيها تكون على شكل برمجي تستخدم على جهاز الحاسوب.
ما هي طرق التعبير عن الخوارزمية؟
بعدما تعرفنا على ما هي الخوارزميات وما هي أنواعها فسوف نتعرف الآن على الطرق التي يمكننا التعبير بها عن أنواع الخوارزميات، وفيما يلي توضيح هذه الطرق:
- الخرائط الانسيابية
يتم تحديد بعض الأشكال التي تسير عليها الخوارزمية حتى تتبع خطوات محددة منذ بدايتها وإلى نهايتها، ويجب العلم هنا أن الخرائط الانسيابية محددة على صنف واحد في أساليب البرمجة وهي البرمجة الطلبية.
- الشفرة الكاذبة
هي شفرة يتم إدخالها على الحاسوب ولا يستطيع فهمها نظرًا لأنها لغة طبيعية وليست برمجية حيث إنها قد تكون مكتوبة باللغة العربية أو الفرنسية أو حتى الإنجليزية، فمن المهم أنها تكون لغة يفهمها البشر خالية من التعقيد مع العلم إنها تكتب بنفس لغة البرمجة.
إن الخوارزميات من الأمور التقنية التي لا يمكن الاستغناء عنها في عصرنا هذا حيث إنها أنجزت العديد من المهام المعقدة والبسيطة في أسرع وقت.