خوارزميات التعلم خطوة بخطوة هي نهج يهدف إلى حل المشكلات من خلال سلسلة من التعليمات المتسلسلة لمعالجات الكمبيوتر، ويهدف أيضًا إلى إنتاج النتائج باستخدام بيانات الإدخال الأولية.
ما هي الخوارزميات؟
- سُمي الخوارزمي على اسم محمد بن موسى الخوارزمي الذي طور علم الجبر وأطلق عليه هذا الاسم، ثم نُقل هذا العلم إلى جميع البلدان وترجم إلى لغات أخرى كثيرة.
- كانت كلمة “الخوارزمية” متداولة في الدول الغربية حتى أصبحت مصطلحًا جديدًا للبرمجة، وهناك كلمات أخرى تشير إلى بعض الخوارزميات، مثل المصطلحات الإجرائية، والتكنولوجيا، والمنهجية.
- عندما ينتج خبير برمجة برنامجًا معينًا، فإن أول شيء يفكر فيه، بعد الفهم والدراسة المناسبين، هو تطوير استراتيجيات الحلول ثم ترجمتها إلى لغة يمكن أن يفهمها الكمبيوتر. تسمى هذه الاستراتيجيات الخوارزميات.
- تُستخدم الخوارزميات في معالجة البيانات والعمليات الحسابية والعديد من المجالات الأخرى، وهي عمليات محددة ومعروفة لأداء مهمة محددة.
- الخوارزمية هي قائمة دقيقة لخطوات الدقائق، لذلك يجب ترتيب التعليمات بشكل صحيح وسردها من أعلى إلى أسفل، وهذا ضروري لنا لتنفيذ الخوارزمية.
انظر أيضًا: مسح الوظائف الأسية
أنواع الخوارزميات
- يمكن تصنيف الخوارزميات وفقًا للوظيفة التي تؤديها، على سبيل المثال، خوارزميات البحث، حيث تهدف إلى البحث عن عنصر معين في مجموعة من عناصر البيانات.
1- خوارزميات الفرز
تقوم هذه الخوارزمية بفرز مجموعة من العناصر في البيانات، ويكون الترتيب تسلسليًا، ويجب أن يعتمد على عناصر معينة من العناصر.
2- الخوارزميات المتسلسلة
يمكن تنفيذه عندما يتم ترتيب مجموعة من التعليمات وترتيبها، ويمكن للخوارزميات المتوازية تنفيذ أكثر من جزء في وقت واحد، وهذا يحدث على معالجات متعددة.
3- خوارزميات الانحدار
يتم استخدامه لإيجاد حل من مجموعة التجارب، لأن هذه التجارب تمثل فروعًا، وعندما لا يتم العثور على حل، نعود ونختار مسارًا مختلفًا حتى نجد المسار الصحيح.
4- الخوارزميات العودية
أحد استخدامات تعليمات الخوارزمية هذه هو تسمية الخوارزمية نفسها، وهناك أنواع أخرى من الخوارزميات.
خصائص الخوارزميات
- الخوارزميات هي مجموعة من التعليمات والقواعد الدقيقة التي يفهمها الجميع والتي يتم تطبيقها على مجموعة من البيانات المتغيرة حتى يتم الوصول إلى النتيجة.
- يجب أن يكون وقت التنفيذ قليلًا جدًا حتى يكون فعالًا، ويجب أن يحتوي على مجموعة محدودة من المعلومات، ويجب أن يكتمل بعد عدد محدود من التعليمات، ويجب أن يعرف نطاق متغيرات الإدخال.
- يجب أن يكون الشخص قادرًا على أداء جميع الإجراءات في وقت معين باستخدام قدرات اليد، وليس من جهاز كمبيوتر، ويجب أن يكون هناك مخرج واحد على الأقل.
ثلاث مجموعات من الخوارزمية
كانت الخوارزمية تقتصر في الأصل على ثلاثة هياكل، ويساعد فهم واستخدام هذه الهياكل على فهم الخوارزمية بطريقة سهلة واكتشاف الأخطاء الموجودة وتغييرها وهي:
1- التسلسل
يجب أن تكون الخوارزمية عبارة عن مجموعة من التعليمات والقواعد المتسلسلة، ويجب أن تكون هذه التعليمات بسيطة أو تنتمي إلى أحد النوعين الآخرين.
2 – الاختيار
- هناك مشاكل لا يمكن حلها بتسلسل بسيط من التعليمات، لذلك تحتاج إلى تغيير بعض الشروط واختبار نتيجتها. إذا كانت نتيجة هذا الاختبار صحيحة، فاتبع التعليمات.
- عندما تكون التعليمات خاطئة، يجب أن تجرب نتائج أخرى أو تتبع مسارًا مختلفًا للتعليمات، وتسمى هذه الطريقة الاختيار أو اتخاذ القرار.
3- الهيكل الثالث هو التكرار
- هذا البناء، الذي يوجد عند حل بعض المشكلات حيث تكتب المزيد من الخطوات المتسلسلة، يسمى التكرار، وليس هناك حاجة لاستخدام بنيات أخرى.
الطريقة الصحيحة لتعلم الخوارزميات
- في بداية تعلم الخوارزميات، تحتاج إلى العثور على دفتر ملاحظات لتدوينها، لأنك تحتاج أولاً إلى تحليل البرنامج على الورق، ثم كتابته على الكمبيوتر للتأكد من صحة التحليل.
- يساعدك أيضًا التحليل الذي تم إجراؤه على الورق أولاً على معرفة المزيد والكتابة على الورق قبل كتابة الكود، لذا عليك أولاً كتابة الكود عدة مرات.
- يجب عليك أيضًا محاولة تغيير الكود ومعالجته وتجربته على الكمبيوتر حتى تتمكن من فهم أهمية كل سطر من التعليمات البرمجية وسيساعدك على تطوير مهاراتك وتحليلك بشكل أسرع وأسرع.
- يجب فهم المشكلة وتحليلها بشكل صحيح من خلال معرفة المدخلات المراد معالجتها والمخرجات التي سيتم الحصول عليها، ثم صياغة المعلومات بوضوح واستخدام العمليات الرياضية المناسبة.
- يجب أن تتصور حلاً شاملاً للمشكلة، ثم تقسيم هذا الحل إلى وظائف رئيسية وإعادة صياغة كل وظيفة كمشكلة جديدة يتعين حلها. تتكون هذه المهمة من عدة خطوات.
- يجب الحرص دائمًا على استخدام الإرشادات الأساسية عند الضرورة، ثم تتكرر هذه العملية حتى نصل إلى العمليات التي يمكن التعبير عنها باستخدام طرق بسيطة.
- عندما نصل إلى المستويات الأخيرة، تكون الخوارزمية كاملة ومكتوبة بلغة الخوارزمية وباستخدام هذه الخوارزمية يمكننا الترميز باللغة المناسبة مثل Java و pascal و c ++.
أنظر أيضا: أفضل المهن الهندسية في المستقبل
التعبير عن الخوارزمية والتمثيل
- يمكننا التعبير عن الخوارزميات في أنواع مختلفة من الترميز بالإضافة إلى جداول التحكم التي يمكن تطويرها باستخدام المترجمين الفوريين والأكواد الكاذبة ولغات البرمجة وما إلى ذلك.
- يتم تمثيل الخوارزمية أيضًا بمخططات توضح خطوات حل المشكلة من البداية إلى النهاية وإخفاء التفاصيل وإعطاء الصورة العامة للحل.
- يتم تصنيف المخططات الانسيابية إلى أربع فئات، وهي مخططات انسيابية متسلسلة ومخططات انسيابية متفرعة ومخططات انسيابية متكررة ومخططات اختيار.
- يمكن أيضًا تمثيل الخوارزمية في metacode، حيث يتم وصف الخوارزمية بلغات بشرية مشابهة للغات البرمجة، ولا توجد قواعد خاصة لهذا النوع من التمثيل.
الطريقة النصية للتعبير عن الخوارزمية
- يعتبر استخدام لغة برمجة من أفضل الطرق للتعبير عن الخوارزمية، حيث تحتوي هذه اللغات على أشكال نحوية محددة تمنع أي لبس عند التعبير عنها بلغات مشتركة.
- إن استخدام طرق منظمة للتعبير عن الخوارزمية يمنح المستخدم حرية التعبير ويستمر في نقل الحل إلى لغة برمجة يمكن للكمبيوتر فهمها بسهولة، ويسمى هذا التعبير لغة خوارزمية.
- توجد عدة عناصر في لغة خوارزمية، بما في ذلك المتغير، وهو عنصر يتم معالجته وتتغير قيمته، وهو ثابت، وعنصر لا تتغير قيمته، وصيغة، وهي متغيرات. والثوابت والعمليات الحسابية.
- يمكن أيضًا التعبير عن مسار الحل من حيث تعليمات القراءة، والتي يتم من خلالها قراءة قيمة الإدخال لوضعها في الذاكرة، وتعليمات الكتابة، حيث تتم كتابة القيم إلى وحدات الإخراج أو الشاشة.
- وصحيح استخدام تعليمة المسند التي ترجع القيم أو النتائج إلى الذاكرة، وتعليمات التكرار التي تستخدم لتكرار التعليمات التي تتطابق مع شرط معين أو الشكل المنطقي للشرط.
- تأتي العبارة الشرطية في شكلين، إما التنفيذ الشرطي أو التحيز الشرطي الاختياري، والذي يسمح لك باختيار إحدى طريقتين للتنفيذ، ويخضع هذا الاختيار لشرط معين.
طريقة رسومية للتعبير عن الخوارزمية
- تعتمد هذه الطريقة على توضيح الخطوات اللازمة لتنفيذ الخوارزمية باستخدام الأشكال الهندسية، واستخدام ما لديك من مدخلات، بالإضافة إلى التعبيرات والتعبيرات الرياضية في اللغة الطبيعية.
- بعد ذلك، بناءً على هذه الخطوات، يتم إنشاء ما يسمى بالمخطط الانسيابي، كما نلاحظ أن الأسهم تفصل بين العمليات الضرورية لإكمال العمل وتوضيح تسلسلها.
- يستخدم مخطط التسلسل الأشكال الهندسية المتفق عليها، ويتم تعيين كل شكل لعملية معينة، مع استخدام شكل بيضاوي لتمييز بداية الخوارزمية ونهايتها.
- بينما يتم استخدام المستطيل لأداء عمليات التشغيل العادية، يتم استخدام شكل الماس للعمليات التي تتطلب قرارات منطقية بالإضافة إلى اختيار الوفاء بشرط معين.
راجع أيضًا: الخوارزمية وحوسبة معلومات الجهاز
في نهاية رحلتنا خطوة بخطوة لتعلم الخوارزميات، من الضروري تعلم الخوارزميات حتى نتمكن من إيجاد حل لمشكلة معينة في الكمبيوتر، لأن الخوارزمية يمكن أن تشمل جميع برامج الكمبيوتر، وكذلك البرامج التي لا تستخدم العمليات الحسابية ؛