כמעט כל דבר בעולם שלנו כפוף לאיזה סוגחוקים ותקנות. המדע המודרני אינו עומד בשקט, בזכותו האנושות מכירה הרבה נוסחאות ואלגוריתמים שבעקבותיהם ניתן לחשב ולייצר המון פעולות ומבנים שנוצרו על ידי הטבע, ולהגשים את הרעיונות שהמציא האדם.
במאמר זה ננתח את המושגים הבסיסיים של האלגוריתם.
אלגוריתם - מושג שהופיע במאה ה- XII.המלה "אלגוריתם" עצמה באה מהפרשנות הלטינית לשמו של המתמטיקאי המפורסם של המזרח התיכון, מוחמד אל חורזמי, שכתב את הספר "על חשבון ההודי". ספר זה מתאר כיצד לכתוב מספרים טבעיים בצורה נכונה באמצעות מספרים בערבית, ומתאר את אלגוריתם הפעולות של עמודה מעל מספרים כאלה.
במאה ה- XII תורגם הספר "על החשבון ההודי" ללטינית, ואז הופיעה הגדרה זו.
יצירת אלגוריתם דורשת יצירתיותלכן, רק יצור חי יכול ליצור רשימה חדשה של פעולות רצף. אך לצורך ביצוע הוראות קיימות, אין צורך בדמיון, אפילו ציוד חסר נפש יתמודד עם זה.
דוגמה מצוינת לביצוע המדויק של הוראות נתון היא מיקרוגל ריקה, שממשיך לעבוד, למרות המחסור במזון בתוכו.
נושא או חפץ שאינם נחוצים אליוכדי להגיע לליבת האלגוריתם נקרא מבצע רשמי. אדם יכול גם להפוך למוציא לפועל רשמי, עם זאת, במקרה של חוסר רווחיות של פעולה כזו או אחרת, מבקר חושב יכול לעשות הכל בדרכו שלו. לכן, הביצועים העיקריים הם מחשבים, תנורי מיקרוגל, טלפונים וציוד אחר. החשיבות הגדולה ביותר היא למושג האלגוריתם במדעי המחשב. כל אלגוריתם מורכב עם ציפייה לנושא ספציפי, תוך התחשבות בפעולות המותרות. אותם חפצים עליהם יכול הנושא להחיל את ההוראות מרכיבים את סביבת הביצוע.
כמעט כל דבר בעולם שלנו כפוף לאיזה סוגחוקים ותקנות. המדע המודרני אינו עומד בשקט, בזכותו האנושות מכירה המון נוסחאות ואלגוריתמים שבעקבותיהם ניתן לחשב ולשחזר רבים מהפעולות ויצירות הטבע ולהביא לחיים את הרעיונות שהמציא האדם. במאמר זה ננתח את המושגים הבסיסיים של האלגוריתם.
רוב הפעולות בהן אנו מבצעיםבמהלך חייהם, דורשים עמידה במספר חוקים. האיכות והתוצאה של מילוי המשימות שהוטלו עליה תלויות עד כמה נכון יש לאדם מושג מה, איך ובאיזו רצף עליו לבצע. מאז ילדותם מנסים הורים לפתח אצל ילדם אלגוריתם לפעולות בסיסיות, למשל: להתעורר, להכין מיטה, לשטוף ולצחצח שיניים, לעשות תרגילים, לאכול ארוחת בוקר וכו ', הרשימה שאדם עשה כל חייו בבוקר יכולה להיחשב גם כסוג של אלגוריתם.
אלגוריתם הוא מושג המציין מבחר הוראות שאדם צריך לבצע כדי לפתור בעיה ספציפית.
באופן כללי, לאלגוריתם יש הגדרות רבות: כמה מדענים מאפיינים אותו באופן שונה.
אם האלגוריתם שמשמש אדם על בסיס יומי,לכל אחד מהם יש את שלו, והוא יכול להשתנות בהתאם לגיל ולמצבים בהם המבצע מוצא את עצמו, מערכת הפעולות שיש לבצע כדי לפתור בעיה מתמטית או להשתמש בטכניקה זהה לכולם ותמיד נותרת ללא שינוי.
יש מושג אחר של אלגוריתם, גם סוגי האלגוריתמים משתנים - למשל לאדם שרודף מטרה, ולטכנולוגיה.
בעידן טכנולוגיית המידע שלנו, אנשיםלבצע מדי יום קבוצה של הוראות שנוצרו לפיהם על ידי אנשים אחרים, מכיוון שהטכניקה מחייבת שימוש בביצוע מדויק של מספר פעולות. לכן המשימה העיקרית של מורים בבתי ספר היא ללמד ילדים להשתמש באלגוריתמים, לתפוס במהירות ולשנות כללים קיימים בהתאם למצב הקיים. מבנה האלגוריתם הוא אחד מאותם מושגים שנלמדים בשיעור מתמטיקה ומדעי המחשב בכל בית ספר.
1. דיסקרטיות (רצף פעולות אינדיבידואליות) - יש להציג כל אלגוריתם בצורה של סדרה של פעולות פשוטות שכל אחת מהן צריכה להתחיל לאחר השלמת הקודם.
2. הגדרות - כל פעולה באלגוריתם צריכה להיות כל כך פשוטה ומובנת, כי אין למבצע אין שאלות ואין חופש פעולה.
3. יעילות - תיאור האלגוריתם צריך להיות ברור ומלא, כך שלאחר השלמת כל ההוראות המשימה מגיעה לסוף הגיוני.
4.מסה - האלגוריתם צריך להיות מיושם על מעמד שלם של בעיות שניתן לפתור רק על ידי שינוי המספרים באלגוריתם. אמנם קיימת דעה כי הפסקה האחרונה אינה חלה על אלגוריתמים, אלא על כל השיטות המתמטיות בכלל.
לעתים קרובות בבתי ספר כדי לתת לילדים הבנה טובה יותרתיאור האלגוריתמים שמורים נותנים כדוגמה לבישול על פי ספר הבישול, הכנת תרופות מרשם או תהליך ייצור סבון על בסיס כיתת אמן. עם זאת, בהתחשב במאפיין השני של האלגוריתם, הקובע כי כל נקודה באלגוריתם חייבת להיות כה מובנת עד כי כל אדם ואף המכונה יכולה לבצע אותה, אנו יכולים להסיק כי כל תהליך הדורש ביטוי של דמיון כלשהו לפחות הוא אלגוריתם לא ניתן לקרוא. ובישול ועבודות רקמה דורשים מיומנויות מסוימות ודמיון מפותח.
ישנם סוגים שונים של אלגוריתמים, אך ישנם שלושה כאלה עיקריים.
בסוג זה, כמה פריטים חוזרים על עצמם מספר פעמים. רשימת הפעולות שיש לחזור על מנת להשיג את המטרה נקראת גוף האלגוריתם.
איטרציה של מחזור היא ביצוע כל הפריטים הכלולים בגוף המחזור.
חלקי לולאה שמבוצעים באופן רציף מספר מסוים של פעמים נקראים לולאה עם מספר קבוע של איטרציות.
אותם חלקים של המחזור שקצב החזרה שלהם תלוי במספר תנאים נקראים בלתי מוגדרים.
סוג הלולאה הפשוט ביותר הוא קבוע.
ישנם שני סוגים של אלגוריתמים מחזוריים:
מחזור מוקדם. במקרה זה, גוף הלולאה בודק את מצבו לפני ביצועו.
לולאה לאחר מצב. במחזור עם מצב תנאי, המצב נבדק לאחר סיום המחזור.
הוראות לתכניות כאלה מבוצעות פעם אחת בהרצף בו הם מוצגים. לדוגמא, תהליך הכנת מיטה או צחצוח שיניים יכול להיחשב כאלגוריתם ליניארי. לסוג זה מופיעות דוגמאות מתמטיות, בהן קיימות רק פעולות תוספת וחיסור.
בסוג הסתעפות, ישנן מספר אפשרויות לפעולה, אחת מהן תוחל, תלוי במצב.
דוגמא. שאלה: "יורד גשם?" אפשרויות תשובה: כן או לא. אם כן, פתחו את המטריה: אם לא, הכניסו את המטריה לתיק.
ניתן להשתמש באלגוריתם העזר באלגוריתמים אחרים, תוך ציון שמו בלבד.
מצב הוא בין המילים "אם" ו"אז ".
לדוגמה: אם אתה יודע אנגלית, לחץ על אחד. במשפט זה התנאי הוא חלק מהביטוי "האם אתה יודע אנגלית".
נתונים - מידע הנושא עומס סמנטי מסוים ומוצג בצורה כזו שניתן להעביר ולהשתמש באלגוריתם זה.
תהליך אלגוריתמי - פתרון בעיה באמצעות אלגוריתם באמצעות נתונים מסוימים.
האלגוריתם עשוי להיות בעל מבנה שונה.על מנת לתאר אלגוריתם שהמושג שלו תלוי במבנה שלו, תוכלו להשתמש במספר דרכים שונות, למשל: מילולית, גרפית, בשפה אלגוריתמית שתוכננה במיוחד.
באיזו שיטה תשתמש תלויה בכמה גורמים: במורכבות המשימה, בכמה פירוט דרוש תהליך פיתרון הבעיה וכו '.
אלגוריתם גרפי הוא מושג המרמז על פירוק הפעולות שצריך לבצע כדי לפתור משימה ספציפית, על פי צורות גיאומטריות מסוימות.
סכמות גרפיות לא מתוארות כאיומות. על מנת שכל אדם יבין אותם, השימוש בהם לרוב הוא דיאגרמות חסימות ותרשימים מבניים של נאסי שניידרמן.
בנוסף, תרשימי זרימה מתוארים בהתאם ל- GOST-19701-90 ו- GOST-19.003-80.
דמויות גרפיות המשמשות באלגוריתם מחולקות ל:
העיקריות. תמונות בסיסיות משמשות כדי לציין את הפעולות הדרושות לעיבוד נתונים בפתרון בעיה.
עזר. יש צורך בתמונות עזר בכדי לציין אלמנטים פרטניים, לא החשובים ביותר, לפיתרון לבעיה.
באלגוריתם גרפי, הצורות הגיאומטריות המשמשות לציון נתונים נקראות בלוקים.
כל הבלוקים עוברים מלמעלה למטהו- "משמאל לימין" הוא כיוון הזרימה הימני. ברצף הנכון, הקווים המחברים בין הבלוקים אינם מראים את הכיוון. במקרים אחרים כיוון הקווים מסומן על ידי חיצים.
לתכנית הנכונה של האלגוריתם לא אמור להיות יותר מיציאה אחת מגושי העיבוד ופחות משני פלטים מהבלוקים האחראים על פעולות לוגיות ואימות תנאים.
כיצד לבנות אלגוריתם?
מבנה האלגוריתם, כאמור לעיל, חייב להיבנות על פי GOST, אחרת הוא לא יהיה ברור ונגיש לאחרים.
נוהל ההקלטה הכללי כולל את הפריטים הבאים:
שם שבאמצעותו יהיה ברור איזו בעיה ניתן לפתור באמצעות סכמה זו.
לכל אלגוריתם צריך להיות התחלה וסוף ברור.
האלגוריתמים צריכים לתאר באופן ברור וברור את כל הנתונים, הן הקלט והפלט.
בעת עריכת האלגוריתם יש לציין את הפעולות אשר יאפשרו לכם לבצע את הפעולות הנחוצות לפתרון הבעיה בנתונים שנבחרו. צורה משוערת של האלגוריתם:
בנייה נכונה של המעגל תקל מאוד על חישוב האלגוריתמים.
סגלגל ממוקם אופקית הוא ההתחלה והסיום (סימן השלמה).
מלבן ממוקם אופקי הוא חישוב או פעולה אחרת (סימן תהליך).
מקביליות במיקום אופקי - קלט או פלט (סימן נתונים).
מעוין ממוקם אופקית הוא בדיקת מצב (סימן פיתרון).
משושה מוארך, אופקי - שינוי (סימן הכנה).
מודלים האלגוריתמים מוצגים להלן באיור.
גרסה נוסחאית-מילולית של האלגוריתם.
אלגוריתמים נוסחיים-מילוליים כתוביםבכל צורה שהיא, בשפה המקצועית של התחום אליו משתייכת המשימה. תיאור הפעולות בדרך זו מתבצע באמצעות מילים ונוסחאות.
בתחום המחשבים הכל בנוי על אלגוריתמים.ללא הוראות ברורות שהוזנו בצורה של קוד מיוחד, שום ציוד או תוכנית לא יעבדו. בשיעורי מדעי המחשב הם מנסים לתת לתלמידים את המושגים הבסיסיים של האלגוריתמים, ללמד אותם כיצד להשתמש בהם וליצור אותם באופן עצמאי.
יצירה ושימוש באלגוריתמים במדעי המחשב הם תהליך יצירתי יותר מאשר למשל ביצוע הוראות לפתרון בעיה במתמטיקה.
יש גם תוכנית מיוחדת"אלגוריתם", המסייע לאנשים שאינם בקיאים בתחום התכנות, ליצור תוכניות משלהם. משאב כזה יכול להפוך לעוזר חיוני למי שעושה את צעדיו הראשונים במדעי המחשב ורוצה ליצור משחקים משלו או כל תוכנה אחרת.
מצד שני, כל תוכנית היא אלגוריתם.אבל אם האלגוריתם מכיל רק את הפעולות שאתה צריך לבצע על ידי הכנסת הנתונים שלך, התוכנית כבר נושאת את הנתונים המוגמרים. הבדל נוסף הוא שתוכנית יכולה להיות מוגנת כפטנט ורכוש פרטי, אך האלגוריתם אינו עושה זאת. אלגוריתם הוא מושג רחב יותר מתוכנית.
במאמר זה בחנו את מושג האלגוריתם וסוגיו, למדנו כיצד לתעד נכון ערכות גרפיות.
