الگوریتم در برنامه نویسی چیست؟

آشنایی با الگوریتم ها و ساختار داده ها می تواند برای شما بسیار مفید باشد، در این مطلب قصد داریم توضیحاتی جالب درباره ساختارداده ها و الگوریتم ها بدهیم.

ممکن است شنیده باشید که توسعه دهندگان نیاز دارند که در زمینه الگوریتم مهارت داشته باشد. الگوریتم چیست؟ واین ساختارداده ها مهم هستند.

این دو کلمه چه معنایی می دهند؟ این دو مفهوم برای برنامه نویسی بسیار مهم و اساسی هستند که برنامه نویسان با تجربه گاهی اوقات بدون این که توجه کنند این کلمات ممکن است برای سایر افراد گیج کننده و نامفهوم باشد از آن استفاده می کنند.

از زمانی که Donald knuth کتاب مهارت های برنامه نویسی کامپیوتر را نوشت( که می توان این کتاب را به عنوان دایره المعارف الگوریتم ها و ساختار داده ها دانست)  این کلمه کلمه ای گیج کننده بود و شبیه به کسی به بود که الگوریتم و ریاضیات را له می کند.

خلاصه ای درباره این مطلب

منشا کلمه الگوریتم در ریاضیات است، اما در محاسبات استفاده از آن دارای تفاوت هایی می باشد. این عبارت درباره الگوریتم اقلیدسی بیان شده است که آن یک فرایند گام به گام برای این است که شما بتوانید بزرگترین مقسوم علیه مشترک دو عدد را پیدا کنید. اما نیازی به ترسیدن نیست، هنگامی که برنامه های کامپیوتری می نویسید، به ندرت پیش می آید که شما نیاز پیدا کنید که درباره رقیبان خود، شرکت ها و ریاضی دانان اعجوبه از ۳۰۰ سال قبل از میلاد نگران شوید.

یک الگوریتم چیست؟

این کلمه برای تعریف یک رویکرد گام به گام که دقیقا در آن یک گام بعدی وجود دارد مورد استفاده قرار می گیرد. درون یک الگوریتم با توجه به گام فعلی و مراحلی که برای ما تعیین شده است تنها یک راه برای عمل کردن است و آن دقیقا راه درست برای انجام شدن فرایند می باشد.

بگذارید برویم به سراغ یک مثال واقعی از الگوریتم که در زندگی روزانه ما بسیار مورد استفاده قرار می گیرد. ما قصد داریم الگوریتمی را برای پوشش دادن دوره های cs در کل کشور توصیف کنیم و آن دقیقا الگوریتم جست و جوی دودویی می باشد. ترسناک است؟ واقعا ترسناک نیست.

توضیحاتی درباره این بخش

بیایید ده سال به عقب بازگردیم و وانمود کنیم که دفترچه تلفن ها واقعا عملی هستند. دفترچه تلفن ها دارای یک ویژگی جالب هستند و آن این است که اسامی بر حسب حروف الفبا مرتب شده اند. می گویند شماره جاستین بیبر را پیدا کن. فرض کنید نام جاستین بیبر درون دفترچه تلفن است، پیدا کردن اسم او از چند روش امکان پذیر است.

الگوریتم جست و جوی خطی

راحت ترین راه برای پیدا کردن اسم او این است که شما به تمامی صفحات نگاه کنید و آن را با نام او مقایسه کنید، برای مثال جیمز آرنر مشابه نیست و همین طور جاستین آرک نیز مشابه نیست. و این روند را به صورت نامحدود ادامه دهید تا اسم جاستین بیبر را پیدا کنید همین طور اگر شما بخواهید با شخصی به نام Warren Zevon  چت کنید شما باید میلیون ها مقایسه با افرادی که نام خانوادگی آنها با z شروع می شود انجام دهید.

جستجوی خطی در واقع یک روند است که از یک نقطه شروع و در نقطه پایان می یابد این جست و جو در یک لیست انجام می شود و مقادیر را با یکدیگر مقایسه می‌ کند. این یک روش فوق العاده است اما بسیار راحت می باشد، شرایط بسیار زیادی وجود دارد که استفاده از این روش برای پیدا کردن یک آیتم در یک لیست منطقی می باشد.

مثلاً اگر به جای دفترچه تلفن یک کاغذ در دست شما باشد و بخواهید از میان ۱۰ نفر شماره تلفن دوست خود را پیدا کنید احتمالاً حرکت از بالا به سمت پایین به صورت خطی بهترین روش و هوشمندانه ترین روش برای پیدا کردن شماره دوست شما است.

الگوریتم جست و جوی chunking

بسیاری از افراد حوصله کافی برای منتظر ماندن برای تمام شدن جستجوی خطی و پیدا کردن یک نام در دفترچه تلفن را ندارند، اگر من تمامی در دفترچه تلفن ها را در دست داشته باشم یک رویکرد بسیار عملی تر را متفاوت ‌تر برای جست و جوی آنها انتخاب خواهند کرد و این رویکرد الگوریتم chunking می باشد.

روند الگوریتم جست و جوی chunking

روند الگوریتم chunking  در ابتدا شامل پیدا کردن یک منطقه عمومی برای جست و جو خواهد بود، بعد از آن این روند به بررسی هر یک از مناطق عمومی خواهد پرداخت. بنابراین زمانی که شما به دنبال اسم Bill Maher در دفترچه تلفن هستید، شما به صورت ۱۰۰ صفحه ۱۰۰ صفحه حرکت خواهید کرد، شما می‌بینید که در ۱۰۰ صفحه اول آخرین اسم با c شروع می شود.

بنابراین ۱۰۰ صفحه به جلو می‌ روید، شما می‌بینید که آخرین اسم در پایان این دویست صفحه با K شروع می شود، حال اگر ۷۵ صفحه به جلو بروید ممکن است به حرف L برسید. حرف L  تنها یک حرف با حرف M فاصله دارد بنابراین از این جا به بعد باید حرکت خود را آرام تر کنید.

این فرآیند معمولاً روش است که افراد آی تی برای  جست و جوی اسامی در دفترچه تلفن به کار می برند. ما به عنوان انسان اغلب روش‌ها را به عنوان شیوه های غریزی به کار میبریم و این الگوریتم یکی از آن روش ها است.

ترفندهایی که شما به آن نیاز دارید

ما مفهوم جستجوی دودویی عناصر را از خودمان نساخته ایم، دانشمندان کامپیوتر ترفند های بسیار زیادی را دارند که تمامی برنامه نویسان باید آنها را در ذهن خود داشته باشند.  یادگیری الگوریتم تماماً هنر تسلط بر فرایند ها و تبدیل آنها به کدی است که توسط کامپیوتر اجرا شود. همانطور که در مثال بالا دیدید استفاده از یک ترفند مناسب در یک سناریو باعث شد که کاری که ۴,۰۰۰,۰۰۰ مقایسه نیاز داشت تنها با ۲۲ مقایسه انجام شود.

زمانی که شما بتوانید یک الگوریتم مفید علم کامپیوتر را به یک کد در هر زبان برنامه نویسی تبدیل کنید، شما در واقع این مهارت را دارید که هر کدی که به سمت شما در دنیا ارسال شود را بنویسید.

برخی دیگر از ترفندهایی که شما بعید است بتوانید خودتان به آن ها دست بیابید( در واقع باید از دانشمندان علم کامپیوتر یاد بگیرید) الگوریتم هایی مانند الگوریتم های زیر هستند:

۱-      الگوریتم جست و جوی عمیق

۲-      Breadth-first search

۳-      نوشتن الگوریتم های مرتب سازی

توضیحاتی درباره این بخش

کلید حل این مشکل این است که در ابتدا نحوه کار کردن الگوریتم ها را یاد بگیریم، دقیقا مانند ما که ابتدا مثال دفترچه تلفن را توصیف کردیم و سپس آن را تبدیل به کد کردیم. زمانی که ساختار داده ها وارد کار می شوند شما ممکن است تعجب کنید،  واضح است برای اجرای برخی از الگوریتم هایی که دانشمندان علم کامپیوتر با آن رو به ‌رو می‌ شوند شما نیاز به ابزارهای مناسب این کار دارید، برای اینکه بهتر با مفهوم ساختار داده ها آشنا شوید بهتر است در مورد صف ها صحبت کنیم.

ساختار داده صف

صف یک ساختار داده مشخص است که شما نیاز دارید در آن الگوریتم breadth-first search  را پیاده سازی کنید، اگر شما ساختار داده های مختلف را درک نکنید شما به عنوان یک برنامه نویس باید با ابزارهای کمتری کار کنید و همین طور برای اجرای برخی از الگوریتم ها زمان زیادی را باید بگذرانید.

بیشتر بخوانید : الگوریتم های سئو و رازهای سئو درباره آن

شما میتوانید یک مثال بسیار بزرگ از ساختار داده  صف را در هنگام غذا خوردن تجربه کنید، زمانی که شما در صف غذا ایستاده اید یک شماره می‌گیرید و منتظر می‌مانید تا شماره شما صدا زده شود. هر کسی که زودتر از شما شماره گرفته باشد زودتر نیز سرویس غذا را دریافت خواهد کرد.

صف ها دارای دو ویژگی بسیار جالب هستند:

۱-      Enqueue به زمانی گفته می شود که شما شروع به منتظر ماندن می کنید. در واقع آن دقیقا زمانی است که شما یک شماره دریافت می کنید.

۲-      Dequeue به زمانی گفته می شود که شما باید سرویس دریافت کنید، این دقیقا معادل است با زمانی که شماره شما صدا زده می شود که سرویس غذای خود را دریافت کنید.

جمع بندی

بنابراین به صورت خلاصه می‌توان گفت که الگوریتم‌ ها الگوها و رویه های هستند که برای رسیدن به یک هدف خاص مورد استفاده قرار می‌گیرند. ساختار داده ها مانند ابزاری در ذهن شما هستند که می توانید از آنها برای برنامه نویسی استفاده کنید، شما نیازی ندارید که از آنها در برنامه نویسی استفاده کنید و در واقع می ‌توان گفت لزومی ندارد که از آن ها استفاده کنید ولی استفاده از آن ها در هنگام برنامه نویسی برای یک کار خاص باعث می‌شود تا کد شما تمیز تر و راحت تر نوشته شود و استفاده از این ابزارها باعث می شود تا شما برنامه نویس و توسعه دهنده بهتری باشید.

منبع : برنامه نویسان

عالی بود(1)جالب نیست!(0)