 |
| ما هي الخوارزميات ؟ |
بحث عن الخوارزميات :
محتويات البحث :
(2) مفهوم الخوارزمية .
(3) الشروط الواجب توافرها في الخوارزمية .
(4) خصائص الخوارزمية .
(5) أهمية استخدام المخططات الخوارزمية .
(6) أنواع المخططات الخوارزمية .
(7) مهارات تصميم الخوارزميات .
ما هي الخوارزميات ؟
كلمة الخوارزمية استخدمت في القرن الماضي وبشكل واسع في أوروبا وأمريكا وتعني الوصف الدقيقي لتنفيذ مهمة من المهمات المطلوبة ، أو حل مسألة من المسائل ، ولقد اشتق الغربيون هذه الكلمة من اسم عالم الرياضيات المسلم المعروف محمد بن موسي الخوارزمي .
وتستخدم كلمة الخوارزميات علي نطاق واسع في علوم الرياضيات والحاسب ، حيث تعرف بأنها مجموعة الخطوات ( التعليمات ) المرتبة لتنفيذ عمليات حسابية أو منطقية أو غيرها بشكل تتابعي متسلسل ومنظم .
أي خوارزمية من أنواع الخوارزميات لابد أن تتكون من مجموعة من الخطوات المرتبة والمتسلسلة المضمون نهايتها بعدد معين من الخطوات ، وتختلف حجم هذه الخطوات باختلاف الخوارزميات ، واختلاف الأشخاص ، الذين سيقومون بتنفيذ تلك الخطوات .
مفهوم الخوارزمية :
تعرف الخوارزمية بالعديد من التعريفات والتي منها :
1- هي عبارة عن مجموعة من الخطوات المتتالية تطبق علي مجموعة من البيانات لأداء مهمة معينة ، أولها صفة التكرار في مواقف مماثلة ، أو هي روتينية للقيام بعمل ما ، أو هي طريقة عمل إجرائية منظمة الخطوات ، وتطبق في المواقف المشابهة ، أو هي الوصول إلى نتئجة المهمة المطلوبة باتباع خطوة منظمة اعتماداً علي المفاهيم والتعميمات المناسبة .
2- هي لفظ يطلق علي الخطوات المكتوبة باللغة العربية أو الإنجليزية باستخدام رسوم توضيحية تمثل الخطوات وتسلسلها .
3- هي مجموعة محددة من التعليمات ( خطوات الحل ) التي تؤدي إلى إنجاز وظيفة ( مهمة ) معينة .
الشروط الواجب توافرها في الخوارزميات :
1- المدخلات ( input ) : صفر أو أكثر من القيم .
2- المخرجات ( output ) : قيمة واحدة علي الأقل .
3- الوضوح ( Definiteness ) : كل خطوة تكون فيها " الخوارزمية " واضحة المعاني غير غامضة ، أي يجب أن تفهم من قبل جميع الناس ( علوم الحاسبات ) .
4- المحدودية ( Finiteness ) : كل خطوات الخوارزمية يمكن حلها في فترة زمنية محددة .
5- الفعالية ( Effectiveness ) : كل خطوة تكون ممكنة الحل أو الفعالية .
خصائص الخوارزمية :
يهدف تصميم الخوارزمية لحل جميع جوانب المشكلة ، ويمكن تصميم عدة خوارزميات لحل مشكلة واحدة ، وتتميز الخوارزميات ببعض الخصائص والتي منها :
1- الدقة :
خطوات الخوارزمية يجب أن تكون معرفة وواضحة .
2- الفعالية :
الوصول إلى حل صحيح للمشكلة بعد عدد معين ومحدود من الخطوات .
3- منتهية :
بعض الخوارزميات تتمكن من الوصول إلى الحل في زمن قصير ويمكن للبعض الآخر أن يأخذ زمناً أطول ، والخوارزمية التي لا تنتهي إلى حل فلا تعتبر خوارزمية .
أهمية استخدام المخططات الخوارزمية :
هناك بعض من أهم الفوائد لاستخدام مخططات الخوارزمية والتي يمكن تلخيصها في أنها تعطي صورة متكاملة للخطوات المطلوبة لحل المسألة في ذهن المصمم ، بحيث تمكنه من الإحاطة الكاملة بكل أجزاء المسألة من بدايتها وحتى نهايتها ، كما أنها تساعد المصمم علي تشخيص الأخطاء التي تقع عادة في الإجراءات المتبعة في الحل ، وبخاصة الأخطاء المنطقية منها ، التي يعتمد اكتشافها علي وضع التسلسل المنطقي لخطوات حل المسألة لدي المصمم .
كذلك تسير للمصمم أمر إدخال أي تعديلات في أي جزء من أجزاء المسألة ، بسرعة ودون الحاجة لإعادة دراسة المسألة ، برمتها من جديد ، وفي المسائل التي تكثر فيها الاحتمالات والتفرعات ، ويصبح أمر متابعة دقائق التسلسل ، أمراً شاقاً علي المصمم ، إذا لم يستعن بمخطط تظهر فيه خطوات الحل الرئيسة بشكل واضح .
وتعد رسوم الخرائط الخوارزمية المستعملة في تصميم حلول بعض المسائل ، مرجعاً ، في حل مسائل أخرى متشابهة ، ومفتاحاً لحل مسائل جديدة لها علاقة مع المسائل القديمة المحلولة .
أنواع المخططات الخوارزمية :
يمكن تصنيف المخططات الخوارزمية إلى أربعة أنواع رئيسية :
1- مخططات التتابع البسيط ( simple - equential - flowcharts ) :
يتم ترتيب خطوات الحل لهذا النوع من المخططات بشكل سلسلة مستقيمة ، من بداية المسألة حتى نهايتها ، بحيث تنعدم فيها أية تفرعات علي الطريق ، كما تخلو من أية دورانات مما هو موجود في الأنواع الأخرى من المخططات .
2- المخططات ذات الفروع ( Branched - flowcharts ) :
إن أي تفرع يحدث في المخطط يكون بسبب الحاجة لاتخاذ قرار ، أو مفاضلة بين اختيارين أو أكثر ، فيسير كل اختيار في طريق مستقل عن الآخر .
3- مخططات الدوران الواحد ( Simple - loop - flowcharts ) :
نحتاج هذه المخططات لإعادة عملية أو مجموعة من العمليات في المسألة عدداً محدوداً ، أو غير محدود من المرات .
4- مخططات الدورانات المتعددة ( Multi-loop - flowcharts ) :
سميت هذه المخططات بمخططات الدوران المتعددة أو المتداخلة لأنها تستعمل أكثر من حلقة دوران واحدة ، وتكون دورانات داخل بعضها البعض بحيث لا تتقاطع ، ويوجد دورانان من هذا النوع ، دوران داخلي ودوران خارجي .
مهارات تصميم الخوارزميات :
قد يكون جوهرياً طرح التساؤل ، ما مهارات تصميم الخوارزميات ؟
وفي الحقيقة فإن أحداً لم يستطع الإجابة عن هذا التساؤل بصورة عملية هناك فقط تصورات وافتراضات ليس إلا ، ويعزي ذلك إلى أنها وجهة نظر فمنهم من يري أن الخوارزمية عبارة عن مشكلة ويتبع منهجية حل المشكلة ، ومنهم من يراها بأنها مسألة رياضية ويتبع خطوات حل المسألة الرياضية ، ومنهم من يري بأنها مسائل وتصور مسبق لعمل البرنامج لذلك يتبع خطوات حل المسألة باستخدام الحاسب الآلي .
أولاً : منهجية حل المشاكل :
إن منهجية حل المشاكل بواسطة الحاسبات تتكون من عدة خطوات :
1- خطوة 1 : تعريف المشكلة .
2- خطوة 2 : تحليل المشكلة .
3- خطوة 3 : تصميم خوارزميات أو مخططات .
4- خطوة 4 : كتابة البرنامج بواسطة لغة برمجة .
5- خطوة 5 : ترجمة البرنامج بواسطة مترجم .
6- خطوة 6 : تنفيذ البرنامج .
ثانياً : خطوات حل مسألة باستخدام الحاسب الآلي :
عند استخدام الحاسب الإلكتروني في حل مسألة ما ( مشكلة ) ، فإن هناك عدداً من الخطوات التي ينبغي اتباعها ، وفقاً لدرجة كفاءة تنفيذ هذه الخطوات ، تتحدد كفاءة تشغيل المسألة علي الحاسب .
والجدير بالذكر أن أهم هذه الخطوات يتم تنفيذها وإنجازها خارج الحاسب وبدون استخدامه إذ أنها تمثل منطق حل المسألة ، وفيما يأتي عرض لهذه الخطوات حسب ترتيبها المنطقي :
1- تعريف المسألة وتحليلها .
2- وضع خوارزمية الحل .
3- كتابة البرنامج بإحدى لغات الحاسب .
4- ترجمة البرنامج إلى لغة الآلة .
5- تنفيذ البرنامج .
ثالثاً : خطوات حل المسألة الرياضية :
يمكن تحديد مجموعة من الخطوات التي يمكن استخدامها في حل المسألة في الكتب الدراسية كما يلي :
1- اقرأ المسألة .
2- حدد ما بها من بيانات .
3- حدد المطلوب إيجاده أو البحث عنه .
4- حدد العمليات الضرورية التي تستخدم ما يتوفر في المسألة من بيانات للتوصل إلى الحل .
5- راجع المسألة .
تعليقات