U3F1ZWV6ZTIzNTU5OTQyOTc0Njc4X0ZyZWUxNDg2MzY0OTI3Njg4Ng==

الخوارزميات ، مفهومها ، شروطها ، خصائصها ، أهميتها ، أنواعها ( بحث كامل )

ما هي الخوارزميات
ما هي الخوارزميات ؟ 

بحث عن الخوارزميات :

محتويات البحث : 

(1) ما هي الخوارزميات . 
(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