Алгоритм дегеніміз не?
Алгоритм – бұл нақты іс-әрекеттер тізбегі, олардың орындалуы алдын ала белгілі бір нәтиже береді. Қарапайым сөзбен айтқанда, бұл белгілі бір тапсырмаға арналған нұсқаулар жиынтығы. Бұл термин информатикада жақсы белгілі, мұнда ол мәселені тиімді жолмен шешуге арналған нұсқауларды білдіреді.
Енді бұл сөзді анық сипаттауға және қарапайым қадамдарға бөлуге болатын және қандай да бір мақсатқа жетуге әкелетін кез келген әрекеттер тізбегі түсініледі. Мысалы, ас үйге барып, су құйып, ішіне шай пакетін салу – «Шай қайнату» тапсырмасын орындау алгоритмі.
Информатикадағы алгоритмдер – компьютерлерге арналған нұсқаулар, программалық кодпен сипатталатын қадамдар жиынтығы. Белгілі бір әрекеттердің нақты алгоритмдері бар және олардың кейбіреулері өте күрделі. Алгоритмдерді қолдану мақсаттарының бірі кодты тиімдірек ету және оны оңтайландыру болып табылады.
Алгоритмдерді кім қолданады?
Жалпы мағынада – абсолютті барлық тірі және кейбір жансыз жаратылыстар, өйткені мақсатқа апаратын кез келген әрекеттер тізбегін алгоритм деп санауға болады. Жануардың тамақ іздеуі – бұл алгоритм; роботтың қозғалысы да алгоритммен сипатталады.
Тұжырымдама информатикада қолданылатын тар мағынада алгоритмдерді әзірлеушілер, кейбір инженерлер мен аналитиктер, сондай-ақ машиналық оқыту мамандары, тестерлер және басқалар пайдаланады. Бұл АТ саласындағы негізгі ұғымдардың бірі.
Алгоритмдер не үшін қажет?
Информатикадағы алгоритмдер әртүрлі мәселелерді тиімді шешу үшін қажет, соның ішінде «басқа» орындау қиын немесе мүлдем мүмкін емес. Іс жүзінде кез келген дерлік алгоритмдер бар: сұрыптау, деректер құрылымдарын айналып өту, элементтерді іздеу, ақпаратты сүзу, математикалық операциялар және т.б.
Мысалы, толық іздеу арқылы массивті сұрыптауға болады – бұл ең айқын шешім. Немесе жылдам сұрыптау алгоритмін қолдануға болады: ол күрделірек және соншалықты айқын емес, бірақ ол әлдеқайда жылдам жұмыс істейді және компьютердің қуатын көп жүктемейді. Қатаң айтқанда, толық іздеу де алгоритм, бірақ өте қарапайым.
Алгоритмдік шешілмейтін есептер бар, олардың алгоритмі жоқ және бола алмайды. Бірақ АТ-тағы есептердің көпшілігін алгоритмдік жолмен шешуге болады, ал алгоритмдер олармен жұмыс істеуде белсенді қолданылады.
Алгоритмдеу
Алгоритмдеу – белгілі бір мәселені шешу немесе белгілі бір мақсатқа жету үшін орындалуы қажет қадамдар тізбегін әзірлеу және сипаттау процесі. Алгоритмдеу – бағдарламалау мен бағдарламалық жасақтама жасаудағы негізгі қадам.
Тапсырма алгоритмделген кезде компьютер түсінетін және орындай алатын нақты нұсқаулар жасалады. Алгоритмдерді мәтіндік сипаттама, блок-схема, псевдокод немесе басқа формалды ұсыну ретінде жазуға болады. Олар компьютерге алдын ала құрастырылған нұсқауларға сәйкес есептерді автоматты түрде шешуге мүмкіндік беретін бағдарламалық кодты жазу үшін негіз болады.
Алгоритмдеу информатикада және бағдарламалауда маңызды рөл атқарады, өйткені жақсы әзірленген алгоритмдер тапсырмалардың тиімді және дұрыс орындалуын қамтамасыз етеді, сонымен қатар бағдарламалық кодты жөндеу және жөндеу процесін жеңілдетеді.
Алгоритмдердің қасиеттері
Дискреттілік. Алгоритм жеке бөлінбейтін құрылым емес, ол жеке шағын қадамдардан немесе әрекеттерден тұрады. Бұл әрекеттер белгілі бір ретпен жүзеге асады, бірі екіншісі аяқталғаннан кейін басталады.
Өнімділік. Алгоритмді орындау белгілі бір нәтижеге әкеліп, белгісіздік қалдырмауы керек. Нәтиже де сәтсіз болуы мүмкін – мысалы, алгоритм шешім жоқ деп хабарлауы мүмкін – бірақ болуы керек екенін.
Бұқаралық сипатта. Алгоритмді әдетте әртүрлі бастапқы деректері бар ұқсас есептерге экстраполяциялауға болады – бастапқы шарттарды өзгерту жеткілікті. Мысалы, квадрат теңдеуді шешудің стандартты алгоритмі теңдеуде қандай сандар қолданылса да өзгеріссіз қалады.
Детерминизм. Әрбір қадамда сәйкессіздіктер немесе келіспеушіліктер болмауы керек;
Айқындық. Алгоритм тек орындаушыға белгілі және түсінікті әрекеттерді қамтуы керек.
Толықтылық. Алгоритмдер ақырлы болып табылады, олар кейбір анықтамаларда алдын ала анықталған қадамдар саны бойынша нәтиже шығаруы керек.
Алгоритмдердің қандай түрлері бар?
«Реттілік» деген сөзге қарамастан, алгоритм әрқашан әрекеттерді қатаң белгіленген тәртіпте сипаттай бермейді. Бұл, әсіресе, бағдарламалаудағы асинхронияның таралуына байланысты. Алгоритмдерде шарттар, циклдар және басқа сызықтық емес конструкциялар үшін орын бар.
Сызықтық. Бұл алгоритмнің ең қарапайым түрі: әрекеттер бір-бірін жалғастырады, әрқайсысы алдыңғысынан кейін басталады. Олар қайта реттелмейді, қайталанбайды және кез келген жағдайда орындалады.
Циклдік. Мұндай алгоритмдер циклде орындалады. Әрекеттер блогы аяқталғанда, бұл әрекеттер қайтадан басталады және белгілі бір рет қайталанады. Цикл бір әрекетті немесе ретті қамтуы мүмкін және қайталаулар саны бекітілген немесе шартқа байланысты болуы мүмкін: мысалы, деректер құрылымында бос ұяшықтар қалмайынша осы код блогын қайталаңыз. Кейбір жағдайларда цикл шексіз болуы мүмкін.
Тармақтану. Алгоритмнің бұл түрінде тармақталу пайда болады: кейбір әрекеттер белгілі бір шарттар дұрыс болған жағдайда ғана орындалады. Мысалы, егер сан нөлден кіші болса, оны деректер құрылымынан алып тастау керек. Екінші тармақты да қосуға болады: шарт жалған болса не істеу керек – мысалы, сан нөлден үлкен немесе оған тең. Бірнеше шарттар болуы мүмкін, олар бір-бірімен біріктірілуі мүмкін.
Рекурсивті. Рекурсия – бұл алгоритм өзін шақыратын, бірақ кіріс деректері әртүрлі болатын құбылыс. Бұл цикл емес: деректер әртүрлі, бірақ бір ғана емес, бірнеше іске қосылған бағдарламалардың «даналары» бар. Рекурсивті алгоритмнің белгілі мысалы – Фибоначчи сандарын есептеу.
Ықтималдық. Мұндай алгоритмдер сирек айтылады, бірақ олар өте қызықты түрі: алгоритмнің жұмысы тек кіріс деректеріне ғана емес, сонымен қатар кездейсоқ шамаларға да байланысты. Оларға, мысалы, әйгілі Лас-Вегас және Монте-Карло алгоритмдері жатады.
Негізгі және көмекші. Бұл классификацияның тағы бір түрі. Негізгі алгоритм шұғыл мәселені шешеді, көмекші – қосалқы тапсырманы шешеді және оны негізгінің ішінде қолдануға болады – бұл үшін оның аты мен кіріс деректері жай ғана көрсетілген. Көмекші алгоритмнің мысалы ретінде кез келген программалық функцияны келтіруге болады.
Алгоритмнің күрделілігін не анықтайды?
Алгоритмнің күрделілігі дегеніміз – мәселені шешу үшін орындалатын амалдар саны. Ол мыналарға байланысты:
- Енгізу өлшемдері: алгоритмнің күрделілігі кіріс деректерінің өлшеміне қарай артады
- Орындалу уақыты: жақсы жазылған алгоритмдер басқаларға қарағанда жылдамырақ, бұл орындалу уақытына әсер етеді
- Ресурс шектеулері: қол жетімді жад көлемі, процессор қуаты немесе сервер кеңістігі нәтижеге әсер етеді
- Кірістірілген циклдардың немесе рекурсивті қоңыраулардың болуы: кірістірілген циклдар немесе рекурсивті шақырулар алгоритмді аяқтау үшін қажетті операциялардың санын көбейтеді.
Алгоритмнің күрделілігі Big-O notation белгісімен өлшенеді, ол кіріс деректерінің өлшемі ұлғайған сайын алгоритмнің орындалу уақыты қаншалықты жылдам ұлғайатынын көрсетеді.
