ما هي الخوارزميات؟

عناصر المقال

بمعناها العام، الخوارزميات هي أي مجموعة من التعليمات التفصيلية التي تؤدي إلى حالة نهائية يمكن التنبؤ بها من بداية معروفة. والخوارزمية جيدة فقط بمقدار جودة التعليمات المقدمة لها، ومع ذلك، ستكون النتيجة غير صحيحة إذا لم يتم تحديد الخوارزمية بشكل صحيح.

أمثلة على الخوارزميات

من الأمثلة الشائعة على الخوارزمية: التعليمات اللازمة لتجميع نموذج طائرة. بالنظر إلى مجموعة البداية لعدد من القطع المميزة، يمكن للمرء اتباع التعليمات المعطاة لتحقيق حالة نهائية يمكن التنبؤ بها: وهي الطائرة المكتملة. ستؤدي عمليات الطباعة الخاطئة في التعليمات، أو الفشل في اتباع خطوة بشكل صحيح، إلى حدوث خلل في المنتج النهائي.

وبرنامج الكمبيوتر هو مثال آخر واسع الانتشار. كل برنامج كمبيوتر هو ببساطة سلسلة من التعليمات، والتي قد تختلف في التعقيد، ويتم سردها بترتيب معين، مصممة لأداء مهمة محددة. وتستخدم الرياضيات أيضًا الخوارزميات لحل المعادلات يدويًا، دون استخدام الآلة الحاسبة. وأحد الأمثلة الأخيرة هو الدماغ البشري: حيث أن معظم مفاهيم الدماغ البشري تحدد كل السلوك – من اكتساب الطعام إلى الوقوع في الحب – كنتيجة لخوارزمية معقدة.

فئات الخوارزمية

على الرغم من عدم وجود تصنيف مقبول عالميًا لأنواع الخوارزميات المختلفة، إلا أن هناك فئات شائعة يتم الاتفاق كثيرًا على انتماء الخوارزمية إليها. من بين هؤلاء:

خوارزمية البرمجة الديناميكية: يتذكر هذا الفصل النتائج القديمة ويحاول استخدامها لتسريع عملية العثور على نتائج جديدة.
الخوارزميات الجشعة: لا تحاول الخوارزميات الجشعة إيجاد حل فحسب، بل تحاول إيجاد الحل الأمثل لأي مشكلة معينة.
خوارزمية القوة الغاشمة: يبدأ نهج القوة الغاشمة عند نقطة عشوائية ويتكرر خلال كل احتمال حتى يجد الحل.
الخوارزميات العشوائية: تتضمن هذه الفئة أي خوارزمية تستخدم رقمًا عشوائيًا في أي وقت أثناء العملية.
خوارزمية الفرع والربط: تشكل هذه الخوارزميات شجرة من المشاكل الفرعية للمشكلة الأساسية، وتتبع كل فرع حتى يتم حلها أو تجميعها مع فرع آخر.
خوارزمية العودة البسيطة: يذهب هذا النوع إلى حل مباشر على الفور، ثم يتراجع لإيجاد حل أبسط.
خوارزمية التراجع: يتم هنا اختبار خوارزميات التراجع للتوصل إلى حل؛ وإذا تم العثور على حل، فإن الخوارزمية قد تم حلها، وإلا فإنها تتكرر مرة أخرى وتختبر مرة أخرى، وتستمر حتى يتم العثور على حل.
خوارزمية Divide and Conquer: خوارزمية فرق تسد تشبه خوارزمية الفروع وخوارزمية التراجع، إلا أنها تستخدم طريقة التراجع عن التكرار أثناء تقسيم المشكلة إلى مشكلات فرعية.

الخوارزميات التسلسلية والمتوازية

بالإضافة إلى هذه الفئات العامة، يمكن أيضًا تقسيم الخوارزميات إلى مجموعتين أساسيتين: خوارزمية متسلسلة، مصممة للتنفيذ التسلسلي، حيث يتم سن كل عملية بترتيب خطي. والخوارزمية المتوازية، التي تُستخدم مع أجهزة الكمبيوتر التي تعمل بمعالجات متوازية، حيث يتم تشغيل عدد من العمليات بالتوازي مع بعضها البعض. وتوجد أيضًا خوارزميات موازية في العالم الطبيعي في حالة، على سبيل المثال، طفرة جينية على نوع ما.

الوسوم