أمثلة على الخوارزميات في الحاسوب
ماهي الخوارزميات
تُستخدم الخوارزميات في مجالات تكنولوجيا المعلومات للحسابات ومعالجة البيانات والبحث والفرز، وهي تُعد الأساس لعالمنا الرقمي، وعلى الرغم من وجود أنواع مختلفة من الخوارزميات، فإنها تحقق قيمة مهمة ومتماثلة.
تمكنك خوارزمية الكمبيوتر من إعطاء تعليمات لجهاز الكمبيوتر الخاص بك حول ما يجب عليه القيام به وكيفية أداء المهام. تستخدم الخوارزمية الكلمات الأساسية والمعاملات كإدخالات، ثم تبحث في قواعد البيانات المرتبطة بصفحات الويب ذات الصلة وتعيد النتائج.
تم تحسين جودة النتائج التي يعرضها محرك البحث من خلال التغييرات المتعددة التي طرأت على خوارزميات محرك البحث على مر السنين، وتقوم شركة غوغل بتعديلات يومية على خوارزميتها الخاصة بها، حيث تتضمن بعض هذه التحديثات تعديلات بسيطة على جودة النتائج والبعض الآخر يعد تحديثات خوارزمية أساسية تهدف إلى معالجة مشكلة معينة.
أشهر الأمثلة على الخوارزميات في الحاسوب
يحتاج كل مجال من مجالات العلوومات التطبيقية إلى خوارزمية فعالة من أجل حل المشاكل الخاصة به.
ومن أكثر أمثلة الخوارزميات شهرة في الحاسوب تشمل ما يلي :
خوارزميات البحث
تم تصميم خوارزميات البحث للتحقق من عنصر ما أو استرداده من أي بنية بيانات حيث تم تخزينه، ويتم تصنيف خوارزميات البحث إلى فئتين بناءً على نوع العملية التي يتم تنفيذها، وهما:
- البحث المتسلسل : في هذا البحث المتتالي، يتم تمرير القائمة أو المصفوفة بتسلسل ويتم فحص كل عنصر فيها، على سبيل المثال: البحث الخطي .
- البحث الفاصل : تم تصميم هذه الخوارزميات خصيصا للبحث في هياكل البيانات المصنفة. إن هذا النوع من خوارزميات البحث أكثر فعالية من البحث الخطي، حيث يستهدف مركز بنية البحث بشكل متكرر ويقسم مساحة البحث إلى نصفين. على سبيل المثال: البحث الثنائي .
خوارزميات الفرز
يتم استخدام خوارزمية الفرز لإعادة ترتيب مصفوفة أو قائمة عناصر معينة وفقًا لعامل مقارنة بين العناصر، ويتم استخدام هذا العامل لتحديد الترتيب الجديد للعنصر في البنية البيانات المعنية.
خوارزميات الدمج
تعمل خوارزمية الدمج على مبدأ فرق تسد، حيث تقوم بدمج القوائم بشكلٍ متكرر وتقسيمها إلى عدة قوائم فرعية حتى تتكون كل قائمة فرعية من عنصر واحد، ويتم دمج تلك القوائم الفرعية بطريقة تؤدي إلى قائمة مرتبة.
الخوارزميات الرقمية
تُعرف الخوارزميات الرقمية، أو ما يُسمى بخوارزميات منصات وسائل التواصل الاجتماعي.
تعرف خوارزميات التواصل الاجتماعي كأدوات تقنية تستخدم لفرز المنشورات بناء على مدى ملائمتها، وتحديد أولويات المحتوى الذي يراه المستخدم أولا، وذلك وفقا لاحتمالية تفاعل المستخدم الفعلي مع هذا المحتوى. يتم تحديد المنشورات الموصى بها للمستخدم أثناء التمرير في موجز الأخبار على برنامج إنستغرام، أو عند ظهور قصص أصدقائه على لوحة المعلومات، وذلك بواسطة الخوارزميات الرقمية.
الخوارزميات التوافقية
الخوارزمية التوافقية” هي فرع من “الخوارزميات” التي تتعلق بـ “بحوث العمليات” و”نظرية التعقيد الحسابي”. لها استخدامات هامة في العديد من المجالات، مثل “الذكاء الاصطناعي” و”التعلم الآلي” و”نظرية المزاد” و”هندسة البرمجيات” و”الرياضيات التطبيقية” و”علوم الكمبيوتر النظرية .
الخوارزميات الطبية
تعد الخوارزمية الطبية عبارة عن حساب أو صيغة أو جدول بحث أو مسح إحصائي أو مخطط ترميز يتم استخدامه في خدمات الرعاية الصحية.
تعتبر الخوارزميات الطبية جزءًا من مجال أوسع يسمى عادة بالمعلوماتية الطبية واتخاذ القرارات الطبية. وتتمثل القرارات الطبية في جميع مجالات الطب تقريبًا، بما في ذلك التشخيص واختيار الاختبارات الطبية والعلاج والتشخيص.
خوارزميات الذكاء الاصطناعي
تعتبر خوارزمية الذكاء الاصطناعي نوعا من التعلم الآلي الذي يمكن الكمبيوتر من تعلم العمل بشكل مستقل، بينما يستمر الجهاز في اكتساب المعرفة لتحسين العمليات وتنفيذ المهام بكفاءة أعلى.
خوارزميات التشفير
خوارزمية التشفير هي طريقة يتم استخدامها من أجل تحويل البيانات إلى نص مشفر. سيتم استخدم الخوارزمية مفتاح التشفير من أجل تغيير البيانات بطريقة يمكن التنبؤ بها، بحيث أنه على الرغم من ظهور البيانات المشفرة بشكل عشوائي، إلا أنه يمكن إعادتها إلى نص عادي باستخدام مفتاح فك التشفير.
خصائص الخوارزمية
لتكون الخوارزمية خوارزمية حقيقية، يجب أن تتمتع ببعض الخصائص المميزة التي تشمل ما يلي:
- واضحة ولا لبس فيها: يجب أن تكون الخوارزمية واضحة في كل خطوة من خطواتها، مفهومة من جميع الجوانب، ويجب أن تقود إلى معنى واحد فقط.
- مُدخلاتها واضحة جدًا: في حالة احتياج الخوارزمية للمدخلات، يجب أن تكون المدخلات واضحة تماما.
- مخرجاتها محددة جدًا: يجب تحديد الخوارزمية بوضوح، مع تحديد النتيجة التي يجب تحقيقها.
- يجب أن تكون خوارزمية منتهية: يجب أن تكون الخوارزمية التي يتم استخدامها منتهية.
- يجب أن تكون الخوارزمية مُجدية: يفضل أن تكون الخوارزمية فعالة، أي سهلة وشاملة وعملية، بحيث يمكن تنفيذها باستخدام الموارد المتاحة.
- عدم وجود لغة معينة: ينبغي أن تكون الخوارزمية مستقلة تماما عن اللغة، وبمعنى آخر، يجب أن تكون تعليماتها بسيطة وقابلة للتنفيذ والفهم بأي لغة.
أين تستخدم الخوارزميات في علوم الكمبيوتر
يتم استخدام الخوارزميات في كل جزء من أجزاء علوم الكمبيوتر. إنّ الخوارزميات هي بمثابة العمود الفقري للحاسوب، في علوم الكمبيوتر، تعطي الخوارزمية للكمبيوتر مجموعة محددة من الإرشادات، والتي تسمح للكمبيوتر بفعل كل شيء، سواء كان تشغيل آلة حاسبة أو تشغيل صاروخ. تعد برامج الكمبيوتر، في جوهرها خوارزميات مكتوبة بلغات برمجة يمكن للكمبيوتر فهمها، تلعب خوارزميات الكمبيوتر دورًا كبيرًا في كيفية عمل وسائل التواصل الاجتماعي، مثل المنشورات التي تظهر، والإعلانات التي يتم مشاهدتها، وما إلى ذلك. يتم اتخاذ جميع هذه القرارات عن طريق الخوارزميات. يستخدم مبرمجو غوغل الخوارزميات من أجل تحسين عمليات البحث والتنبؤ بما سيكتبه المستخدمون والمزيد من ذلك. في حل المشكلات، يتمثل جزء كبير من برمجة الكمبيوتر في التعرف على تكوين الخوارزميات وتحليلها
أهمية فهم الخوارزميات
يعتبر التفكير الخوارزمي، أو القدرة على تحديد خطوات واضحة لحل مشكلة ما أمرًا بالغ الأهمية في العديد من المجالات المختلفة، بما في ذلك التعلم الآلي والذكاء الاصطناعي، حتى لو لم نكن مدركين لذلك، فإننا نستخدم الخوارزميات والتفكير الحسابي طوال الوقت، يسمح التفكير الحسابي للطلاب بتفكيك المشكلات ووضع تصور للحلول من حيث الخطوات المنفصلة، تتطلب القدرة على فهم وتنفيذ خوارزمية ما من الطلاب ممارسة التفكير المنظم وقدرات التفكير.