الگوریتم مجموعه ای از دستورالعمل هایی است که هنگام حل یک مسئله خاص باید رعایت شوند و به عنوان “فرایند یا process” نیز شناخته می شود. الگوریتم کلمه ای است که همیشه با کامپیوتر همراه است و می تواند مسئله های بسیار بزرگ را خیلی سریعتر از انسان حل کند. از آنجا که در محاسبات مدرن بیشتر از هر زمان دیگری از الگوریتم ها استفاده می شود بنابراین یک فیلد خاص در زمینه طراحی، تجزیه و تحلیل و پیشرفت الگوریتم ها ایجاد شده است. طراحی الگوریتم نیاز به پایه ریاضی قوی دارد. با افزایش نیاز به الگوریتم های بیشتر و پیچیده تر تعداد گزینه های شغلی زیادی نیز به وجود آمده است.
طراحی مفهومی
تعریف الگوریتم در ساده ترین سطح به معنای مجموعه ای از دستورالعمل های مورد نیاز برای تکمیل یک کار است. خیلی قبلتر از پیدایش سیستم های مدرن، مردم برای انجام وظایف روزانه خود روال خاصی داشتند و اغلب یک فهرست از اقدامات لازم را برای دستیابی به اهداف مهم خود یادداشت می کردند تا خطر فراموش کردن چیزهای مهم را کم کنند.
این در واقع یک الگوریتم است. طراحان نیز از رویکرد مشابهی در توسعه الگوریتم ها برای اهداف محاسباتی استفاده می کنند؛ ابتدا مسئله را بررسی کرده و سپس مراحل لازم برای حل آن را تعیین می کنند. در نهایت از یک سری عملیات ریاضی برای انجام این مراحل استفاده خواهند کرد.
از کارهای کوچک تا داده های بزرگ
یک مسئله ساده را می توان با یک الگوریتم ایجاد شده در چند دقیقه حل کرد. با این حال مسئله ها با سطح پیچیدگی بسیار بزرگ و طولانی وجود دارد که سال ها یا حتی قرن ها است که محققان و ریاضیدانان را دچار مشکل کرده اند.
سیستم های مدرن با مسائلی در این سطح در زمینه هایی مانند امنیت سایبری و همچنین مدیریت داده های بزرگ روبرو می شوند-مرتب سازی موثر و کامل مجموعه داده های بزرگی که حتی یک سیستم استاندارد هم نمی تواند آنها را در زمان مناسب پردازش کند. نمونه هایی از داده های بزرگ مثل “هر مقاله در ویکیپدیا”، “صفحه وب بایگانی شده در سال 1998” یا “خریدهای آنلاین انجام شده در شش ماه گذشته در ایران”.
مهندسی الگوریتم
با طراحی الگوریتم های جدید در موارد عملی یک زمینه و رشته مرتبط به عنوان مهندسی الگوریتم به وجود آمده است. در بیشتر موارد طراحی و مهندسی الگوریتم توسط یک فرد انجام می شود اما سازمان های بزرگ مانند آمازون و گوگل با توجه به نیاز آنها به الگوریتم های جدید و تخصصی از طراحان و مهندسان متخصص استفاده می کنند.
مهندسی الگوریتم نیز مانند فرایند طراحی شامل استفاده از علوم کامپیوتر همراه با زمینه قوی در ریاضیات است. مهندسان الگوریتم ایده های مفهومی طراحان را گرفته و از آنها فرایندهای قابل درک برای کامپیوتر ایجاد می کنند. با پیشرفت مداوم فناوری های دیجیتال، مهندسان الگوریتم نیز به طور گسترده ای در حال افزایش هستند.
اهمیت الگوریتم ها در علوم کامپیوتر
دلیل استفاده گسترده از الگوریتم ها در علوم کامپیوتر این است که کامپیوترها می توانند طوری برنامه ریزی شوند که دستورالعمل ها را به صورت متوالی اجرا کنند و این امکان را برای برنامه نویسان فراهم می کنند تا بتوانند به کامپیوترها نحوه نمایش گرافیک های سه بعدی، نمایش متن و انجام عملیات مختلف روی اعداد را آموزش دهند.
اولین استفاده از کامپیوترها انجام عملیات محاسبات اولیه روی حجم زیادی از اعداد بود و گاهی گرفتن جواب حتی چندین ماه طول می کشید در حالیکه در سخت افزار امروزه تنها چند ثانیه یا چند دقیقه زمان می برد. دانشمندان کامپیوتر در آن زمان نمی دانستند که می توانند از الگوریتم ها برای برنامه ریزی کامپیوترها برای ایجاد برنامه های ویرایش عکس، طراحی بازی های ویدئویی و یا نرم افزارهای تجاری استفاده کنند.
این برنامه های پیچیده که اغلب برای پردازش داده های غیرقابل تعیین استفاده می شوند، شامل صدها یا هزاران تابع کوچک هستند که خود آنها نیز از صدها یا هزاران دستور ساخته شده اند. کوچکترین واحد یک برنامه کامپیوتری یک دستور است که عملیات ساده ای است که روی بیت های موجود در یک ثبات پردازنده انجام می شود.
عملیات قابل انجام روی بیت داده ها به معماری پردازنده بستگی دارد و معمولا شامل تغییر بیت های خاص از صفر به یک، انتقال (شیفت) بیت به چپ یا راست و سایر موارد مشابه براساس سیستم باینری یا اعددا در پایه دو است. به عنوان مثال برای ضرب یک عدد در پایه 2 در 2، همه بیت های ثبات به چپ منتقل می شوند، مانند ضرب یک عدد در پایه 10 در 10 که رقم های آن به سمت چپ منتقل می شود: مثلا 15 به 150، 150 به 1500 و … تبدیل می شوند.
مزایای استفاده از الگوریتم ها
زبان های برنامه نویسی سطح بالا مانند C، C++، جاوا و پایتون به برنامه نویسان اجازه می دهتد تا برنامه های بسیار پیچیده را با کدهای نسبتا کوتاه بنویسند. به عنوان مثال یک برنامه C++ برای اجرا الگوریتم جستجوی خطی همه عناصر یک آرایه را فقط در دو یا سه خط کد بررسی کند اما تعداد دستورالعمل های نوشته شده در زبان اسمبلی ممکنه به 20 یا 30 خط کد نیز برسد.
توابع مرتب سازی و جستجو جزء متداول ترین الگوریتم ها در برنامه نویسی هستند و همیشه به دنبال بالا بردن کارایی آنها می باشند. یکی از مهمترین مفاهیم در علوم کامپیوتر مقایسه پیچیدگی P در مقابل NP است یا اینکه آیا مجموعه الگوریتم های با پیچیدگی زمانی چند جمله ای با مجموعه الگوریتم های چند جمله ای غیرقطعی یکسان است یا خیر. اگر یکسان باشند، دانشمندان کامپیوتر می توانند با استفاده از الگوریتم های شناخته شده فعلی مسئله هایی را حل کنند که حل آنها میلیون ها سال طول می کشد. البته بیشتر افراد فکر می کنند P و NP یکی نیستند.
به گفته مجله علمی Scientific American تا زمانی که هر دستورالعمل فقط می تواند در یک زمان اجرا شود پس الگوریتم ها باید به صورت متوالی انجام شود اما محاسبات کوانتومی می تواند آن را نقض کند. اگر علاقه مند به تحصیلات تکمیلی در زمینه ریاضیات و علوم رایانه هستید، وارد رشته طراحی الگوریتم شوید.
حتما در کنار این دروس دانلود کنید: آموزش صفر تا صد پایگاه داده (رایگان)
دانلود دروس ویدیویی آموزش طراحی الگوریتم
- برای مشاهده بهتر ویدیوها در موبایل، گوشی را افقی نگه دارید. اگر اروری مشاهده کردید بخاطر روشن بودن وی پی ان است. بعد از پخش هر ویدیو، علامت دانلود روی آن نمایان می شود.
- اگر روی دانلود کلیک کردید و ویدیو باز هم پخش شد، بعد از پخش ردن روی علامت سه نقطه پایینش کلیک و گزینه دانلود یا ذخیره را انتخاب کنید. هر درسی مشکل داشت در نظرات اعلام کنید تا سریعا رفع شود یا به پیج منبع مراجعه کنید. ضمنا هر چند وقت یک بار احتمالا دروس به روز می شوند.
- 2 نوع آموزش در زیر داریم، هر کدام را که با سبک آموزشش سازگارتر هستید دانلود کنید یا هر دو را
آموزش اول
از پیج کنکور ارشد کامپیوتر:
| درس 1 | درس 2 |
| درس 3 | درس 4 |
| درس 5 | درس 6 |
آموزش دوم
از پیج محمدجواد خلیلی:
| درس 1 | درس 2 |
| درس 3 | درس 4 |
| درس 5 | درس 6 |
| درس 7 | درس 8 |
| درس 9 | درس 10 |
| درس 11 | درس 12 |
| درس 13 | درس 14 |
| درس 15 | درس 16 |
حتما در کنار این مطلب دانلود کنید: آموزش ساختمان داده از صفر تا صد (10 درس رایگان)
