ما هي خوارزميات الكمبيوتر، وكيف تعمل؟

ما لم تكن في الرياضيات أو البرمجة، فإن كلمة "خوارزمية" قد تكون يونانية لك، لكنها واحدة من اللبنات الأساسية لكل ما تستخدمه لقراءة هذه المقالة.وفيما يلي شرح سريع لما هي عليه، وكيف تعمل.

تنويه: أنا لست رياضيات أو مدرس علوم الكمبيوتر، لذلك ليس كل المصطلحات التي أستخدمها تقنية.هذا لأنني أحاول أن أشرح كل شيء في اللغة الإنجليزية عادي للناس ليست مريحة جدا مع الرياضيات.ومع ذلك، هناك بعض الرياضيات المشاركة، وهذا أمر لا مفر منه.المهوسون الرياضيات، لا تتردد في تصحيح أو شرح أفضل في التعليقات، ولكن من فضلك، يبقيه بسيط ل ديسينليند رياضيا بيننا.

صورة بواسطة إيان روتسالا

ما هي الخوارزمية؟

كلمة "خوارزمية" لها أصلا تشبه "الجبر"، إلا أن هذا يشير إلى عالم الرياضيات العربي نفسه، الخوارزمي( مجرد تديبيت مثيرة للاهتمام).خوارزمية، لغير المبرمجين بيننا، هي مجموعة من التعليمات التي تأخذ المدخلات، A، وتوفير الناتج، B، أن يغير البيانات المعنية بطريقة ما.الخوارزميات لديها مجموعة واسعة من التطبيقات.في الرياضيات، فإنها يمكن أن تساعد في حساب وظائف من النقاط في مجموعة البيانات، من بين أشياء أكثر تقدما.وبصرف النظر عن استخدامها في البرمجة نفسها، فإنها تلعب أدوارا رئيسية في أشياء مثل ضغط الملفات وتشفير البيانات.

A مجموعة أساسية من التعليمات

لنفترض أن صديقك يلتقي بك في محل بقالة وكنت توجيهه نحوك.يمكنك أن تقول أشياء مثل "تأتي من خلال الأبواب الجانب الأيمن"، "تمرير قسم الأسماك على اليسار"، و "إذا رأيت الألبان، أنت مرت لي". خوارزميات العمل من هذا القبيل.يمكننا استخدام مخطط انسيابي لتوضيح التعليمات بناء على المعايير التي نعرفها في وقت مبكر أو معرفة أثناء العملية.

( صورة عنوانها "إيسبرياكينغ روتيني" إديت: كورتيسي أوف تريجر أند فريوهيل)

من ستارت، سوف تتجه إلى أسفل المسار، واعتمادا على ما يحدث كنت تتبع "تدفق" إلى نتيجة النهائية.الرسوم البيانية هي الأدوات البصرية التي يمكن أن تمثل أكثر مفهوما مجموعة من التعليمات المستخدمة من قبل أجهزة الكمبيوتر.وبالمثل، تساعد الخوارزميات على تحقيق نفس الشيء مع نماذج أكثر اعتمادا على الرياضيات.

الرسوم البيانية

دعونا نستخدم رسما بيانيا لتوضيح الطرق المختلفة التي يمكن أن نقدم بها الاتجاهات.

يمكننا التعبير عن هذا الرسم البياني كحلقة وصل بين جميع نقاطه.من أجل إعادة إنتاج هذه الصورة، يمكننا أن نعطي مجموعة من التعليمات لشخص آخر.

الطريقة 1

يمكننا تمثيل ذلك كمجموعة من النقاط، وستتبع المعلومات الشكل القياسي للرسم البياني ={ (x1، y1)،( x2، y2)،. ..،( شن، ين)}.الرسم البياني

=( 0،0)،( 3،0)،( 3،3)،( 5،5)،( 7،10)،( 8،7)،( 9،4)،( 10،1)}

من السهل جدا رسم كل نقطة، واحدة تلو الأخرى، وربطها بالنقطة السابقة.ومع ذلك، تخيل رسم بياني مع ألف نقطة أو أجزاء متعددة كل الذهاب في كل وسيلة.تلك القائمة سيكون لها الكثير من البيانات، أليس كذلك؟ومن ثم الحاجة إلى ربط كل واحد، واحد في وقت واحد، يمكن أن يكون الألم.

الطريقة الثانية

شيء آخر يمكننا القيام به هو إعطاء نقطة الانطلاق، منحدر الخط بينه وبين النقطة التالية، وبيان أين نتوقع النقطة التالية باستخدام الشكل القياسي للرسم البياني ={ (نقطة البداية}، [m1، x1، h1]،. ..، [من، شن، هن]. . هنا، يمثل المتغير 'm' ميل الخط، 'x' يمثل اتجاه العد في( سواء x أو y)، و h''( 0، x، 3]، [0، y، 3]، [1، x، 2]، [2.5، x، 2]، [-3، x، 1]، [-3، x، 1]، [-3، x، 1]}

سوف ينتهي بك الأمرنفس الرسم البياني يمكنك أن ترى أن المصطلحات الثلاثة الأخيرة في هذا التعبير هي نفسها، ولذا فإننا قد تكون قادرة على تقليم ذلك أسفل فقط قائلا "تكرار ثلاث مرات" في بعض الطريق، دعونا نقول أنه في أي وقت ترى المتغير 'R'،( 0، x، 3]، [0، y، 3]، [1، x، 2]، [0، x، 3]،[2.5، x، 2]، [-3، x، 1]، [R = 2]}

ماذا لو كانت النقاط الفردية لا تهم حقا، والرسم البياني نفسه فقط يفعل؟يمكننا دمج تلك الأجزاء الثلاثة الأخيرة مثل:

غراف ={ (0،0)، [0، x، 3]، [0، y، 3]، [1، x، 2]، [2.5، x، 2]، [-3، x، 3]}

إنها تقصر الأمور قليلا عن المكان الذي كانت عليه من قبل.

الطريقة 3

لنحاول القيام بذلك بطريقة أخرى.

y = 0، 0≤x≤3
x = 0، 0≤y≤3
y = x، 3≤x≤5
y = 2.5x-7.5، 5≤x≤7
y = -3x + 29، 7≤x≤8
y = -3x + 29، 8≤x≤9
y = -3x + 29، 9≤x≤10

هنا لدينا مصطلحات جبرية نقية.مرة أخرى، إذا كانت النقاط نفسها لا يهم وفقط الرسم البياني لا، يمكننا دمج العناصر الثلاثة الماضية.

y = 0، 0≤x≤3
x = 0، 0≤y≤3
y = x، 3≤x≤5
y = 2.5x-7.5، 5≤x≤7
y = -3x + 29، 7≤x≤10

الآن، الطريقة التي تختار تعتمد على قدراتك.ربما كنت كبيرة مع الرياضيات والرسوم البيانية، لذلك يمكنك اختيار الخيار الأخير.ربما كنت جيدة في التنقل، لذلك اخترت الخيار الثاني.في مجال الكمبيوتر، ومع ذلك، كنت تفعل العديد من أنواع مختلفة من المهام وقدرة الكمبيوتر لا تتغير حقا.لذلك، يتم تحسين الخوارزميات للمهام التي يكملونها.

نقطة هامة أخرى أن نلاحظ أن كل طريقة تعتمد على مفتاح.كل مجموعة من التعليمات لا طائل منه إلا إذا كنت تعرف ما يجب القيام به معهم.إذا كنت لا تعرف أن كنت من المفترض أن مؤامرة كل نقطة وربط النقاط، المجموعة الأولى من النقاط يعني شيئا.إلا إذا كنت تعرف ما يعني كل متغير في الطريقة الثانية، فإنك لن تعرف كيفية تطبيقها، مثل الكثير من المفتاح إلى الشفرات.هذا المفتاح هو أيضا جزء لا يتجزأ من استخدام الخوارزميات، وغالبا ما يتم العثور على هذا المفتاح في المجتمع أو عن طريق "معيار".

ضغط الملف

عند تحميل ملف. zip، يمكنك استخراج محتويات بحيث يمكنك استخدام أيا كانهو داخل منه.في الوقت الحاضر، يمكن لمعظم أنظمة التشغيل الغوص في ملفات. zip كما كانت المجلدات العادية، والقيام بكل شيء في الخلفية.على جهاز ويندوز 95 قبل أكثر من عقد من الزمان، كان علي استخراج كل شيء يدويا قبل أن أرى أي شيء أكثر من أسماء الملفات في الداخل.وذلك لأن ما تم تخزينه على القرص كملف. zip لم يكن في شكل قابل للاستخدام.التفكير في الأريكة الانسحاب.عندما كنت ترغب في استخدامه كسرير، لديك لإزالة وسائد وتكشف عنه، والتي تأخذ مساحة أكبر.عندما لا تحتاج إليها، أو تريد نقلها، يمكنك طيها احتياطيا.

يتم تعديل خوارزميات الضغط وتحسينها خصيصا لأنواع الملفات التي تستهدفها.فالأشكال السمعية، على سبيل المثال، تستخدم كل طريقة مختلفة لتخزين البيانات التي، عند فك تشفيرها بواسطة برنامج ترميز الصوت، تعطي ملفا صوتيا يشبه شكل الموجة الأصلي.لمزيد من المعلومات حول هذا الاختلاف، راجع مقالنا السابق، ما هي الاختلافات بين جميع تلك الصيغ الصوتية؟تنسيقات الصوت ضياع و. زيب الملفات لها شيء واحد مشترك: كلاهما ينتج البيانات الأصلية في شكلها الدقيق بعد عملية إزالة الضغط.تستخدم برامج ترميز الصوت الخبيثة وسائل أخرى لتوفير مساحة على القرص، مثل ترددات التشذيب التي لا يمكن سماعها بواسطة آذان بشرية وتمهيد شكل الموجة في الأقسام للتخلص من بعض التفاصيل.في النهاية، في حين أننا قد لا تكون قادرة على سماع حقا الفرق بين MP3 ومسار سد، وهناك بالتأكيد نقص المعلومات في السابق.

يتم استخدام خوارزميات تشفير البيانات

أيضا عند تأمين خطوط البيانات أو الاتصالات.بدلا من تخزين البيانات بحيث تستخدم مساحة أقل على القرص، يتم تخزينها بطريقة لا يمكن الكشف عنها بواسطة برامج أخرى.إذا سرق شخص ما القرص الصلب الخاص بك ويبدأ لمسح ذلك، فإنها يمكن التقاط البيانات حتى عند حذف الملفات لأن البيانات نفسها لا تزال هناك، على الرغم من أن موقع إعادة توجيه إلى أنه ذهب.عندما يتم تشفير البيانات، أيا كان المخزن لا يبدو ما هو عليه.وعادة ما تبدو عشوائية، كما لو أن التشظي قد تراكمت مع مرور الوقت.يمكنك أيضا تخزين البيانات وجعلها تظهر كنوع آخر من الملفات.ملفات الصور وملفات الموسيقى جيدة لهذا، لأنها يمكن أن تكون كبيرة جدا دون الشك في، على سبيل المثال.ويتم كل هذا باستخدام خوارزميات رياضية، والتي تأخذ نوعا من المدخلات وتحويله إلى نوع آخر، نوع محدد جدا من الإخراج.لمزيد من المعلومات حول كيفية عمل التشفير، راجع هت يوضح: ما هو التشفير وكيف يعمل؟

الخوارزميات هي الأدوات الرياضية التي توفر مجموعة متنوعة من الاستخدامات في علوم الكمبيوتر.وهي تعمل على توفير مسار بين نقطة البداية ونقطة النهاية بطريقة متسقة، وتوفير الإرشادات لمتابعة ذلك.معرفة أكثر مما أبرزنا؟تبادل التفسيرات الخاصة بك في التعليقات!