الگوریتم به مجموعه قوانینی اطلاق میشود که بیانگر سلسهمراتب انجام یک فرآیند هستند و در زمینههای مختلفی در علوم و فنون مهندسی و حتی علوم و فنون غیر مهندسی کاربرد دارد. دوره آموزش طراحی الگوریتم ... ادامه
الگوریتم به مجموعه قوانینی اطلاق میشود که بیانگر سلسهمراتب انجام یک فرآیند هستند و در زمینههای مختلفی در علوم و فنون مهندسی و حتی علوم و فنون غیر مهندسی کاربرد دارد. دوره آموزش طراحی الگوریتم با هدف آموزش این مبحث مهم تهیه و تدوین شده است. درس طراحی الگوریتم همچنین یکی از مباحث مهم در رشتههای علوم و مهندسی کامپیوتر است.
برای نوشتن الگوریتم، موارد زیر بهعنوان پیشنیاز موردنیاز است:
دو بچه، علی و محمد را در نظر بگیرید که مکعب روبیک را حل میکنند. علی میداند که چگونه آن را در تعداد مشخصی از مراحل حل کند. از سوی دیگر محمد میتواند که این کار را انجام دهد اما از روند کارآگاه نیست. علی مکعب را در عرض 2 دقیقه حل میکند درحالیکه محمد ممکن است با ساعتها آزمونوخطا آن را حل کند.
بنابراین زمان موردنیاز برای حل یک مشکل با رویه الگوریتم بسیار مؤثرتر از زمانی است که بدون هیچ روشی یک مسئله را حل کرد. ازاینرو نیاز به الگوریتم ضروری است.
تجزیهوتحلیل الگوریتم بخش مهمی از نظریه پیچیدگی محاسباتی (پیچیدگی زمانی و پیچیدگی حافظه) است که تخمین نظری منابع موردنیاز یک الگوریتم را برای حل یک مشکل محاسباتی خاص ارائه میدهد. تجزیهوتحلیل الگوریتمها تعین مقدار منابع زمانی و مکانی موردنیاز برای اجرای آن است که در دوره آموزش طراحی الگوریتم بهخوبی این موضوع پوشش داده شده است.
دلایل زیر همگی نیاز به تجزیهوتحلیل الگوریتم را بیان خواهند کرد:
انواع روش ارزیابی برای الگوریتم به صورت موارد زیر است:
در دوره آموزش طراحی الگوریتم باحالتهای مختلف تجزیهوتحلیل الگوریتمها بیشتر آشنا خواهیم شد.
درس طراحی و تحلیل الگوریتمها یکی از پایهایترین درسهای در رشتههای علوم کامپیوتر و همچنین رشته مهندسی کامپیوتر بهحساب میآید. هدف از این درس، مطالعه و بررسی روشهای طراحی الگوریتمها برای حل مسائل مختلف و چگونگی تحلیل و اثبات درستی آنها است. همچنین دستهبندی مسائل و شناسایی مسائل محاسباتی سخت که در زمان قابلقبول نمیتوان جواب آنها را به دست آورد، نیز پوشش داده میشود. درس طراحی الگوریتم توسط استاد محمد گنج تابش در دانشگاه تهران ضبط شده است.
درس طراحی الگوریتم یکی از درسهای پایه و پیشنیاز دروس مهم دیگر در رشته مهندسی کامپیوتر و علوم کامپیوتر بهحساب میآید و برای کنکور کارشناسی ارشد و حتی دکتری از اهمیت بالایی برخوردار است. همچنین امروزه بسیاری از رستههای شغلی مانند مهندسی نرمافزار، شبکههای کامپیوتری، طراحان آموزش ساختمان داده، مهندسین هوش مصنوعی وغیره بهشدت به این الگوریتمها وابسته هستند و بدون درک و آگهی از الگوریتم کار در این حوزهها امکان ندارد.
کلمه الگوریتم (Algorithm) به معنای مجموعه قوانینی است که در محاسبات یا سایر عملیات حل مسئله باید رعایت شود یا روشی برای حل یک مسئله ریاضی در تعداد محدودی از مراحل که اغلب شامل عملیات بازگشتی است. در دوره آموزش طراحی الگوریتم قرار بر این خواهد بود با الگوریتم و جنبههای مختلف آن آشنا شویم.
الگوریتم را میتوان با مثال دستور پخت یک غذا فهمید. برای پختن یک نوع غذا میتوان، دستورالعملها و مراحل را خواند و آنها را یکییکی در ترتیب دادهشده اجرا کرد. نتیجه بهدستآمده پیروی از این دستورات غذایی است که قرار بود شما آماده کنید. الگوریتمها در زندگی روزانه ما کاربر بسیار فراوانی دارند. هر بار که از تلفن، کامپیوتر، لپتاپ یا ماشینحساب خود استفاده میکنید، از الگوریتمها استفاده میکنید. بهطور مشابه، الگوریتمها به انجام یک کار در برنامهنویسی برای دریافت خروجی مورد انتظار کمک میکنند. در دوره آموزش طراحی الگوریتم ما با الگوریتمها، انواع الگوریتم و جنبههای مختلف آنها آشنا خواهیم شد.
الگوریتم روشی گامبهگام برای حل مسئله است. الگوریتم خوب باید از نظر زمان و مکان بهینه شود. انواع مختلف مسائل نیازمند انواع مختلفی از تکنیکهای الگوریتمی هستند تا به بهترین شکل حل شوند. الگوریتمها انواع مختلفی دارند که در این دوره آموزش طراحی الگوریتم با هرکدام یک از آنها آشنا خواهیم شد.
الگوریتمهای طراحیشده مستقل از زبان هستند، یعنی دستورالعملهای سادهای بهحساب میآیند که میتوانند در هر زبانی پیادهسازی شوند، اما خروجی همانطور که انتظار میرود، یکسان خواهد بود.
برای اینکه برخی دستورالعملها الگوریتم بهحساب آیند، باید ویژگیهای زیر را داشته باشند:
چندین نوع الگوریتم موجود است که در دوره آموزش طراحی الگوریتم بهصورت عملی پوشش دادهشدهاند. برخی از الگوریتمهای مهم عبارتاند از:
این نوع الگوریتم مبتنی بر بازگشت است. در بازگشت، یک مشکل با شکستن آن به مسائل فرعی از همان نوع و فراخوانی دوباره و دوباره خود تا زمانی که مشکل با کمک یک شرط پایه حل شود، حل میشود. برخی از مشکلات رایج که با استفاده از الگوریتمهای بازگشتی حل میشوند عبارتاند از: فاکتوریل یک عدد، سری فیبوناچی، برج هانوی و غیره.
در الگوریتمهای Divide and Conquer، ایده این است که مسئله را در دو بخش حل کنیم، بخش اول مسئله را به مسائل فرعی از همان نوع تقسیم میکند. بخش دوم این است که مسئله کوچکتر را بهطور مستقل حل کنید و سپس نتیجه ترکیبی را برای ایجاد پاسخ نهایی به مسئله اضافه کنید. برخی از مشکلات رایج که با استفاده از الگوریتمهای تقسیم و غلبه حل میشوند عبارتاند از جستجوی دودویی، مرتبسازی ادغامی، مرتبسازی سریع، ضرب ماتریس استراسن و غیره.
این نوع الگوریتم همچنین بهعنوان تکنیک حافظه سازی شناخته میشود، زیرا در این ایده، ذخیره نتیجه محاسبه شده قبلی برای جلوگیری از محاسبه مجدد آن است. در برنامهنویسی پویا میتوان مسئله پیچیده را به زیرمشکل های کوچکتر همپوشانی تقسیم کرد و نتیجه را برای استفاده در آینده ذخیره کرد. در دوره آموزش طراحی الگوریتم برنامهنویسی پویا یکی از مباحث مهم است.
مشکلات زیر را میتوان با استفاده از الگوریتم برنامهنویسی پویا حل کرد:
در الگوریتم حریصانه، راهحل قسمت به قسمت ساخته میشود. تصمیمگیری برای انتخاب قسمت بعدی بر این اساس انجام میشود که فواید آن را به همراه دارد. هرگز به انتخابهایی که قبلاً انجامشده بود توجه نمیکند.
برخی از مشکلات رایجی که میتوان از طریق الگوریتم حریصانه حل کرد عبارتاند از: الگوریتم کوتاهترین مسیر Dijkstra، الگوریتم Prim، الگوریتم Kruskal، کدگذاری هافمن و غیره، در دوره آموزش طراحی الگوریتم به مسائل الگوریتم حریصانه پرداختهشده است.
در الگوریتم عقبگرد (Backtracking) مسئله به روش افزایشی حل میشود، یعنی یک تکنیک الگوریتمی برای حل مسائل بهصورت بازگشتی با تلاش برای ساختن راهحلی بهصورت تدریجی. برخی از مسائل رایجی که میتوان از طریق الگوریتم Backtracking حل کرد عبارتاند از: چرخه همیلتونی، مسئله رنگآمیزی گراف و غیره.
در الگوریتم تصادفی، از یک عدد تصادفی استفاده میکنیم. این به تصمیمگیری در مورد نتیجه مورد انتظار کمک میکند. برخی از مشکلات رایجی که میتوان از طریق الگوریتم تصادفی حل کرد عبارتاند از مرتبسازی سریع، مرتبسازی انتخابی و سایر موارد.
الگوریتم مرتبسازی برای مرتبسازی دادهها به ترتیب صعودی یا نزولی استفاده میشود. همچنین برای مرتبسازی دادهها به شیوهای کارآمد و مفید این الگوریتم بسیار حائز اهمیت است. برخی از مشکلات رایجی که از طریق الگوریتم مرتبسازی قابلحل هستند عبارتاند از: مرتبسازی حبابی، مرتبسازی درجی، مرتبسازی ادغامی، مرتبسازی انتخابی و مرتبسازی سریع نمونههایی از الگوریتم مرتبسازی هستند. در دوره آموزش طراحی الگوریتم همه مرتبسازیها پوشش داده شدهاند.
الگوریتم جستجو الگوریتمی است که برای جستجوی کلید خاص در دادههای مرتبشده یا مرتبنشده خاص استفاده میشود. برخی از مشکلات رایجی که از طریق الگوریتم جستجو قابلحل هستند عبارتاند از جستجوی باینری (جستجوی دودویی) یا جستجوی خطی یکی از نمونههای الگوریتم جستجو است. در دوره آموزش طراحی الگوریتم الگوریتمهای مختلف جستجو موردبحث قرار داده شدهاند.
الگوریتمهای هش مانند الگوریتم جستجو کار میکنند، اما حاوی یک شاخص با شناسه کلید، یعنی یک جفت کلید-مقدار هستند. در هش کردن، یک کلید به دادههای خاصی اختصاص میدهیم. برخی از مشکلات رایج را میتوان از طریق الگوریتم هشینگ در تأیید رمز عبور حل کرد.
مزایای الگوریتم:
معایب الگوریتمها:
درە دوره آموزش طراحی الگوریتم با نقاط قوت و ضعف الگوریتمها بیشتر آشنا خواهیم شد.
اطلاعات بیشتر
از مجموع 35 امتیاز
19 نظرنظرات بیشتر
دکتر محمد گنجتابش عضو هیئتعلمی گروه علوم کامپیوتر دانشگاه تهران است. ایشان دوره کارشناسی خود را در رشته ریاضی محض از دانشگاه تبریز و دورههای کارشناسی ارشد و دکتری را در رشته علوم کامپیوتر از دانشگاه تهران به اتمام رساندهاند. ایشان همچنین دکتری دوم خود را در رشته بیوانفورماتیک دانشگاه اکول پلیتکنیک فرانسه گذراندهاند. زمینههای تحقیقاتی موردعلاقه وی الگوریتمهای بیوانفورماتیک (مسائل مربوط به ساختارهای RNA) و علوم اعصاب محاسباتی، بهخصوص شبکههای عصبی ضربهای و مدلسازی فرایندهای سیستم بینایی در مغز است.
اطلاعات بیشتر