Алгоритм что это простыми словами
Алгоритм
Из Википедии — свободной энциклопедии
Алгори́тм (лат. algorithmi — от имени среднеазиатского математика Аль-Хорезми [1] ) — конечная совокупность точно заданных правил решения некоторого класса задач или набор инструкций, описывающих порядок действий исполнителя для решения определённой задачи. В старой трактовке вместо слова «порядок» использовалось слово «последовательность», но по мере развития параллельности в работе компьютеров слово «последовательность» стали заменять более общим словом «порядок». Независимые инструкции могут выполняться в произвольном порядке, параллельно, если это позволяют используемые исполнители.
Ранее в русском языке писали «алгорифм», сейчас такое написание используется редко, но тем не менее имеет место исключение (нормальный алгорифм Маркова).
Часто в качестве исполнителя выступает компьютер, но понятие алгоритма необязательно относится к компьютерным программам, так, например, чётко описанный рецепт приготовления блюда также является алгоритмом, в таком случае исполнителем является человек (а может быть и некоторый механизм, например ткацкий или токарный станок с числовым управлением, и пр.).
Можно выделить алгоритмы вычислительные (далее речь в основном идёт о них), и управляющие. Вычислительные, по сути, преобразуют некоторые начальные данные в выходные, реализуя вычисление некоторой функции. Семантика управляющих алгоритмов существенным образом может отличаться и сводиться к выдаче необходимых управляющих воздействий либо в заданные моменты времени, либо в качестве реакции на внешние события (в этом случае, в отличие от вычислительного алгоритма, управляющий может оставаться корректным при бесконечном выполнении).
Понятие алгоритма относится к первоначальным, основным, базисным понятиям математики. Вычислительные процессы алгоритмического характера (арифметические действия над целыми числами, нахождение наибольшего общего делителя двух чисел и т. д.) известны человечеству с глубокой древности. Однако в явном виде понятие алгоритма сформировалось лишь в начале XX века.
Частичная формализация понятия алгоритма началась с попыток решения проблемы разрешения (нем. Entscheidungsproblem ), которую сформулировал Давид Гильберт в 1928 году. Следующие этапы формализации были необходимы для определения эффективных вычислений [2] или «эффективного метода» [3] ; среди таких формализаций — рекурсивные функции Геделя — Эрбрана — Клини 1930, 1934 и 1935 гг., λ-исчисление Алонзо Чёрча 1936 г., «Формулировка 1» Эмиля Поста 1936 года и машина Тьюринга.
Про алгоритмы для новичков
Если вы когда-либо слышали, что алгоритмы нужно знать всем разработчикам, но что это такое представляете с трудом – вам сюда.
Для опытных программистов некоторые понятия, в том числе и алгоритмы, настолько фундаментальны, что не возникает даже мыслей о том, что, то или иное определение может оказаться непонятным, сложным или вообще, пугающим, для новичка.
Алгоритм – вызывает ассоциации ни то с логарифмами, ни то с арифметикой.
И это слово действительно пришло из математики и использовалось для описания алгоритма Евклида, который применяется для нахождения наибольшего общего делителя двух целых чисел.
Если говорить нормальным языком, алгоритм – это пошаговая инструкция, где результат прошлого шага строго определен и используется в качестве входных данных для следующего шага.
Однако, поскольку в реальной жизни при написании программы совсем нечасто нужно искать общий делитель у целых чисел, раскладывать на множители и вообще думать о математиках, творивших в 300-е года до н.э., рассмотрим немного более жизненный пример применения алгоритмов.
Давайте представим, что телефонный справочник все еще актуален (да, тот бумажный, если вы их застали). Допустим, мы хотим набрать Николая Должанского. Принимая во внимание, что Николай есть в телефонном справочнике, мы можем найти его номер несколькими различными способами.
Метод полного перебора или линейный/последовательный поиск
Самый простой способ найти что-то в списке – пройти по нему по порядку, сравнивая с искомым значением. То есть:
1. Надежда Александрова –> не подходит
2. Николай Алексеев –> не подходит
И так далее, пока вы не найдете наконец Николая Должанского. Вероятно, понадобятся десятки и даже сотни операций сравнения. То есть, если вы захотите поболтать с Ярославом Яковлевым, то это займет порядком больше времени.
Как вы уже поняли, смысл алгоритма линейного поиска заключается в простом переборе значений от начала списка и до конца (или искомого результата). Это брутфорс. Этот алгоритм крайне прост и может возникнуть множество ситуаций, где его использование будет иметь смысл.
Например, если нужно найти телефон приятеля не в целой книге, а, предположим, на клочке бумаги, где помимо его номера всего десяток других записей – пройти список сверху вниз, в этом случае, будет умным решением.
Поиск по частям
У большинства людей просто не хватит терпения перебирать весь справочник. Поэтому они пойдут более прагматичным путем – будут разделять книгу на части.
Процесс деления на части предполагает сначала нахождение основной области, где, предположительно, находится искомое значение. Мы тут все еще ищем Николая Должанского.
Поиск начнем, перелистнув книгу на 30 страниц вперед. Мы увидим, что все фамилии начинаются на «Б». Перейдем еще на 60 вперед и увидим «Г». Достоверно известно, что «Г» находится прямо перед «Д», а значит, Коля где-то рядом и с этого момента мы будем двигаться осторожнее.
Этот алгоритм описывает, как большинство людей ищут что-то в справочниках. Но поскольку мы, люди, часто выбираем неоптимальные пути решения задач, рассмотрим правильный подход к делению на части – бинарный алгоритм поиска.
Бинарный алгоритм поиска
Вот это уже звучит серьезно, да? На самом деле, ничего сложного. Бинарный поиск предполагает, что мы будем делить исходный массив данных пополам, отбрасывать ту часть, где искомого значения быть не может и делить остаток пополам снова, пока область поиска не сократится до минимально возможной.
В терминах телефонной книги, работа будет строиться следующим образом. Наш справочник содержит 400 страниц. Даже если мы все еще ищем Николая Должанского, который находится на 136 странице, мы можем воспользоваться бинарным поиском. Делим книгу пополам и по счастливой случайности попадаем прямо между буквами «М» и «Н» на 199 и 200 страницах соответственно. Мы знаем, что буква «Д» в алфавите находится перед «М», так что справедливо будет утверждение:
Николай Должанский находится на странице между 0 и 199
Ту часть, что начинается с «Н» мы выбрасываем.
Далее, мы делим на две части первые 200 страниц телефонного справочника и видим, что попали мы прямо на страницу с буквой «Г», а «Г», как известно, идет перед «Д». То есть нам снова стал известен неоспоримый факт:
Телефон Николая Должанского находится между 99 и 199 страницами
И вот, стартовав с 400 страниц, мы, всего через две операции сравнения, сократили область поиска на 3/4. Учитывая, что телефон Коли находится на 136 странице, нам предстоит сделать следующие операции:
Еще 6 сравнений. Чтобы рассчитать количество операций необходимых для нахождения нужной страницы бинарным поиском, мы можем взять логарифм от количества страниц с основанием 2 и получим:
то есть, округлив, в худшем случае – 9 операций сравнения. Рядом с исходным числом страниц, конечно, ерунда. Но давайте поговорим о по-настоящему серьезных книгах. Пусть в нашем справочнике будет не 400, а 4 000 000 страниц. Попробуйте представить, сколько операций сравнения нам потребуется? На самом деле, немного:
то есть, 22 раза нужно будет провести сравнение частей справочника, прежде, чем 4 000 000 превратятся в 1.
Сравните скорость работы линейного и бинарного алгоритмов поиска для такого количества страниц.
Заключение
В общем, так и со всеми алгоритмами. Изучение алгоритмов – это изучение способов решать проблемы и задачи наиболее оптимальным путем. Алгоритм – это решение, рассмотренное со всех сторон и преобразованное в эдакий todo-list действий, которые нужно совершить, чтобы воспроизвести его.
И отдельная тема, это преобразование алгоритма в код на конкретном языке, ведь в разных языках алгоритмы (особенно поисковые) могут реализовываться по-разному. Иногда, это может быть уже встроенная в язык функция, которая выдаст нужный результат из массива одной строкой, а где-то понадобиться пара-тройка десятков строк.
И, для примера, вот так будет реализован бинарный поиск на Ruby:
Что такое Алгоритм простыми словами
Хотим мы этого или не хотим, но уже сегодня человечество живет наполовину в цифровом мире. Математика – Богиня нашего цифрового мира и Алгоритм – пророк ее.
Впрочем, алгоритмы властвуют над человеком практически с того момента, когда двуногое существо начало мыслить и планировать свои действия на шаг вперед, что и дало людям критическое преимущество в борьбе за существование перед животными, живущими инстинктами.
Однако, инстинкт тоже в своем роде является алгоритмом, а в чем же тогда преимущество человека?
Именно способность самостоятельно создавать подобные действия и является кардинальным отличием мыслящего человека от подвластного природным инстинктам животного.
Что называется алгоритмом
В математике и информатике под алгоритмом понимается порядок операций или набор инструкций, предназначенных для описания последовательности действий исполнителя в процессе выполнения практической задачи, приводящей к заранее известному результату.
Многие люди не догадываются, но с алгоритмами люди сталкиваются буквально на каждом шагу в своей обычной жизни. И даже более того, без них человек не смог бы и шагу ступить.
Наиболее знакомые людям алгоритмы – это бытовые привычки. По сути, личность человека – это набор привычек, то есть, постоянно повторяющихся действий привычного поведения.
Думаю вам такой порядок действий хорошо знаком.
В глобальном смысле вся жизнь человека подчинена пролонгированному решению – родился, получил образование, устроился на работу, женился, родил детей, воспитал, вышел на пенсию.
Аналогичным образом функционируют и компьютерные программы, только для вычислительной машины порядок операция кодируется в виде последовательности цифр, букв и символов.
Понятно, что, чем сложнее порядок операций, приводящих к определенному результату, тем длиннее программа. Причем, алгоритм, то есть, порядок действий, не обязательно выглядит как линейна последовательность.
В зависимости от практической задачи структура алгоритма может изменяться.
Например, программа управления буром на нефтяной вышке. Пока грунт однообразный, бурение происходит в одном режиме. Если сверло натыкается на более твердую породу, происходит изменение режима бурения, для чего переключается программный алгоритм.
Жизнь человека – это тоже сложный разветвляющийся алгоритм. Пока мужчина холост – он живет по одному порядку, а когда женится – алгоритм (порядок жизни) мужчины кардинально меняется.
Здесь можно привести в пример работу повара в ресторане быстрого питания. Посетителе все как один заказывают гамбургеры. Повар, чтобы приготовить сотни гамбургеров, в течение рабочего дня повторяет одну и ту же последовательность операций. Открыл холодильник – вытащил полуфабрикат – поджарил котлету – разрезал булку – вложил котлету – добавил соус– закрыл булку.
Циклические действия мы видим в человеческом обществе. В некотором смысле, большинство людей повторяют один и тот же цикл жизни на протяжении столетий. Кажется, в буддизме это называется «карма».
В практике программирования, в жизни, на производстве алгоритмы могут быть любой сложности, в сочетании всех трех описанных типов.
Мы начали наше исследование с того, что цифровизация изменила человеческую цивилизацию. А когда начали углубленно разбираться в математических решениях, неожиданно выяснилось – ничего не изменилось от начала времен. Люди всегда жили по строгим правилам. Даже те люди полностью во власти алгоритмов, которые и считать-то не умеют.
В каких сферах их применяют
Алгоритмы буквально пронизывают всю Вселенную. Сам термин «algorithm», как принято считать, происходит от имени средневекового арабского математика Аль-Хорезми.
В новой истории данное понятие стало известно широкой публике в середине 20-го века, когда в моду вошла кибернетика. Основные принципы компьютерной алгоритмики как раз и были разработаны где-то в 50-х – 60-х годах прошлого века, в том числе советскими учеными.
В каких сферах деятельности применяются алгоритмы? Проще назвать – где они не применяются. В практическом смысле их массовое применение есть в промышленном производстве и сфере обслуживания позволило сделать колоссальный рывок в благосостоянии человеческого общества.
Возьмите лист бумаги и последовательно запишите все действия, которые вы совершаете каждый день. Составьте такие списки действий на всю неделю. Скорее всего окажется, что с понедельника по пятницу у вас вполне такой циклический алгоритм, а в субботу происходит небольшое ответвление.
В течение дня вы выполняете ряд линейных алгоритмов, приводящих к заранее известным результатам (приготовление и прием пищи, стирка одежды, исполнение своих профессиональных обязанностей в офисе или цеху).
Кстати, автоматическая стиральная машинка тоже использует ряд циклических алгоритмов в зависимости от типа белья.
По каким алгоритмам работает поиск от Google и Яндекс
Яркий пример – работа поисковых сервисов. Как же Яндекс и Google могут так быстро находить на миллионах сайтов в интернете ответы практически на любой вопрос пользователя?
Как известно из инсайдерских кругов, поисковые системы используют порядка 1500 алгоритмов для того, чтобы пользователи могли быстро находить в интернете любую информацию.
На самом общем уровне можно выделить три глобальных алгоритма поисковых машин.
Многие пользователи полагают, что после запуска поиска по фразе Google со всех ног мечется по всему интернету и там ищет относящуюся к делу (релевантную) информацию.
Ничего подобного. Весь контент со всех веб-страниц заранее собирается специальными программами (которые тоже есть алгоритмы) – так называемыми поисковыми роботами.
Собранная информация хранится в Индексе поисковой машины – базе данных. Слово Index по-английски означает «каталог». Это примерно, как в обычной библиотеке все книги разделены по полкам, а в Каталоге лежат карточки с краткими описаниями. Индекс Яндекса – это и есть такой цифровой каталог всего интернет-контента.
Когда пользователь запускает поиск по определенному вопросу, в работу вступает алгоритм определения релевантности. Соответствие контента на сайте вопрос пользователя определяется до смешного просто – если в тексте присутствуют фразы, соответствующего поисковому запросу – такой контент признается релевантным и подготавливается к выдаче.
Фразы в тексте, соответствующие поисковому запросу принято называть «ключевыми словами» или «ключевиками».
Чтобы поисковой машине было легче найти контент на сайте, веб-мастера специально добавляют в текстовый контент соответствующие ключевые слова. Это называется «поисковая оптимизация».
После того, как алгоритм релевантности нашел в базе данных (индексе) весь контент, подходящий по теме поискового запроса, в работу включаются все те сотни и тысячи алгоритмов, предназначенные для определения качества и полезности контента.
Некоторые алгоритмы поисковых систем известны и имеют названия.
Зная, что некоторые недобросовестные веб-мастера порой идут на манипуляции, чтобы получить преимущества в поисковой выдаче, программисты Google и Яндекс разработали фильтры. С помощью фильтров поисковый компьютер выявляет «серые», недобросовестные способы оптимизации сайтов и «пессимизирует», понижает такие ресурсы в результатах поиска по запросу.
Чтобы не допустить недобросовестной оптимизации и манипуляций, поисковые компании сохраняют свои истинные алгоритмы в строжайшем секрете.
Так то, всё, что известно относительно алгоритмов Яндекса и Google веб-мастерам и специалистам по поисковому продвижению, найдено и выявлено чисто эмпирическим путем или относится к области гипотетических предположений.
Что такое алгоритм
Здравствуйте, уважаемые читатели блога KtoNaNovenkogo.ru. В интернете очень часто встречается слово «алгоритм», и для многих оно является загадкой.
Разберемся на понятных и простых примерах с понятием алгоритма (что такое), а также с его видами и применением.
Алгоритм — это.
Алгоритмы окружают нас повсюду. По их принципам существует животный мир, люди, работают компьютеры и механизмы. Некоторые из них очевидны, другие же скрыты от глаз (но это не значит, что их нет).
Алгоритм в информатике — это последовательность действий, которая направлена на достижение окончательного решения проблемы наиболее оптимальными и эффективными способами.
Существует версия, что термин алгоритм произошел от имени древнего ученого Аль-Хорезми, который написал трактат «Книга о сложении и вычитании».
Позднее один из переводчиков на латинский язык неправильно перевел имя ученого и вынес его в название книги — «Алгоритмии о счете индийском». Так этот термин проник в европейские языки и закрепился в них.
Существуют сложные и легкие алгоритмы. Для решения одних не требуется усилий, а для других не хватит и всей мощности компьютеров.
Любые действия, предполагающие определенную последовательность в жизни животных и людей, можно назвать алгоритмом (поиск пищи для животного, поход в магазин за хлебом).
Конечно, животное, ищущее корм, не подозревает, что использует алгоритмы, но действует по определенным правилам (инстинктам), чтобы добыть пропитание:
В информатике и программировании алгоритмы используются для написания программ (что это такое?). Чем качественнее алгоритмы, используемые в программе, тем лучше она работает.
Когда вы начинаете изучать любой язык программирования, то первое, что вам объясняют — это принципы построения алгоритма для будущей программы. Это такие блок-схемы, которые наглядно покажут ход обработки данных и логику вычислений. Без них поначалу будет очень трудно писать программы.
Как все это делается и выглядит на практике отлично показано на приведенном выше видео. Не буду повторяться, а лишь настоятельно посоветую потратить десять минут на его просмотр.
Виды и типы алгоритмов
Линейный алгоритм — это последовательное выполнение инструкций в строгой очередности их расположения (пример, «сделать бутерброд с сыром»).
Ветвления — последовательность действий в соответствии с определенными условиями (если одно условие, то выполняется действие 1, если другой условие, то выполняется действие 2);
Пример: Если идет сильный дождь, тогда возьми зонт, а иначе брать зонт не нужно.
В большинстве случаев слово «иначе» опускается, так как из контекста первой части фразы уже понятна дальнейшая логика.
Пример: Если хотите сообщить что-то важное, позвоните по телефону (в данном случае, очевидно, что если сообщение неважное, то звонить не нужно).
Циклические алгоритмы — это последовательность действий, которую необходимо повторять несколько раз для достижения положительного результата («проверка груш на гнилые и не гнилые»).
Пример: В одном ящике лежат груши, необходимо отобрать гнилые и хорошие. Для этого совершаем следующие действия:
Иногда случаются ситуации, когда цикл начинает бесконечно повторяться. Это называется зацикливанием или бесконечный цикл.
Это происходит в том случае, когда условие не может быть выполнено, тогда цикл замыкается в бесконечное повторение. Стоит отметить, что таких ситуаций следует избегать.
В языках программирования существуют различные виды алгоритмов для решения определенных задач.
К основным видам, которые должен знать каждый начинающий программист, можно отнести те, которые используют методы сортировки и поиска.
Все, что нас окружает построено именно на этих алгоритмах, они считаются простыми для понимания.
Где применяют алгоритмы
В математических науках и информатике это поиск эффективного решения поставленной задачи с использованием инструментов и средств.
Например, даже при решении простой задачки (2 * 6) используются определенные методы и инструменты для получения правильного результата. Самое интересное заключается в том, что ее можно решить несколькими способами: использовав листок и ручку, посчитав на компьютере или выполнив умножение в уме. Наиболее эффективный способ решения этой задачи и будет лучшим алгоритмом в данном случае.
Но такие простые примеры не очень интересны для любителей информатики. Есть гораздо более захватывающие проблемы, волнующие умы многих программистов, и над их решением бьются ученые всего мира.
Задача продавца (коммивояжера)
Существуют более интересные примеры для понимания сложности функционирования алгоритмов. Например, задача коммивояжера.
Дано: одному продавцу необходимо посетить четыре города: например, Москву, Берлин, Лондон, и Сан-Франциско. Продать там товар, а затем вернуться обратно.
Решение задачи выглядит простым. Сначала из Москвы поехать в Берлин, затем посетить Лондон, а потом отправиться в Сан-Франциско и вернуться в Москву.
На самом деле это сложный для компьютера алгоритм. В этих 4-х вариантах скрыто 24 различных комбинаций путешествия для решения задачи. Компьютер высчитывает расстояние от одного города до другого, затем сравнивает варианты и выдает решение.
Но если увеличить количество городов (например, до 100), то компьютер не сможет решить эту задачу, так как вариантов будут миллионы, а на решение понадобится несколько веков.
Но самым интересным является то, что, поняв принцип решения подобной задачи, его можно распространить на все подобные, что расширит знания в области информатики (это что?) и других наук.
Машина Тьюринга — это основа для понимания алгоритмов
Это абстрактная машина, которую придумал Алан Тьюринг, известный британский ученый. Гениальность этого автомата состоит в следующем. Есть некая лента, состоящая из множества отдельных (бесконечных) ячеек, в которых содержатся данные или биты (0 и 1). Есть считывающее устройство, имеющее доступ к ленте.
В процессе движения устройство снабжено определенными инструкциями, получает доступ к ячейкам, считывает информацию и шагает дальше. Но машина может изменять свои действия, записать другую информацию или передвигаться то в одну, то в другую сторону (на основе стека внутренних инструкций).
В результате исследований таких машин Тьюрингом выдвинута гипотеза о том, что алгоритм при нахождении значений некоторой функции, которая задана в области алфавита, только тогда существует, когда данная функция вычисляется на машине Тьюринга.
Это аксиома, постулат, которые невозможно доказать математическим методом, так как алгоритм — это не точное математическое понятие.
Заключение
Изучение алгоритмов — это важная часть в понимании работы компьютеров. Оно позволяет узнать, как компьютер функционирует, как принимает, обрабатывает данные и выдает необходимый результат.
Понимание принципов работы поможет лучше овладеть компьютерными языками, так как, владея принципами построения и создания эффективных алгоритмов, можно изучить любой язык программирования (как алфавит в иностранных языках).
Изучаете, осваивайте, применяйте алгоритмы. Надеемся, что наша статья помогла вам в этом!
Удачи вам! До скорых встреч на страницах блога KtoNaNovenkogo.ru
Эта статья относится к рубрикам:
Комментарии и отзывы (7)
Даже не прочитав статью, а прочитав название, сразу ответил правильно на вопрос. Алгоритм — это реально любая последовательность действий, которая позволит достичь цели.
Можно представить даже поход на работу в виде алгоритма. Если вышли вовремя, то идем на трамвай допустим, если опаздываем, то вызываем такси, если погода хорошая, то берем зонтик / не берем и т.д.
Все программирование в принципе построено на алгоритмах.
Чтобы разобраться с алгоритмами в написании программ нужно иметь хорошо развитое логическое мышление, для программиста главное орудие — это не математика, а именно логика.
Проблема ведь и кроется в том, что поменяв местами две инструкции, синтаксис языка программирования не будет нарушен, но будет нарушена логика, и это нарушение компилятор спокойно пропустит. Вот из-за таких логических ошибок и появляются баги в программах.
Я бы не сказал, что бесконечный цикл в программировании нужно избегать, тут всё от задумки программиста зависит. Если мы хотим, чтобы программа начиналась снова и снова, то тут и нужен бесконечный цикл, а выход из него можно предусмотреть с помощью ветвления if и else и оператора break.
Для успешного программирования нужно обладать хорошей логикой, ведь любой алгоритм опирается на логику, а не существует сам по себе.
Я заметил, что многие алгоритмы я не пропускаю через своё сознание, а выполняю их на уровне рефлекса, к примеру, сначала надеваю кофту, а на неё уже куртку, а не наоборот. Все простые алгоритмы именно так и выполняются, без включения осознанности.
Блок-схема — это слишком общий алгоритм, с его помощью можно понять лишь самую общую логику работы программы. Для написания программы этой схемы недостаточно.