С инструкциями жить легко. Сразу понятно, что и как делать. Программы работают по этому же принципу. Например, пользователь заходит на сайт, кликает на кнопку и получает определенный результат. Он не видит, как умная программа обрабатывает этот клик и сколько действий выполняет. А у нее, между прочим, есть инструкция на каждый ваш «тык». Программа работает по алгоритму, чтобы решить стоящие перед ней задачи самым эффективным способом.
Что такое алгоритмы, кому и зачем они нужны?
Алгоритмами называют четкую последовательность действий, за которой следует результат. Они предназначены в первую очередь для устранения неопределенности в процессе производства чего-либо. То есть мы должны выполнить какие-то конкретные действия, и тогда получим то, что нам нужно. Фактически алгоритмы — это шаги.
Приготовим блинчики вместе?
Ингредиенты:
- молоко, 500 мл
- мука, 120 гр
- 2 яйца
- сахар, 3 ст.л.
- соль, 1 щепотка
- растительное масло, 2 ст.л.
Этапы приготовления:
- Куриные яйца смешать с сахаром и солью.
- В получившуюся смесь влить молоко. Слегка взбить.
- Добавить муку, хорошо перемешать. Влить растительное масло.
- Дать тесту отдохнуть 15-20 минут.
- На раскаленной сковороде, смазанной маслом (только для первого блина), жарить блины с двух сторон по 1-2 минуты.
В данном примере алгоритм — этапы приготовления. Если четко следовать инструкции, на нашем столе окажется тарелочка ароматных блинчиков, как мы того и хотели.
В программировании алгоритмы работают аналогичным образом и приводят пользователя к ожидаемому повторяемому результату. Правда, на практике все несколько сложнее. Ведь компьютеру непонятны совершенно логичные действия, как например: «добавить муку», «слегка взбить» и т.д. Ему нужен более подробный алгоритм, да еще и написанный на конкретном языке программирования.
Подведем небольшой итог. Алгоритм (в информатике и программировании) — инструкция для компьютера, описанная через программный код. Однако алгоритмы помогают не только выполнять программы. Они могут отсортировывать и отфильтровывать данные, искать информацию, производить арифметические операции — делать все, что требует автоматизации из-за однообразности задач, их повышенной сложности или сжатых сроков выполнения. Таким образом, алгоритмы нужны человеку, чтобы решать решаемые задачи с экономией времени и других ресурсов. А пример с блинами еще раз продемонстрировал, что алгоритмы можно найти даже в повседневных вещах. В области науки и техники алгоритмы давно стали верными товарищами инженеров, разработчиков, тестировщиков, а также других специалистов из смежных сфер.
Свойства и виды алгоритмов
Как заметить алгоритм среди множества других процессов? Ищите его по свойствам или характеристикам, таким как:
- дискретность — делимость на команды или шаги
- массовость — направленность на решение не одной, а целого класса однотипных задач, что может выражаться, например, формулой
- детерминированность — четкость в последовательности шагов и инструкций
- понятность — возложение на исполнителя алгоритма (устройство или человека) знакомых и понятных ему действий
- результативность — приведение к конечному результату
- завершаемость — окончание работы за определенное количество шагов.
Но не все алгоритмы похожи друг на друга. В линейных алгоритмах действие выполняется одно за другим, как в рецепте блинчиков. В ветвящихся алгоритмах выполнение определенного действия зависит от условий (например, если число равно n, его нужно удалить). Циклические алгоритмы состоят из повторяющихся действий: когда цикл заканчивается, действия снова воспроизводятся и повторяются несколько раз до результата (например, выучить стихотворение — нет — повторить; да — конец).
Выделяют также рекурсивные, когда алгоритм вызывает сам себя, но уже с другими данными, вероятностные, когда на работу алгоритма влияют не только входные, но и случайные данные, основные, которые решают основную задачу, и вспомогательные, которые решают подзадачу и используются внутри основного, алгоритмы.
Графическое изображение алгоритма. Можно ли написать алгоритм без знания языка программирования?
Алгоритмы можно выразить текстом, визуально (схематично/графически) или с помощью программного кода, к которому прибегают программисты.
Рецепт блинчиков на завтрак, например, уместился всего в 5 пунктов. Для наглядности можно использовать и блок-схемы, которые помогают лучше понять структуру и очередность выполнения шагов. Тогда наш рецепт можно изобразить так:
Но если нам нужно запрограммировать на жарку блинов настоящего робота, то тут без программного кода не обойтись. Однако сложность заключается еще и в том, что языков программирования много. И если над проектом трудятся сразу несколько разработчиков, которые, например, пишут на Java и Python, то требуется универсальный алгоритм, не привязанный к определенному синтаксису языка. Тогда специалисты обращаются к псевдокоду.
Псевдокод решает проблему различий в языках программирования и позволяет описывать сложные процессы и логические последовательности в упрощенном виде. Он применяется в основном на начальных этапах разработки программ, при оптимизации алгоритмов или во время подготовки документации.
Использование алгоритмов в программировании и IT
Вот только в сфере IT именно алгоритмы нашли наиболее широкое применение. Так, любая компьютерная программа состоит из определенного количества инструкций, в которых алгоритмы выполняют определенные действия. Например, алгоритмы управления памятью позволяют эффективно использовать ресурсы устройства, алгоритмы сортировки и анализа информации обрабатывают и приводят к порядку большие массивы данных. Также алгоритмы выполняют сложные математические вычисления, избавляя разработчиков и аналитиков от данной работы, и т.д. Алгоритмы эффективны там, где нужно сделать множество операций и сэкономить время или найти решение по-настоящему сложных задач.
Еще алгоритмы помогают учиться всяким важным вещам. На уроках школьники решают математические уравнения, руководствуясь строгим алгоритмом действий, планируют распределение карманных денег, да и простой поход в магазин за продуктами можно рассматривать как линейный или ветвящийся алгоритм.
А еще алгоритмы — это весело. Ведь алгоритмами можно не только пользоваться, но и создавать свои собственные. На занятиях в ITeen Academy ученики осваивают алгоритмический подход с помощью простых упражнений и применяют алгоритмы в практической деятельности. А после презентуют собственные проекты и занимают призовые места во всевозможных конкурсах.
Подружите ребенка с алгоритмами в ITeen Academy, потому что полезное обучение может быть еще и интересным!