تفکر الگوریتمی چیست و چطور با آن مشکلات معمول را حل کنیم؟

در دنیای برنامه نویسی، توانایی حل مسائل و چالش ها بیشتر از یادگیری تئوری مفاهیم اهمیت دارد. در واقع اینکه یاد بگیرید در شرایط چالشی و حساس، مانند یک برنامه نویس فکر کنید، تجزیه و تحلیل کنید و به حل مسائل بپردازید اهمیت بسیار زیادی دارد.

امروزه الگوریتم ها، جز جدایی ناپذیر زندگی انسان هستند و تقریبا در تمام اطراف ما، از پختن غذا گرفته تا رانندگی و بازی کردن و یادگیری و… وجود دارند. الگوریتم‌ ها به ما کمک می‌ کنند تا کارهایمان را به صورت منطقی و کارآمد انجام دهیم. آنها ابزاری قدرتمند هستند که می‌ توانند زندگی را آسان ‌تر کنند. با ادامه این مقاله همراه باشید تا به بررسی تفکر الگوریتمی و حل مسائل به کمک آنها، بپردازیم.

الگوریتم برنامه نویسی چیست؟

الگوریتم های برنامه نویسی یا Programming algorithm، دستورالعمل هایی هستند که فرایند کد زدن و حل چالش های آن را آسان تر می کنند. در واقع این دستورالعمل ها، روشی برای حل یک مسئله یا انجام محاسبات هستند. الگوریتم‌ ها معمولا به عنوان فهرست دقیقی از دستورالعمل ‌ها عمل می ‌کنند که اقدامات مشخص شده را، گام به گام (در روال‌ های مبتنی بر سخت ‌افزار یا نرم‌ افزار) انجام می ‌دهند. همچنین به طور گسترده، در تمام زمینه های IT استفاده می شوند.

طبقه بندی انواع الگوریتم برنامه نویسی

الگوریتم های برنامه نویسی را بر اساس ساختار، عملکرد و زبان مورد استفاده طبقه بندی می کنند که هر کدام دارای زیرشاخه های فرعی متعددی هستند. الگوریتم ها بر اساس ساختار به چندین نوع خطی، تکراری، انتخابی، شرطی و… تقسیم می شوند. بر اساس عملکرد نیز در انواع الگوریتم های جستجو، مرتب سازی، محاسباتی و… قابل استفاده هستند.

همچنین بر اساس زبان برنامه ‌نویسی مورد استفاده برای پیاده ‌سازی آنها، به الگوریتم‌ های زبان طبیعی، زبان ‌های متنوع مانند دوره برنامه نویسی پایتون، شبه کدها و… طبقه ‌بندی می شوند.

در اینجا چند نمونه از الگوریتم‌ های برنامه ‌نویسی آورده شده اند:

• الگوریتم جستجو: برای یافتن یک مقدار خاص در یک مجموعه داده
• الگوریتم مرتب‌ سازی: برای مرتب ‌سازی یک مجموعه داده
• الگوریتم محاسباتی: برای انجام محاسبات پیچیده ریاضی

تفکر الگوریتمی چیست؟

پیش از اینکه به بررسی تفکر الگوریتمی بپردازیم، لازم بود که با مفهوم اصلی الگوریتم ها و کاربرد آنها در مسائل مختلف آشنا شوید. حال که متوجه شدید الگوریتم ها، دستورالعملی برای حل مسئله یا محاسبات هستند، بهتر می توان مفهوم تفکر الگوریتمی یا Algorithmic thinking را توضیح داد.

تمام برنامه نویسان، در هنگام کار با کدها و ساختارهای یک بستر، با چالش ها و مسائلی مواجه می شوند که برای حل آنها، باید تفکر الگوریتمی داشته باشند. بنابراین می توان گفت که این تفکر یکی از توانایی های برنامه نویسان است که در تعداد مراحل محدود، به یک سوال یا چالش پاسخ منطقی می دهند.

داشتن چهارچوب به این معنا نیست که تمام مسائل را به یک شکل حل کنید! افراد با هم تفاوت دارند و ممکن است هر فرد یک مسئله را به شکل متفاوتی حل کند. از طرفی راه حل تمام مسائل هم یکسان نیست. اما اگر برای حل مسئله هایتان از مجموعه ‌ای از اصول (الگوریتم ها) پیروی کنید، خیلی سریعتر پیش خواهید رفت.

C.Jordan Ball

در بسیاری از کتاب ها، تفکر الگوریتمی اینگونه معرفی می شوند:

“الگوریتم‌ گرایی” به رویکردی اشاره دارد که در حل مسائل و اتخاذ تصمیم‌ ها از روش‌های مشخص و قابل تعریف استفاده می ‌کند. در این رویکرد، فرآیند تفکر به صورت مراحل مشخص و منظم انجام می ‌شود و این مراحل معمولا شامل تعریف و توصیف دقیق مسئله، پیدا کردن و انتخاب الگوریتم مناسب و پیاده ‌سازی یا اجرای آن است. در این رویکرد، تمام مسائل قابل حل هستند.

این تفکر در زمینه ‌های مختلفی از جمله علوم کامپیوتر، ریاضیات، علوم مهندسی و حتی علوم شناختی مورد استفاده قرار می ‌گیرد.

اهمیت تفکر الگوریتمی

الگوریتم گرایی در حوزه های مختلف علمی، اهمیت بسیار زیادی دارد. در زیر به برخی از اهمیت ‌های آن در تمام حوزه های علمی و مهندسی از جمله برنامه نویسی اشاره می کنیم.

تفکر الگوریتمی به افراد کمک می ‌کند تا مسائل پیچیده را به چالش ‌های کوچکتر تقسیم کنند و مرحله به مرحله، مسائل برطرف شوند. این رویکرد به افراد این امکان را می‌ دهد که الگوهای مشابه در حل مسائل قبلی را شناسایی کرده و از تجربیات گذشته خود بهره‌ مند شوند. بنابراین حل مسائل پیچیده با استفاده از الگوریتم‌ های مناسب، به یک راه‌ حل بهینه و کارآمد تبدیل می ‌شود.

تفکر الگوریتمی در طراحی نرم ‌افزار، به معنی انتخاب و پیاده‌ سازی اصول مناسب برای حل مسائل مختلف است. الگوریتم ‌ها در اینجا به عنوان مراحل دقیق و مشخص، برای اجرای عملیات مختلف در نرم ‌افزار، به کار می‌ روند. کیفیت و کارایی آنها، تأثیر زیادی بر عملکرد و سرعت نرم ‌افزار دارد.

تفکر الگوریتمی در علوم داده و هوش مصنوعی، برای تحلیل و استفاده از داده‌ ها استفاده می ‌شود. الگوریتم ‌های مختلف برای پردازش و کاوش داده‌ ها، ساخت و آموزش مدل‌ های هوش مصنوعی مورد استفاده قرار می ‌گیرند.

در حوزه‌ های مهندسی، این تفکر برای بهینه ‌سازی فرآیندها و حل مسائل مهندسی مانند توزیع منابع، طراحی سیستم ‌ها و بهبود فرآیندهای تولید به کار می ‌رود. همچنین به مدیران کمک می‌ کند تا تصمیم‌ گیری منطقی در مورد تخصیص و بهینه‌ سازی منابع انسانی و مالی داشته باشند. الگوریتم‌ های بهینه ‌سازی می‌ توانند به مدیران در اتخاذ تصمیمات بهینه و پایدار در مواجهه با محدودیت‌ های منابع کمک کنند.

الگوریتم گرایی در تحلیل داده‌ ها برای شناسایی الگوها و روابطمورد استفاده قرار می گیرد. استفاده از الگوریتم‌ ها برای پیش ‌بینی رفتارها و تحلیل های دقیق اقتصادی و اجتماعی اهمیت ویژه ای دارد.

چگونه تفکر الگوریتمی را یاد بگیریم؟

بسترهای متنوعی برای یادگیری تفکر الگوریتمی وجود دارد، که یکی از آنها شرکت در دوره های برنامه نویسی است. برنامه نویسی مهارتی است که به شدت، باعث تقویت الگوریتم گرایی می شود.

انتخاب یک زبان برنامه ‌نویسی بر اساس سطح شما و همچنین نوع پروژه ‌ها و مسائلی که می‌ خواهید حل کنید، مهم است. زبان ‌هایی مانند Python، Java، C++ و JavaScript از جمله زبان‌ های مناسب برای یادگیری تفکر الگوریتمی هستند.

سپس از مسائلی شروع کنید که، به یک یا دو الگوریتم نیاز دارند. به مرور زمان به مسائل با پیچیدگی بیشتر و الگوریتم‌ های متنوع تر پرداخته و تجربه کسب کنید.

خواندن کد‌های آماده و پروژه ‌های متن‌ باز که الگوریتم‌ های مختلفی را پیاده ‌سازی کرده ‌اند، در تقویت الگوریتم گرایی تاثیر زیادی دارد. درک نحوه عملکرد الگوریتم‌ ها در کدهای مختلف، می ‌تواند به فهم عمیق ‌تری از این تفکر کمک کند.

مشارکت در انجمن‌ ها و گروه‌ های برنامه‌ نویسی، حل مسائل با الگوریتم‌ های متفاوت، شروع به پیاده‌ سازی پروژه ‌های عملی و استفاده از ابزارهای برنامه ‌نویسی همگی در تقویت تفکر الگوریتمی و حل مسائل چالشی موثر هستند. در این مقاله یکی از مهم ترین مهارت هایی که در هر شغل و حیطه ای به موفقیت فرد کمک می کند را معرفی کردیم. همانطور که گفته شده امروزه تفکر الگوریتمی یا الگوریتم گرایی مهارتی است که در تمام جنبه های زندگی وجود دارد. این تفکر به حل مسائل پیچیده و دستیابی به راه حل ها منجر می شود. یکی از بهترین راه های تقویت تفکر الگوریتمی و حل مسائل با استفاده از آن، یادگیری برنامه نویسی است.