یکی از مفاهیمی‌که برای بسیاری از افرادی‌که تازه سمت علوم کامپیوترعلوم کامپیوتر یا کامپیوتر ساینس چیست
در این صفحه به بررسی و موشکافی رشته علوم کامپیوتر اعم از بررسی بازار کار، گرایش‌ها، دروس و چارت درسی این رشته، میزان درآمد و حقوق فارغ التحصیلان این رشته و ادامه تحصیل در این رشته پرداخته شده است. و برنامه نویسیبرنامه نویسی کامپیوتر چیست و چطور می توانید یک برنامه نویس موفق شوید؟
در عصر فعلی برنامه‌نویسی یکی از پرطرفدارترین شغل‌های دنیاست، دغدغه‌‌ای افرادی که می‌خواهند در مسیر برنامه‌نویس شدن قدم بردارند این است که نمی‌دانند از کجا باید شروع کنند، در این صفحه هر آن چه برای تبدیل شدن به یک برنامه نویس حرفه ای نیاز دارید در اختیارتان قرار گرفته است آمده‌اند مورد سوال است، مباحث الگوریتم و کاربردهای آن در برنامه نویسی است. آیا اصلاً نیاز‌به دانستن الگوریتمالگوریتم چیست به زبان ساده و با مثال های فراوان
در این مقاله به زبان بسیار ساده و با مثال های متعدد توضیح داده شده که الگوریتم چیست و چه کاربردهایی دارد و استفاده از آن در زبان های برنامه نویسیزبان های برنامه نویسی چیست؟
این مقاله عالی توضیح داده که زبان های برنامه نویسی چیست؟ و انواع زبان های برنامه نویسی و بهترین زبان برنامه نویسی برای شروع و پردرآمدترین آنها را معرفی کرده وجود دارد یا خیر؟ در ادامه این مقاله، می‌خواهیم به تمامی این سوالات پاسخ دهیم.
الگوریتم چیست؟
الگوریتم همانند قلب برنامه نویسی کامپیوتر است. به طور خلاصه، الگوریتم یعنی شکستن یک مسئله مشخص به قطعات کوچک‌تر و حل‌کردن آنها؛ همچنین الگوریتم شامل مجموعه‌ای از فرایند‌ها و دستورالعمل‌هایی است که به کمک آنها می‌توان بسیاری از مسائل کامپیوتری یا مسائل دنیای واقعی را حل کرد. الگوریتم همانند دستور پخت غذا است؛ دارای یکسری ورودی است (مثل ادویه‌ها و مواد اولیه)، یکسری کارها به ترتیب در آن انجام میشود (سرخ‌کردن، مخلوط‌کردن، هم زدن) و در انتها، یک خروجی مشخص تولید میشود (وعده غذایی). در یک الگوریتم، ورودی‌ها اعداد و خروجی‌ها توابع مختلف هستند؛ دستورالعمل‌ها یا کارهایی که به ترتیب انجام می‌شوند درواقع همان نوآوری و تقسیم‌کردن یک مسئله به اجزای کوچک است و درنهایت، خروجی الگوریتم حل مسئله است که می‌تواند به‌صورت یک متغیر متغیر در برنامه نویسی چیست ⚡️انواع متغیر در برنامه نویسی
این صفحه عالی بررسی کرده متغیر در برنامه نویسی چیست و انواع متغیر در برنامه نویسی را معرفی و مراحل کار با متغیر، نحوه تعریف و قوانین نام‌گذاری متغیرها را گفته یا مجموعه‌ای از متغیرها باشد؛ همانند الگوریتم های بهینه سازیالگوریتم های بهینه سازی از سیر تا پیاز
الگوریتم های بهینه سازی چیست؟ این صفحه عالی توضیح داده که الگوریتم های بهینه سازی چگونه کار می کنند و مهم‌ترین الگوریتم های بهینه سازی را معرفی کرده و یا می‌تواند به‌صورت یک راه‌حل باشد.
چرا در برنامه نویسی از الگوریتم استفاده می شود؟
الگوریتم اولین‌بار توسط ریاضی‌دان ایرانی با نام ابوجعفر محمد ابن موسی خوارزمی که در قرن 9 زندگی می‌کرد به وجود آمد. ایده تقسیم‌کردن یک مسئله بزرگ به مسئله‌های کوچک و حل آنها، ایده خوارزمی برای حل مسائل ریاضی بود. در طول قرن‌ها و قبل از اختراع کامپیوتر از ایده الگوریتم استفاده‌های زیادی می‌شد؛ به‌عنوان‌مثال الگوریتم معروف اقلیدس که برای پیدا‌کردن بزرگ‌ترین مقسوم علیه مشترک به وجود آمده بود.
بعد از اختراع کامپیوتر، الگوریتم وارد حوزه کامپیوتر شد و امروزه بیشترین استفاده از الگوریتم در حوزه کامپیوتر است. فرقی نمی‌کند در کدام حوزه برنامه نویسی و کامپیوتر باشید، الگوریتم در تمامی حوزه‌های کامپیوتری کاربرد دارد. در تحلیل داده‌ها، هوش مصنوعیهوش مصنوعی (AI) چیست؟ انواع، کاربردها، مزایا و معایب
هوش مصنوعی یا Artificial Intelligence یا به اختصار AI، امروزه کاربردهای بسیاری پیدا کرده و به یکی از داغ‌ترین حوزه‌های بشر تبدیل شده است، اما با این وجود بسیاری از افراد با کاربردهای آن آشنایی کامل ندارند، به همین علت در این صفحه کاربردها، مزایا و معایب AI بطور کامل بررسی شده است و شاخه‌های آن مانند یادگیری ماشینیادگیری ماشین چیست و چرا مهم است؟ - Machine learning (ML)
تعریف یادگیری ماشین : ماشین لرنینگ (Machine Learning یا به اختصار ML) باعث میشود که خود ماشین‌ها با آنالیز داده ها امکان یادگیری و پیشرفت داشته باشند، این مقاله فوق العاده یادگیری ماشین را بصورت کامل بررسی کرده است و شبکه های عصبیشبکه عصبی یا شبکه عصبی مصنوعی (nueral network) چیست؟
این مقاله عالی به معرفی شبکه عصبی یا شبکه عصبی مصنوعی (nueral network) پرداخته، همچنین الگوریتم شبکه عصبی، انواع و کاربرد و تاریخچه شبکه های عصبی بررسی شده، ساخت نرم‌افزار و بازی‌های رایانه‌ای و خیلی از موارد دیگر به طور مستقیم از مفهوم الگوریتم برای پیشبرد وظایف محول شده استفاده می‌کنند. حتی یکی از گرایش های ارشد کامپیوترمعرفی گرایش های ارشد مهندسی کامپیوتر
با توجه به اینکه در حال حاضر رشته مهندسی کامپیوتر محبوب‌ترین رشته در دنیا و کشور است و در سال‌های اخیر اکثر رتبه‌های تک رقمی و دو رقمی این رشته را انتخاب می‌کنند در این صفحه بصورت دقیق گرایش هاي ارشد مهندسي کامپيوترمعرفی شده است، گرایش الگوریتم و محاسبات است که می‌توان به اهمیت بارز این حوزه پی برد.
کاربردهای الگوریتم در برنامه نویسی
الگوریتم ها کاربردهای بسیار متعددی در برنامه نویسی دارند و برنامه نویسان باید درک خوبی از مفهوم الگوریتم ها و کارکرد آنها داشته باشند. در اینجا مهم‌ترین کاربرد های الگوریتم را ذکر می‌کنیم:
- حل مسائل (Problem Solving): الگوریتم ها یک راه‌حل ساختار‌یافته برای حل مسائل پیچیده ارائه می‌دهند. باخرد کردن یک مسئله بزرگ به مسائل کوچک‌تر و قابل‌مدیریت، برنامه نویسان می‌توانند بر چالش‌های موجود در حل مسائل غلبه کنند.
- بهینه‌سازی (Optimization): الگوریتم های بهینه و کارآمد، استفاده از منابع کامپیوتر و سخت افزارسخت افزار چیست - بررسی اجزای اصلی سخت افزار کامپیوتر
در این صفحه بررسی شده که سخت افزار چیست و سخت افزار کامپیوتر به زبان ساده معرفی شده است، همچنین به بررسی اجزای اصلی سخت افزار کامپیوتر پرداخته شده استها همانند RAMرم کامپیوتر چیست؟ رم کجاست؟ معرفی انواع رم (RAM) کامپیوتر
این مقاله عالی به معرفی رم کامپیوتر پرداخته، همچنین بررسی کرده رم کامپیوتر (RAM : Random Access Memory) کجاست و انواع رم کامپیوتر را معرفی کرده است و مصرف انرژی را کاهش می‌دهند. این موارد برای تولید نرم‌افزار‌هایی با پرفورمنس بالا بسیار حیاتی است. - قابلیت استفاده مجدد (Reusability): وقتی یک الگوریتمی نوشته و تست شد، می‌توان از آن در قسمت‌های مختلف برنامه که دارای کارکرد و عملکرد یکسانی هستند، استفاده کرد.
- مقیاس‌پذیری (Scalability): الگوریتم ها این را تضمین می‌کنند که نرم‌افزار به طور منظم و بدون کاهش کارایی و پرفورمنس، ورودی‌های بزرگ‌تر را به‌خوبی پذیرفته و پردازش کنند و با تغییر مقیاس ورودی‌ها، خللی در کارایی نرم‌افزار وارد نشود.
- نوآوری (Innovation): بسیاری از پیشرفت‌های تکنولوژیکی، به‌ویژه عرصه‌های هوش مصنوعی، رمزنگاریرمزنگاری چیست؟ بررسی انواع رمزنگاری و ویژگی های رمزنگاریرمزنگاری چیست و چگونه کار میکند؟ این مقاله عالی به معرفی رمز نگاری، انواع رمزنگاری از جمله متقارن و نامتقارن، الگوریتم های رمزنگاری و تاریخچه آن پرداخته است ، تجزیهوتحلیل داده‌ها از الگوریتم های نوآورانه سرچشمه می‌گیرند.
- امنیت (Security): الگوریتم ها نقش حیاتی‌ای در امنیت داده‌ها و ایمن کردن اطلاعات حساس دارند. الگوریتم های رمزنگاری این اطمینان را می‌دهند که داده‌های محرمانه، محفوظ می‌مانند و از دسترس افراد متفرقه جلوگیری میشود.
- تخصیص منابع (Resource Allocation): از دیگر موارد حساسی که در آن از الگوریتم ها استفاده میشود، سیستم‌های مدیریت حافظهمدیریت حافظه در برنامه نویسی ⚡️ سه سطح مهم در مدیریت حافظهاین مقاله عالی سه سطح مهم در مدیریت حافظه یعنی مدیریت حافظه در سطح سخت‌افزار، مدیریت حافظه در سطح سیستم عامل و مدیریت حافظه در سطح برنامه را معرفی کرده برای تخصیص منابع هستند. برنامه نویسان، الگوریتم ها را به‌صورت پردازش موازی اجرا می‌کنند تا به‌عنوان‌مثال بتوانند میزان تأخیر در شبکه‌ها را به حداقل رسانده و بازدهی را بیشتر کنند.
- توسعه بازی (Game Development): الگوریتم ها هسته اصلی توسعه بازی‌های رایانه‌ای هستند، ایجاد رفتار کاراکترهای بازی (غیر از بازیکن)، شبیه‌سازی فیزیک بازی، تکنیک‌های رندر کردن و... به‌وسیله الگوریتم ها انجام می‌شوند.
خصوصیات یک الگوریتم خوب
درست است که الگوریتم ها کمک شایانی به برنامه نویسان می‌کنند، اما اگر الگوریتمی دارای طراحی بدی باشد، علاوه بر کمک‌نکردن، ضرر هم می‌زند! بنابراین یک الگوریتم خوب باید دارای یکسری از ویژگی‌های تعریف شده باشد:
- صحت (Correctness): یک الگوریتم باید داده‌های قابل‌اطمینان و صحیح به‌ازای ورودی‌های مختلف تولید کند. دستیابی به یک الگوریتم صحیح، مستلزم تست‌کردن و اعتبارسنجی دقیق است.
- کارایی (Efficiency): از مهم‌ترین خصوصیات یک الگوریتم خوب، می‌توان به‌کارآمدی و بهینه بودن آن اشاره کرد. اینکه الگوریتم تنها قادر به حل‌کردن مسئله باشد زیاد مفید نیست، به‌عنوان‌مثال درزمان‌هایی که با داده‌های بسیار زیاد سروکار داریم یا فرضاً یک سیستم بی‌درنگ در حال انجام امورات محول شده است، پارامتر زمان و حافظهحافظه در کامپیوتر، همه چیز در مورد حافظه در معماری کامپیوتردر این مقاله به بررسی کامل حافظه در کامپیوتر، انواع حافظه در کامپیوتر، کش، روش‌های آدرس دهی کش، نگاشت آدرس و موارد دیگر می‌پردازیم دارای اهمیت بالایی هستند که تنها یک الگوریتم کارآمد از پس آن برمی‌آید.
- متناهی بودن (Finiteness): یک الگوریتم خوب همیشه پس از تعداد محدودی از مراحل به نتیجه می‌رسد و وارد حلقهحلقه در برنامه نویسی چیست؟ حلقه یا لوپ (Loop) چیست؟این مقاله عالی به زبان ساده و با استفاده از فیلم توضیح داده که حلقه در برنامه نویسی چیست، همچنین در خصوص حلقه یا لوپ (Loop) بی نهایت صحبت کرده است های نامتناهی نمی‌شود. درواقع یکی از ویژگی های الگوریتم های خوب، قابل‌پیش‌بینی بودن است. اغلب برنامه نویسان تازه‌کار در ابتدا دچار باگ نامتناهی بودن حلقه‌ها می‌شوند.
الگوریتم های مهم برنامه نویسی
برنامه نویسان از انواع تکنیک‌های الگوریتمی که بسیار زیاد هم هستند، برای حل مسائل گوناگون استفاده می‌کنند. در اینجا تعداد کمی از آنها که مهم‌تر هستند و برنامه نویسان به طور روزمره از آنها استفاده می‌کنند را آورده‌ایم:
- الگوریتم های مرتب‌سازی: هدف این الگوریتم‌ها، مرتب‌کردن یک ساختمان دادهآموزش ساختمان داده و الگوریتمهر ساختمان داده یک نوع فرمت ذخیره‌سازی و مدیریت داده‌ها در کامپیوتر است، که امکان دسترسی و اصلاح کارآمد آن داده‌ها را برای یکسری از الگوریتم‌ها و کاربردها فراهم میکند، در این صفحه به بررسی و آموزش ساختمان داده و الگوریتم پرداخته شده است مشخص مانند آرایهآموزش آرایه در ساختمان داده به زبان ساده و از 0 تا 100در این مقاله موارد زیر بررسی شده است : 1- آرایه چیست 2- انواع اندیس گذاری در آرایه 3- انواع آرایه 4- محاسبه آدرس در آرایه 5- محاسبه شماره در آرایه 6- آرایه در برنامه نویسی 7- مزایای استفاده از آرایه، لیست پیوندیلیست پیوندی چیست؟ آموزش لیست پیوندی ساده، دو طرفه و حلقویلیست پیوندی چیست؟ این صفحه عالی به آموزش لیست پیوندی ساده، دو طرفه و حلقوی با مثال پرداخته و پیاده سازی و عملیات مهم و کاربردهای لیست پیوندی را گفته است ، درخت و... است. الگوریتم‌هایی مانند جستجوی حبابیآموزش مرتب سازی حبابی (Bubble Sort) بصورت 0 تا 100این صفحه مرتب سازی حبابی (Bubble Sort) را بصورت 0 تا 100 آموزش داده و کدهای مرتب سازی حبابی در C++، پایتون و جاوا آورده شده است شده و مرتب سازی سریعآموزش مرتب سازی سریع بصورت 0 تا 100این صفحه مرتب سازی سریع را بصورت 0 تا 100 آموزش داده و مثال مرتب سازی سریع آورده شده است، همچنین بهترین، متوسط و بدترین حالت مرتب سازی سریع بررسی شده در این دسته قرار دارند.
- الگوریتم های جستجو: برنامه نویسان برای جستجو در داده‌ها، از تکنیک‌های الگوریتم های جستجو استفاده می‌کنند. الگوریتم‌هایی مانند جستجوی خطی (Linear Search) و جستجوی دودویی (Binary Search) در این دسته قرار دارند.
- برنامه نویسی پویا: از تکنیک‌هایی که برنامه نویسان برای بهینه‌سازی حل مسائل بازگشتیتوضیح تابع بازگشتی، دنباله بازگشتی و رابطه بازگشتیاین صفحه عالی به توضیح تابع بازگشتی و دنباله بازگشتی و رابطه بازگشتی پرداخته و توضیح داده تابع بازگشتی چیست و چگونه کار می کند و کاربرد توابع بازگشتی را گفته استفاده می‌کنند، برنامه نویسی پویابرنامه نویسی پویا چیست، برنامه نویسی پویا در طراحی الگوریتم
این صفحه عالی به معرفی برنامه نویسی پویا یا Dynamic programming پرداخته و کاربردها و مثال هایی از برنامه نویسی پویا در طراحی الگوریتم آورده است یا Dynamic Programming است، کاربرد این الگوریتم ها برای حل مسائل بازگشتی که از پیچیدگی حافظه‌ای بالایی برخوردارند، است. - الگوریتم های حریصانه: این الگوریتم ها در هر مرحله بهترین یا بهینه‌ترین انتخاب را انجام می‌دهند و کاربرد آنها بیشتر در حل مسائل بهینه‌سازی است.
- تقسیم و غلبه: در این تکنیک، مسئله به قسمت‌های کوچک‌تر تقسیم شده و حل می‌شوند و درنهایت، تمامی قسمت‌ها با یکدیگر ادغام می‌شوند تا مسئله اصلی حل شود.
چگونگی یادگیری الگوریتم
پیش‌تر در مورد کاربرد های الگوریتم در برنامه نویسی گفتیم و ذکر شد که به‌عنوان یک برنامه نویس (ماهر) نیاز است تا در نوشتن و استفاده از الگوریتم ها، مسلط باشید. برای تسلط بر الگوریتم ها می‌بایست از روش‌های زیر استفاده کنید:
- مطالعه منظم: در فهم تکنیک‌های الگوریتم و ساختمان داده‌ها عمیق شوید و مرتب تکنیک‌های جدید را مطالعه کنید.
- تمرین‌کردن: از سایت‌هایی نظیر LeetCode و HackerRank و یا Codeforces استفاده کنید و مهارت‌های الگوریتم نویسی خود را بسنجید. این سایت‌ها دارای تعداد زیادی مسائل الگوریتمی هستند که باید با برنامه نویسی به حل آنها بپردازید.
- تجزیهوتحلیل کردن: مقداری از زمان خود را بر روی تحلیل الگوریتم ها و چگونگی حل‌کردن مسائل به وسیله آنها و همچنین میزان پیچیدگی زمانیپیچیدگی زمانی الگوریتم چیست؟ معرفی نماد های مجانبیاین صفحه عالی به معرفی پیچیدگی زمانی الگوریتم پرداخته، همچنین انواع نماد های مجانبی و پیچیدگی زمانی های برخی از الگوریتم های مرتب سازی و جستجو را توضیح داده و حافظه الگوریتم ها بگذارید.
- پیاده‌سازی: تنها به برنامه نویسی الگوریتم ها نپردازید، مهم نیست با زبان سطح بالایی مثل پایتونزبان برنامه نویسی پایتون چیست؟ – نحوه شروع و دلایل محبوبیتزبان برنامه نویسی پایتون (Python) چیست؟ این مقاله عالی به بررسی دلایل محبوبیت پایتون، موارد استفاده از پایتون و نحوه شروع به برنامه نویسی پایتون پرداخته در حال کدنویسی هستید یا بازبان سطح پایینی مثل زبان Cزبان برنامه نویسی C – مزایا و کاربرد زبان C – فرق C و ++Cاین مقاله عالی ابتدا توضیح می‌دهد که زبان برنامه نویسی c چیست، سپس به بررسی مزایا و معایب زبان C ، کاربردهای زبان سی ، و تفاوت بین C و ++C می‌پردازد؛ سعی کنید با هر زبانی که در حال کارکردن هستید، به‌صورت کارآمد از الگوریتم ها در برنامه‌های خود استفاده کنید.
جمع‌بندی
الگوریتم ها از پرکاربردترین و تقریباً یکی از سخت‌ترین مسائل کامپیوتری و برنامه نویسی هستند. در اکثر رشته‌های کامپیوتری در سرتاسر جهان، دروس مربوط به طراحی و پیاده‌سازی الگوریتم، جزء دروس اصلی و تخصصی محسوب می‌شوند؛ بنابراین باتوجه‌به کاربردهای بی‌شماری که الگوریتم ها در برنامه نویسی دارند، به‌عنوان یک برنامه نویس و متخصص کامپیوتر باید درک صحیح و کاملی از الگوریتم ها داشته باشید. در این مقاله به مهم ترین کاربرد های الگوریتم در برنامه نویسی پرداختیم. همچنین خصوصیات یک الگوریتم خوب را ذکر کردیم و تعدادی از رویکرد‌های مهم الگوریتم ها را نیز معرفی کردیم.
آیا الگوریتم ها در برنامه نویسی کاربرد دارند؟
بله یکی از موارد پرکاربرد در برنامه نویسی، پیاده‌سازی و استفاده از الگوریتم ها است. الگوریتم ها در برنامه نویسی کاربردهای مهمی دارند؛ از قبیل حل مسائل، استفاده از الگوریتم برای بهینه‌سازی، استفاده مجدد از کدهای نوشته‌شده، ایمن‌سازی نرم‌افزار و بسیاری از موارد دیگر.
آیا از ابتدای شروع برنامه نویسی باید الگوریتم ها را آموخت؟
بستگی به حیطه کاری‌تان دارد؛ به‌عنوان‌مثال نقش الگوریتم در توسعه برنامه وب کم‌رنگ‌تر از نقش الگوریتم در برنامه نویسی شبکه و سیستم‌عامل است. اما رویکرد خوب این است که در موازات یادگیری برنامه نویسی، به یادگیری الگوریتم هم بپردازید تا هم درک درستی از برنامه نویسی و توابعی که استفاده می‌کنید داشته باشید و هم پیچیدگی یادگیری الگوریتم را کمتر کنید.
