Algorytmy - podstawa w pracy każdego informatyka. Co powinniśmy o nich wiedzieć?
Czym są algorytmy?
Algorytmy to przepisy na wykonanie konkretnego zadania. Definicja, którą można znaleźć w podręcznikach, mówi o tym, że pojęcie "algorytm" pochodzi od łacińskiego "algorithmus", co oznacza rozwiązywanie działań z użyciem arabskich liczb. Są zatem podawane komputerom, aby te mogły działać w sposób przemyślany.
Algorytmika
Dziedzina, która zajmuje się badaniem algorytmów to algorytmika. Skupia się na tym, że poprawne zapisanie algorytmu jest niezwykle ważne, ponieważ ma wpływ na szybkość wykonywania poszczególnych działań, a także zwiększenie skuteczności. Właśnie dlatego jest to absolutna podstawa podczas programowania. Trzeba jednak wiedzieć o tym, że nie należy utożsamiać oprogramowania z algorytmami. Są to dwie osobne kwestie.
Przykład algorytmu i jego zapis
Najłatwiejszy i najbardziej zrozumiały dla człowieka przykład algorytmu to, np. przyniesie kubka z wodą. Można zapisać tę czynność w konkretnych krokach.
- Udaj się do kuchni.
- Weź z szafki kubek.
- Odkręć butelkę z wodą.
- Nalej wodę do kubka.
- Zakręć butelkę i ją odstaw.
- Zanieś kubek z wodą w określone miejsce.
Jest to tak naprawdę najprostszy opis algorytmu (najkrótszej drogi) zapisany w języku naturalnym. Pierwszy element jest tutaj równie ważny, co każdy kolejny, także ostatni. To oznacza, że żadnego z kroków nie należy pomijać. Tak samo nie można opuścić żadnego elementu podczas tworzenia oprogramowania.
Szczegóły mają znaczenie
Opis zastosowania jest bardzo szczegółowy, co jest rzeczywiście istotą wielu algorytmów. Jednak najważniejsze jest to, że informatycy nie posługują się tak prostym i zrozumiałym dla człowieka językiem. W końcu dla komputera takie polecenia nie mają żadnego sensu. Muszą zatem wykorzystywać sformalizowane opisy. Zasada jest prosta, zadaniem programisty jest stworzenie takiego kodu, który będzie właściwie dopasowany do konkretnego komputera.
Algorytmy komputerowe
Algorytm może być zapisywany jako pseudokod. Nie zawiera on w sobie szczegółów technicznych, w przeciwieństwie do języka programowania. Niektóre algorytmy są bardziej skomplikowane od innych. Wszystko jest uzależnione m.in. od struktur danych czy rodzaju tworzonego programu.
Najbardziej istotnym elementem jest jednak to, że liczba kroków prowadząca do rozwiązania problemu powinna być jak najkrótsza, ponieważ może to znacząco usprawnić pracę komputera.
Szybkość działania maszyny
Obecnie urządzenia przetwarzają ogromne zbiory danych, a żaden użytkownik nie chce, żeby robiły to zbyt wolno. Szybkość ich działania jest również w interesie takich gigantów jak Facebook, Google czy Twitter. Czas wykonania całości przez maszynę nie może być długi.
Koszt algorytmu
Zastosowanie algorytmów jest bardzo szerokie. Informatycy podczas ich porównywania często używają pojęcia "koszt algorytmu". Jest to miara, który mówi przede wszystkim o tym, ile czasu zajmie maszynie wykonanie konkretnych kroków.
Bardzo ważne jest to, żeby osoba, która zajmuje się tworzeniem, np. gry komputerowej, najpierw oszacowała koszt, zanim zdecyduje się na jego użycie. Programowanie to czynność wieloetapowa, która w przyszłości może przynieść spore zyski.
To oznacza, że konkretna gra może okazać się prawdziwym hitem, a w takiej sytuacji twórca nie może sobie pozwolić na jej zbyt wolne działanie.
Poprawne działanie algorytmów
Komputery są dziś wszechobecne w domach wielu użytkowników. W rękach twórcy leży to, żeby zainteresować konkretne osoby danymi programami, gramy czy aplikacjami. Bardzo ważne jest zatem to, żeby pracę nad konkretnym algorytmem prowadzić skrupulatnie, ponieważ w przeciwnym razie działanie programu może się kończyć komunikatem o błędzie.
Efektywność jest tutaj szalenie istotna i nie można jej pomijać. Poszukiwania najlepszych rozwiązań często trwają wiele miesięcy. Rola informatyków jest m.in. taka, żeby nie tylko ocenili użyteczność kodu, ale również go przetestowali. W praktyce może to zająć ogrom czasu, dlatego najlepsze programy oraz aplikacje są tworzone tak długo.
Algorytm a robot
Konkretny program może być zastosowany również w postaci sztucznej inteligencji. Co to oznacza? Biorąc pod lupę nasz poprzedni przykład z podaniem szklanki wody. Istnieje możliwość, że to zadanie wykona nie człowiek, a robot. Wystarczy, że algorytm zostanie przetłumaczony na język, który zrozumie maszyna.
Oczywiście wymaga to stosownych obliczeń, a dane muszą być skrupulatnie opracowane. Wykonywanie takich prostych czynności przez robota jest jednak możliwe. Jest to dość kosztowne i pochłania ogrom czasu oraz pieniędzy, dlatego wciąż tak rzadko spotyka się tak zaawansowaną technologię.
Co powinien wiedzieć programista?
Jeżeli jesteś zainteresowany tworzeniem algorytmów, przede wszystkim powinieneś wiedzieć, w jaki sposób stosować w praktyce różnorodne techniki programowania, takie jak dziel i rządź, metody przeszukiwania tekstów czy algorytmy żarłoczne. W tym zawodzie trening czyni mistrza, a więc zdecydowanie warto postawić na praktykę i nie skupiać się jedynie na teorii.
