Для чего нужен алгоритм работы

Опубликовано: 07.05.2025

Понятие «алгоритм» довольно расплывчато — обычно оно обозначает последовательность действий для достижения конкретной цели. Например, есть алгоритм заваривания чая или алгоритм сборки шкафа из ИКЕА. Но в контексте программирования мы имеем в виду другие алгоритмы.

Все эти алгоритмы и структуры данных уже давно реализованы в библиотеках популярных языков программирования. Никто больше не пишет вручную алгоритм сортировки чисел, а чтобы пользоваться хэш-таблицами, даже не нужно знать, как они устроены. Разбираемся, зачем же нужны алгоритмы и в каких ситуациях их знание будет преимуществом.

Знание алгоритмов помогает найти эффективное решение задачи

Аналогично и в программировании. Задача разработчика — использовать наиболее эффективное решение. Для этого нужно учитывать скорость работы программы, объём потребляемой памяти, экономическую эффективность (насколько стоимость решения оправдана конечным результатом), простоту реализации, масштабируемость.

Пример №1. Нужно отсортировать n чисел в порядке возрастания. Задача кажется невероятно простой. Проходим n раз по массиву чисел. На первом шаге выбираем наименьшее число из всех и меняем его местами с самым первым элементом. Второй шаг: выбираем самое маленькое число в массиве, начиная со второй позиции, и меняем его местами со вторым элементом. Повторяем для остальных элементов. Так работает алгоритм сортировки выбором. Но при таком подходе получится O(n 2 ) операций. Когда n станет неприлично большим, работать машина будет долго. Чтобы понимать, какой из алгоритмов будет оптимальным для ваших исходных данных, надо знать, как эти алгоритмы устроены. Скорее всего, вам примерно никогда не придётся реализовывать их вручную, но знание, как они работают, точно пригодится.

Пример №2. Вы научились писать код, но ничего не слышали об алгоритмах. Сделали на заказ видеосервис, дали на разработку год гарантии. Проект стал успешным, но уже при первых десяти тысячах пользователей всё начало ломаться: сервера быстро выходят из строя, а видео, по ощущениям пользователей, грузится миллион лет. Заказчик приходит к вам и просит решить проблему. Вы догадываетесь, что нужно использовать более эффективный алгоритм сжатия. Здесь и пригодится знание алгоритмов: понимая, как работает каждый из них, вы сможете подобрать наилучший вариант для решения задачи или даже написать собственный.

Наличие множества готовых библиотек не означает, что не нужно понимать, как они устроены. Фундаментальные знания помогают узнать, что внутри, как оно работает и почему решение А лучше Б в конкретной ситуации. Если вы разберётесь, как устроены классические алгоритмы, то сможете создавать собственные решения, комбинировать методы друг с другом, чтобы решать более сложные задачи.

Вы будете готовы к собеседованиям

В крупных ИТ-компаниях, таких как Яндекс, Google или Facebook, алгоритмическое собеседование — обязательный этап отбора разработчиков. На нём проверяют умение быстро отразить идею в коде. Но знание алгоритмов требуют не только ИТ-гиганты — для многих компаний это базовый навык хорошего инженера.

Вас могут попросить реализовать алгоритм полностью или представить часть решения. Например, найти пропущенное число или дубликаты в целочисленном массиве от 1 до 100. При этом от вас будут ждать не одно решение, а сравнение нескольких возможных вариантов, основываясь на их вычислительной сложности. То есть не просто воспользоваться сортировкой подсчётом, но и объяснить, почему этот метод лучше сортировки пузырьком или сортировки вставками.

Основная задача программиста — анализировать и решать проблемы, где код — это всего лишь инструмент достижения цели. Поиск Google или Яндекса не был бы таким умным и быстрым, если бы не алгоритмы. Они не просто ищут максимальное сходство по поисковой фразе, но пытаются вычленить контекст и подобрать самый подходящий по всем параметрам ответ.

Часто возникают проблемы, с которыми вы раньше не сталкивались. Тогда программисту следует разработать новый алгоритм или придумать, как использовать существующий. Чем больше вы будете знать о принципах работы алгоритмов, тем больше вероятность найти хорошее решение. Иногда даже новую проблему можно свести к старой, но для этого нужно обладать фундаментальными знаниями.

Это хороший способ тренировать мозг

Алгоритмы не обязательно использовать только в работе. Это один из вариантов «тренажёра для программистов». Сначала вы решаете задачи на Codeforces, а спустя некоторое время собираете команду для участия в соревнованиях по спортивному программированию.

Другой бонус: вы научитесь быстро и интуитивно решать обычные задачи. Главный инженер Apple и выпускник МТИ Али Альмоссави в своей книге «Bad Choices: How Algorithms Can Help You Think Smarter and Live Happier» рассказал, как использует знания компьютерных наук в обычной жизни.

Он сопоставляет повседневные действия с фундаментальными алгоритмами. Например, вам нужно получить больше подписчиков. Самый простой способ — найти людей, которые могут заинтересовать вас и заинтересоваться вами. Но между ними нужно найти связующее звено. Что для этого есть у соцсети? Хештеги. Значит, проще всего будет помечать свои фотографии нужными хештегами, искать по ним другие аккаунты и общаться по этой теме с людьми в комментариях.

Алгоритмы, как математика, приводят в порядок ум, учат выражать свои мысли и решать даже самые непростые задачи. Если захотите научиться решать задачи по программированию, отправляйтесь на Codeforces, TopCoder или LeetCode, где собраны упражнения для любого уровня подготовки. Попробовать решить типичные для алгоритмических собеседований задачи можно и в бесплатной части курса «Алгоритмы для разработчиков» в Яндекс.Практикуме.

Каждый программист знает о важности использования алгоритмов . В этой статье мы поговорим о том, что такое алгоритм и какими характеристиками он обладает. А самое главное — составим список алгоритмов , которые широко применяются в программировании и, стало быть, будут полезны для программиста.

Алгоритм — что это?

Если говорить неофициально, то алгоритмом можно назвать любую корректно определённую вычислительную процедуру , когда на вход подаётся какая-нибудь величина либо набор величин, а результатом выполнения становится выходная величина либо набор значений. Можно сказать, что алгоритм — это некая последовательность вычислительных шагов , благодаря чему происходит преобразование входных данных в выходные.

Также нужно понимать, что алгоритм как последовательность шагов позволяет решать конкретную задачу и должен:

1. Работать за конечный объём времени. Если алгоритм не способен разобраться с проблемой за конечное количество времени, можно сказать, что этот алгоритм бесполезен.

2. Иметь чётко определённые инструкции. Любой шаг алгоритма должен точно определяться . При этом его инструкции должны быть однозначны для любого случая.

3. Быть пригоден к использованию. Речь идёт о том, что алгоритм должен быть способен решить проблему , для устранения которой его создавали.

Сегодня алгоритмы используются как в информатике и программировании, так и в математике. Кстати, наиболее ранними математическими алгоритмами называют разложение на простые множители и извлечение квадратного корня — их использовали в древнем Вавилоне ещё в 1600 г. до н. э. Но мы не будем уходить далеко в прошлое, а рассмотрим, как и обещали, основные алгоритмы программирования на сегодняшний день.

Алгоритмы сортировки (пирамидальная, быстрая, слиянием)

Какой алгоритм сортировки считают лучшим? Здесь нет однозначного ответа, ведь всё зависит от ваших предпочтений и поставленных перед вами задач. Рассмотрим каждый из алгоритмов:

1. Сортировка слиянием . Важнейший на сегодня алгоритм. Базируется на принципе сравнения элементов и задействует подход «разделяй и властвуй», позволяя более эффективно решать проблемы, которые когда-то решались за время O (n^2). Сортировка слиянием была изобретена математиком Джоном фон Нейманом в далёком 1945 году.

2. Быстрая сортировка . Это уже другой подход к сортировке. Тут алгоритм базируется, как на in-place разделении, так и на принципе «разделяй и властвуй». Однако эта сортировка нестабильна, что и является её проблемой. Зато алгоритм эффективен при сортировке массивов в оперативной памяти.

3. Пирамидальная сортировка . Алгоритм in-place который использует приоритетную очередь (за счёт этой очереди сокращается время поиска данных).

Считается, что вышеописанные алгоритмы лучше, если сравнивать их с другими, например, сортировкой пузырьком . Можно сказать, что именно благодаря алгоритмам сортировки у нас сегодня есть искусственный интеллект, глубинный анализ данных и даже интернет .

Преобразование Фурье. Быстрое преобразование Фурье

Электронно-вычислительные устройства используют алгоритмы для функционирования, в том числе и алгоритм преобразования Фурье . И телефон, и смартфон, и компьютер, и маршрутизатор, и интернет — всё это не может работать без алгоритмов для функционирования, запомните это.

Алгоритм Дейкстры

Без этого алгоритма, опять же, не сможет эффективно работать тот же интернет. С его помощью решаются задачи, в которых проблема представляется в виде графа, обеспечивающего поиск наикратчайшего пути между 2-мя узлами. Даже сегодня, когда у нас есть решения и получше, программисты по-прежнему используют поиск кратчайшего пути , если речь идёт о системах, требующих повышенной стабильности.

Алгоритм RSA

Это алгоритм пришёл к нам из криптографии . Он сделал криптографию доступной всем, предопределив её будущее. Вообще, RSA-алгоритм сделан для решения простой задачи с неочевидным решением . Он позволяет делиться открытыми ключами между конечными пользователями и независимыми платформами таким образом, чтобы можно было применять шифрование.

Алгоритм безопасного хэширования

Ну, это не совсем алгоритм. Скорее, его можно назвать семейством криптографических хэш-функций (SHA-1, SHA-2 и т.д.), которые разработаны в США и имеют важнейшее значение для всего мира. Антивирусы, электронная почта, магазины приложений, браузеры и т. п. — во всём этом используются алгоритмы безопасного хэширования (на деле хэш является результатом их работы). Алгоритм нужен для определения, удалось ли вам загрузить то, что хотели, а также не подверглись ли вы фишингу или атаке «человек посередине».

Анализ связей

Идея алгоритма анализа связей проста. Например, вы легко сможете представить график в виде матрицы, что сведёт задачу к проблеме уровня собственной значимости каждого узла. Данный подход к структуре графа позволит оценить относительную важность каждого объекта, который включён в систему.

Алгоритм был создан в далёком 1976 году и используется сегодня при ранжировании страниц в процессе поиска в Google, при генерации ленты новостей, при составлении списка возможных друзей на Facebook, при работе с контактами в LinkedIn и во многих других случаях. Любой из перечисленных сервисов работает с различными объектами и параметрами и объектами, однако сама математика по сути не меняется.

Пропорционально-интегрально-дифференцирующий алгоритм

Пользовались ли вы автомобилем, самолётом, сотовой связью? Видели ли вы робота в работе? Во всех этих случаях вы можете сказать, что видели данный алгоритм в действии.

Пропорционально-интегрально-дифференцирующий алгоритм обычно применяет замкнутый механизм обратной связи для контура управления. Это необходимо для минимизации ошибки между реальным выходным сигналом и желаемым выходным сигналом. Алгоритм задействуется там, где необходимо создать систему для обработки сигнала либо для управления гидравлическими, механическими и тепловыми механизмами автоматизированного типа.

Алгоритмы сжатия данных

Сложно сказать, какой алгоритм для сжатия наиболее важен, ведь в зависимости от поставленных задач он может меняться от zip до mp3 либо от JPEG до MPEG-2. Но эти алгоритмы важны почти для всех сфер деятельности.

Алгоритм сжатия — это не только очередной заархивированный документ. Он позволяет выполнять сжатие данных на веб-странице при их загрузке на компьютер. Или задействуется в базах данных, видео, музыке, облачных вычислениях. По сути алгоритмы сжатия данных делают системы дешевле и эффективнее.

Алгоритм генерации случайных чисел

На самом деле не существует «настоящего» генератора случайных чисел, и мы уже об этом говорили . Зато у нас существуют генераторы псевдослучайных чисел , которые прекрасно с этим справляются. Они имеют расширенную вариативность использования: программные приложения в программировании, криптография, алгоритмы хэширования, видеоигры, искусственный интеллект, тесты при разработке программ и т. д.

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:

животное ищет место, где есть корм (используя обоняние и другие органы чувств);
затем осуществляет действия, чтобы добраться до лакомства;
при удачном исходе съедает найденное.

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»).

взять кусок хлеба;
отрезать кусок сыра;
положить его на хлеб.

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:

взять из ящика грушу;
посмотреть, гнилая она или нет;
если гнилая, то выбросить;
если нет, положить в другой ящик;
повторить операцию до перебора всех груш в ящике.

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.

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

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.

В широком смысле, алгоритм - это заранее отработанная схема чего-то. Программы, работы устройства, выполнения каких-то задач. Сразу приходят на ум рабочие моменты из жизни следователей Уголовного розыска)) На совещании у руководства:

— «Так значит, товарищ Орлов, Вы уверены в том что эта группа имеет огнестрельное оружие? Давайте продумаем алгоритм, как будем действовать при задержании».

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.

Каждый программист знает о важности использования алгоритмов. В этой статье мы поговорим о том, что такое алгоритм и какими характеристиками он обладает. А самое главное — составим список алгоритмов, которые широко применяются в программировании на разных языках и, стало быть, будут полезны для любого программиста.

Algorithm — что это?

Если говорить неофициально, то алгоритмом можно назвать любую корректно определённую вычислительную процедуру, когда на вход подаётся какая-нибудь величина либо набор величин, а результатом выполнения этой процедуры становится выходная величина либо набор значений. Можно сказать, что алгоритм — это некая последовательность действий (вычислительных шагов), благодаря чему происходит преобразование входных данных в выходные данные.

Также нужно понимать, что алгоритм как последовательность шагов позволяет решать конкретную задачу и должен: 1. Работать за конечный объём времени. Если алгоритм не способен разобраться с проблемой за конечное количество времени, можно сказать, что он бесполезен. 2. Иметь чётко определённые инструкции, порядок. Любой шаг должен точно определяться. Его инструкции должны быть однозначны для любой последовательности шагов. 3. Быть пригодным к использованию. Алгоритм должен быть способен решить проблему, для устранения которой его создавали.

Если интересуют подробности, вот отдельные статьи про свойства алгоритма, а вот про способы представления и записи алгоритма.

Сегодня алгоритмы используются при обработке данных как в информатике и программировании, так и в математике. Кстати, наиболее ранними математическими алгоритмами называют разложение на простые множители и извлечение квадратного корня — их использовали в древнем Вавилоне ещё в 1600 г. до н. э. Но мы не будем уходить далеко в прошлое, а рассмотрим, как и обещали, основные алгоритмы программирования на сегодняшний день.

Алгоритмы сортировки (пирамидальная, быстрая, слиянием)

Какой алгоритм сортировки считают лучшим? Здесь нет однозначного ответа, ведь всё зависит от ваших предпочтений и поставленных перед вами задач. Рассмотрим несколько основных: 1. Сортировка слиянием. Важнейший на сегодня, базируется на принципе сравнения элементов и задействует подход «разделяй и властвуй», позволяя более эффективно решать проблемы, которые когда-то решались за время O (n^2). Сортировка слиянием была изобретена математиком Джоном фон Нейманом в далёком 1945 году. 2. Быстрая сортировка. Это уже другой подход и несколько иная процедура. Тут алгоритм базируется, как на in-place разделении, так и на принципе «разделяй и властвуй». Однако эта сортировка нестабильна, что и является её проблемой. Зато алгоритм эффективен при сортировке массивов в оперативной памяти. 3. Пирамидальная сортировка. Алгоритм in-place который использует приоритетную очередь (за счёт этой очереди сокращается время поиска данных).

Некоторые пользователи утверждают, что именно благодаря алгоритмам сортировки у нас сегодня есть искусственный интеллект, глубинный анализ данных и даже интернет.

Преобразование Фурье. Быстрое преобразование Фурье

Электронно-вычислительные устройства используют алгоритмы для функционирования, в том числе и алгоритм преобразования Фурье. И телефон, и смартфон, и компьютер, и маршрутизатор, и интернет — всё это не может работать без алгоритмов для функционирования, запомните это.

Dijkstra's algorithm

Без этого алгоритма, опять же, не сможет эффективно работать тот же интернет. С его помощью решаются задачи, в которых проблема представляется в виде графа, обеспечивающего поиск наикратчайшего пути между 2-мя узлами. Даже сегодня, когда у нас есть решения и получше, программисты по-прежнему используют поиск кратчайшего пути, если речь идёт о системах, требующих повышенной стабильности.

Algorithm RSA

Пришёл к нам из криптографии и сделал криптографию доступной всем, предопределив её будущее. Вообще, он служит для решения простой задачи с неочевидным решением и позволяет делиться открытыми ключами между конечными пользователями и независимыми платформами таким образом, чтобы можно было применять шифрование.

Алгоритм безопасного хэширования

Ну, это не совсем algorithm. Скорее, его можно назвать семейством криптографических хэш-функций (SHA-1, SHA-2 и т.д.), которые разработаны в США и имеют важнейшее значение для всего мира. Антивирусы, электронная почта, магазины приложений, браузеры и т. п. — во всём этом используются алгоритмы безопасного хэширования (на деле хэш является результатом их работы). Алгоритм служит для определения, удалось ли пользователю загрузить то, что хотелось, а также не подверглись ли вы фишингу или атаке «человек посередине».

Анализ связей

Идея анализа связей проста. К примеру, вы легко сможете представить график в виде матрицы, что сведёт задачу к проблеме уровня собственной значимости каждого узла. Данный подход к структуре графа позволит оценить относительную важность каждого объекта, который включён в систему.

Algorithm был создан в далёком 1976 году и используется сегодня при ранжировании страниц в процессе поиска в Google, при генерации ленты новостей, при составлении списка возможных друзей на Facebook, при работе с контактами в LinkedIn и во многих других случаях. Любой из перечисленных сервисов работает с различными объектами и параметрами и объектами, однако сама математика по сути не меняется.

Пропорционально-интегрально-дифференцирующий algorithm

Пользовались ли вы автомобилем, самолётом, сотовой связью? Видели ли вы робота в работе? Во всех этих случаях вы можете сказать, что видели данный algorithm в действии.

Его обычно применяет замкнутый механизм обратной связи для контура управления. Это необходимо для минимизации ошибки между реальным выходным сигналом и желаемым выходным сигналом. Задействуется там, где необходимо создать систему для обработки сигнала либо для управления гидравлическими, механическими и тепловыми механизмами автоматизированного типа.

Сжатие данных

Сложно сказать, какой algorithm для сжатия наиболее важен, ведь в зависимости от поставленных задач он может меняться от zip до mp3 либо от JPEG до MPEG-2. Но эти алгоритмы важны почти для всех сфер деятельности.

Алгоритм генерации случайных чисел

На самом деле не существует «настоящего» генератора случайных чисел, и мы уже об этом говорили. Зато у нас существуют генераторы псевдослучайных чисел, которые прекрасно делают свою работу. Они имеют расширенную вариативность использования: программные приложения в программировании, криптография, алгоритмы хэширования, видеоигры, искусственный интеллект, тесты при разработке программ и т. д.

Алгоритмы в науке и технике

Роль алгоритмических последовательностей в современной науке и технике очень велика. Их без преувеличения считают богатством науки и техники, которое накапливалось десятилетиями. Можно вспомнить пресловутую машину Тьюринга и не только.

Однако на деле наибольшее значение имеют algorithms, которые накоплены в математике, ведь именно математика пронизывает иные технические науки и делает их более структурированными. Замечено, что если удается получить алгоритмическую последовательность данных, позволяющую решить конкретную задачу, то можно создать соответствующую машину, что если удалось получить алгоритм решения какой-нибудь задачи, то можно создать машину, стало быть, автоматизировать решение этой задачи. А автоматизация важна не только в IT-сфере, но и в промышленности, технике, науке, медицине и многих других отраслях.

С этой точки зрения суть алгоритмов можно выразить иначе, то есть они являются: - формой изложения научных данных, результатов исследований и анализа; - реальным руководством к действию по решению ранее изученных проблем; - средством экономии времени и умственной работы; - важным и нужным этапом по автоматизации; - инструментом исследования новых проблем (особенно в математике).

Да, algorithms -- важная часть как всей науки, так и локальной обработки исходных данных, но эта часть не исчерпывает содержание самой науки. Не менее важны понятия и определения, которые входят в эту науку, установленные факты (доказанные теоремы), выработанные подходы к изучаемым явлениям и объектам.

Раз уж вспомнили математику, скажем, что большой вклад в развитие алгоритмов здесь внесли советские (российские) ученые. К примеру, хорошо известен так называемый алгоритм четырех русских -- метод алгоритмического ускорения с использованием булевых матриц. Он был создан четырьмя русскими учеными В. Л. Арлазаровым, Э. А. Диницем, М. А. Кронродом и И. А. Фараджевым в 1970 г. в Москве. Также упоминания заслуживает один известный метод русского ученого Анатолия Карацубы -- созданный им алгори тм служит для быстрого умножения. И так далее.

Говорить на эту тему можно очень долго. Если же вы хотите освоить нужные алгоритмические последовательности на практике и в контексте программирования, добро пожаловать на специальный курс в OTUS!

Алгоритмы появились вместе с математикой, а первые упоминания о них встречаются в книге математика Мухаммеда бен Мусы аль-Хорезми из города Хорезма. Он описал методы выполнения различных действий с многозначными числами еще в 825 году. Само слово «алгоритм» появилось после того, как книгу ученого перевели на латинский язык в Египте.

Современное определение алгоритма в информатике — это описание действий, последовательное выполнение которых позволяет решить поставленную задачу за конкретное количество шагов.

С этим человек сталкивается каждый день, когда читает рецепты в кулинарных книгах, инструкции к различной технике, правила решения заданий. Но обычно все эти действия выполняются автоматически, без их анализа. Родители сталкиваются с этим понятием, когда объясняют детям, как открыть двери ключом или почистить зубы. Алгоритмов в окружающем мире множество, но есть общие признаки для всех их видов.

Свойства и виды

Для изучения понятия нужно разобраться в свойствах алгоритма в информатике. Их существует несколько:

дискретность;
детерминированность или определенность;
понятность;
завершаемость или конечность;
массовость или универсальность;
результативность.

Согласно свойству дискретности, алгоритмы должны описывать весь процесс решения задания в виде выполнения простых шагов. При этом на пункты отводится определенное количество времени. Каждый шаг должен определяться состоянием системы, то есть при одних и тех же исходных данных результат не меняется. Но есть и вероятностные алгоритмы, где пункты зависят от системы и случайно генерируемых чисел. В этой ситуации понятие становится подвидом обычного.

Понятность заключается в том, что команды алгоритма должны быть доступны конкретному исполнителю и входить в его личную систему. В ходе работы математическая функция при правильно заданных исходных данных выдает результат за определенное количество шагов. Иногда процедура может не завершиться, но вероятность таких случаев стремится к нулю.

Универсальность или массовость позволяет использовать алгоритм с разными наборами начальных данных. Последнее свойство обеспечивает его завершение в виде определенного числа — результата.

У каждого алгоритма есть свои начальные условия, цели и пути решения задачи. Существует большая разница между вычислительными и интерактивными видами. Происхождение первых связано с опытами ученого Тьюринга, они могут преобразовать входные данные в выходные. Вторые предназначены для связи с объектом управления, они работают только под внешним воздействием. Ученые выделяют несколько видов алгоритмов в информатике:

детерминированные или жесткие;
гибкие;
линейные;
разветвляющиеся;
циклические;
вспомогательные;
структурные блок-схемы.

Жесткие еще называются механическими, так как чаще всего они используются для работы двигателя или машины. Они задают действия в единственно верной последовательности, что приводит к искомому или требуемому результату при условии выполнения процессов, для которых они и разработаны.

Гибкие алгоритмы делятся на эвристические и вероятностные. Первые используются при различных умственных выводах без строгих аргументов, а вторые дают возможность получить один результат несколькими способами.

Линейный тип — это набор команд, которые выполняются в строгой последовательности. Разветвляющийся включает хотя бы одно условие и при проверке дает разделение на несколько блоков. Появляются альтернативные ветвления программы.

В циклических видах несколько раз повторяются одни и те же действия, при этом меняются исходные данные. Сюда относятся переборы вариантов и бо́льшая часть способов расчета. Циклом в этом случае называют последовательность команд, которые нужно выполнить множество раз для достижения требуемого результата.

Подчиненный или вспомогательный вид является ранее разработанным алгоритмом для быстрого решения задачи. Он необходим для сокращения записи, если в структуре есть одинаковые команды. Схемами называются графические изображения с помощью блоков и соединяющих их прямых линий. Их используют перед программированием в качестве наглядных примеров, поскольку зрительное восприятие позволяет быстрее осмыслить процесс обработки информации и выявить возможные ошибки. В блоках отображаются исходные данные, которые вносятся в компьютер для вычислений.

Способы записи

Алгоритмы записываются несколькими методами. В информатике используется всего три:

словесно-формульный;
графический;
программный.

В первом случае алгоритм записывается простым языком — словами и математическими формулами, что необходимо для понимания его теории. Здесь учитываются исходные данные, действия с ними и условия получения результата. Второй тип записи — компьютерное описание. Для этого применяются языки программирования и сами программы — форсы представления расчетов для их выполнения машиной.

Графическое описание состоит из связанных между собой географических фигур. Основные элементы блок-схем:

прямоугольники;
эллипсы;
ромбы;
шестиугольники;
стрелки;
пунктирные линии;
соединительные фигуры.

В прямоугольниках записывают процессы, они указывают на выполнение операций, которые изменяют форму или значение данных. Ромбы содержат способы решения, здесь выбирается следующее направление в зависимости от поставленных условий. Модификации могут передаваться в шестиугольниках, где записываются операции, меняющие команды.

В блок-схемах можно выделить ручной ввод и предопределенные процессы. Первая фигура позволяет исполнителю ввести данные во время работы алгоритма через устройства, подключенные к компьютеру. Второе понятие заключается в использовании заранее записанных алгоритмов.

Графическое изображение содержит блоки документов и дисплеев. Оператор может вводить данные с бумаги и выводить их на нее, а также с помощью устройств, которые воспроизводят информацию на экране (проекторы для интерактивных досок, подключенные к компьютерам планшеты и ноутбуки).

Линии и соединительные фигуры указывают на связи между разными блоками и их последовательность. В схеме есть блоки начала и конца алгоритма, его прерывания, которое может произойти из-за сбоев в программе. Можно также указывать комментарии и пояснения исполнителя, для этого есть отдельные фигуры.

Правила создания

Существует несколько правил создания алгоритмов. Если их соблюдать, то в ходе работы всегда будет верный результат. Форма должна быть настолько простой, чтобы ее понял тот, кто занимается ее разработкой. Также не должно возникнуть проблем с чтением у того, кто будет выполнять описанные действия.

Объект, который проводит расчеты в алгоритме, называется исполнителем. Идеальными считаются роботы, компьютеры и другие машины. Они работают с программами, то есть схемами, написанными определенным языком программирования.

Разобраться с действиями помогут простые примеры алгоритмов по информатике. Когда есть ряд чисел от 1 до 100 и необходимо найти из них простые, то выбираются те, что делятся на единицу и себя. В этом случае используется циклическая структура:

сначала нужно взять число 1;
проверить, меньше ли оно, чем 100;
если да, то узнать, простое ли оно;
при выполнении условия записать;
перейти к числу 2;
повторить операцию.

Такие действия проводят со всеми числами. При этом первые четыре шага будут постоянно повторяться. Если попадается число, не являющееся простым (4, 6, 8 и т. д. ), то его нужно просто пропустить. Алгоритм в этом случае обладает предусловиями, то есть проверки происходят в начале цикла.

Анализ работы

Распространение информационных технологий привело к увеличению риска сбоев в работе программ. Предотвратить появление ошибок в алгоритмах можно с помощью доказательства их корректности математическими средствами. Такой анализ называется формальным методом, он предусматривает использование специального набора инструментов.

Гипотеза Ричарда Мейса утверждает, что избежать ошибок легче, чем их устранить. Благодаря доказательству корректности программ можно выявить их свойства, применяемые ко всем видам входных данных. Само понятие делится на две разновидности — частичную и полную. При первом типе корректности алгоритм дает правильный результат только для тех случаев, когда он завершается. Во втором случае программа завершает работу корректно для всего диапазона данных.

Исполнители во время проверки сравнивают выдаваемые данные со спецификой требуемого результата. Для доказательства корректности используются предусловия и постусловия. Первые должны выполняться перед включением программы, вторые — после завершения ее работы. Формальные методы успешно применяются для многих задач: верификации программ и микропроцессоров, разработки искусственного интеллекта, электронных схем и автоматических систем для железной дороги, спецификации стандартов.

Для выполнения алгоритма нужно только конкретное количество шагов, но на практике для этого потребуется много времени. В связи с этим введено понятие сложности. Она бывает временной, вычислительной и связанной с размерами алгоритма. Для увеличения эффективности используются быстрые программы, которые появились еще в 50-х годах прошлого века.

Читайте также: