ما هي الخوارزميات وأنواعها وكيفية تعلمها
 |
ما هي الخوارزميات وأنواعها وكيفية تعلمها |
ما هي الخوارزميات
الخوارزميات هي مجموعة من الخطوات الواضحة التي يتم تطبيقها من أجل الوصول إلى نتيجة ما أو حل مشكلة ما. تعريف بسيط أليس كذلك؟
قد يبدو لك هذا التعريف أبسط من اللازم، ولكنه على النقيض ليس هكذا أبدًا، فهذا هو التعريف الذي اتفق عليه المختصين والأكاديميين.
فالخوارزميات من الممكن تبسيطها أو تشبيهها بالوصفات الخاصة بالأكل، فمن خلالها ستقوم بتحويل المواد التي بحوزتك عبر مجموعة من الخطوات إلى الوجبة التي ستقوم بتناولها.
هذا هو لب تعريف الخوارزميات مهما بلغت سهولتها أو تعقيدها، أو كانت متعلقة بالتداول أو الأسواق المالية أو تُستخدم في المستشفيات والعلاج، أو حتى تستخدم في تسيير الصواريخ الصاعدة إلى الفضاء.
قد يهمك أيضاً: ماهي افضل البرامج لتصميم الجرافيك للمبتدأين.
من ما تتكون الخوارزميات؟
- المشكلة أو التساؤل موصوفًا بطريقة رياضية يفهمها الحاسوب.
- صيغة رياضية أو مجموعة من الخطوات الواضحة للتعامل مع الحالة.
- طريقة لإدخال معطيات المشكلة لتطبيق الصيغة أو الخطوات عليها.
- تنفيذ تلك الخطوات أو الصيغة بشكل دقيق وسلس.
- الحصول على المخرجات المطلوبة من المدخلات أو المعطيات السابق إدخالها.
وسوف نتحدث بعد قليل عن الكيفية التي تعمل بها الخوارزمية باستخدام مثال بسيط وسهل يوضح لنا آلية عملها.
وبشكل عام فإن الخوارزميات هي الطريقة السحرية التي جعلت حياتنا بهذه السهولة، فهي توفر الكثير من الوقت والجهد والمال، كما أنها أكثر فعالية ودقة من العامل البشري وأسرع بعشرات ومئات المرات.
إقرأ أيضاً: أفكار جديدة لإنشاء فيديوهات على اليوتيوب.
تاريخ الخوارزميات
بالطبع ستكون فكرت في أن الخوارزميات ومفردها الخوارزمية كلمة عربية فصحى أو على الأقل قريبة من اللغة العربية، وهذا صحيح فالعلماء العرب هم أول من توصلوا إلى شكلها الذي نعرفه الآن.
فكلمة خوارزمية أو خوارزميات تأتي من اسم العالم العربي محمد بن موسي الخوارزمي؛ الذي كان واحد من أبرع العلماء العرب في مجال الرياضيات بجانب إسهاماته في العديد من العلوم الأخرى كالفلك والجغرافيا وغيرها.
الخوارزمي هو أبو علم الجبر وهو مؤسسه كما نعرفه اليوم، والذي بسببه سميت الخوارزميات خوارزميات لأنها تعتمد عليه بشكل كبير في عملها.
بعد هذه البداية العربية القوية قام الغرب بترجمة هذه المعارف، وتطويرها واستيعابها في حضارتهم وإنجازاتهم العلمية فيما بعد.
فمثلًا في القرن التاسع عشر قامت آدا لوفلايس باكتشاف أن الخوارزميات من الممكن أن يتم تطبيقها وتنفيذها من قبل الآلات، وبذلك فتحت الباب بعد ذلك للخوارزميات التي نستخدمها اليوم.
وفي القرن العشرين قام العالم العبقري آلان تورنغ بتطبيق مفهومها من خلال آلة تورنغ، والتي قامت بجعل الآلة فعليًا تقوم باستخدام خوارزمية في العالم الواقعي، وبذلك فتح الباب أمام الحوسبة و الذكاء الاصطناعي اللذان نعرفهما اليوم.
شاهد أيضاً: فرص عمل للإناث على الانترنت.
كيف تعمل الخوارزميات ؟
طريقة عمل الخوارزميات سهلة للغاية مهما اختلفت أي خوارزمية عن نظيرتها، فهي عبارة عن مدخلات Inputs يتم إجراء بعض الحسابات أو الخطوات عليها حتى الحصول على المخرجات Outputs المطلوبة.
ولكي نبسط الطريقة التي تعمل بها الخوارزميات دعنا نفكر في الخوارزمية التي نقوم من خلالها باختيار الملابس التي نرتديها، وكيف نشرح لطفل صغير كيف يختار الملابس التي يقوم بارتدائها بناءاً عليها.
في البداية ستكون المدخلات Inputs عبارة عن العوامل التي نعتمد عليها في اختيار هذه الملابس، مثل: درجة الحرارة بالأرقام أو الموسم صيفي/شتوي، بالإضافة إلى المناسبة وطبيعتها، والتوقيت الذي سيقوم بالخروج فيه.
من خلال هذه المدخلات سوف نقوم بمعالجة الملابس التي لدينا، ومن ثم سنقوم بعد ذلك باختيار أكثر الملابس المناسبة لدينا التي بإمكاننا ارتدائها.
وعامة فإن هناك العشرات والمئات من العوامل التي بإمكانك أن تضعها في الحسبان غير تلك، مثل إمكانية هطول الأمطار، وطبيعة النشاط الذي ستقوم به، والملابس التي يرتديها الأشخاص الذين ستقابلهم، وهلم جرا.
وكلما زادت أعداد هذه المدخلات كلما زاد تعقيد الخوارزمية، وبالتالي دقة نتائجها وكونها أكثر ذكاءًا وكفاءة في آداء مهمتها.
بعد الحصول على كافة المدخلات المطلوبة، سيأتي هنا دور المعالجة أو الخطوات المستخدمة، وهي التي تُعرف في الخوارزميات التقنية بالحوسبة Computation.
ففي البداية ستستبعد الملابس غير المناسبة لهذا النشاط أو المناسبات التي ستحضرها، ومن ثم ستستبعد الملابس التي لا تناسب الطقس أو المناخ الحالي.
وهكذا بعد عملية طويلة من الاستبعادات حسب المدخلات الخاصة بك، سوف يتبقى لديك خيارات أقل لتقوم بالارتداء من خلالها.
ستضطر حينها إلى محاولة الوصول إلى أكبر تناسق بين هذه الملابس لكي يتوفر لك حلة مناسبة للخروج بها.
في نهاية الأمر بعد أن تصل إلى هذه الحلة سيسمى هذا الأمر بالمخرجات Outputs، وهو الناتج النهائي الذي كنا نود الحصول عليه منذ البداية.
هذه خوارزمية بسيطة، ولو أردنا الحديث عن خوارزميات أذكى، مثل تلك الخاصة بتعلم الآلة أو بالتعلم العميق Deep Learning أو معالجة اللغة الطبيعية NLP فسنزيد التعقيد بعض الشيء.
فستغذي خوارزميتك بالكثير من البيانات والمعلومات كمدخلات، مثل: تجاربك الماضية في اختيار الملابس أو شعورك ناحية هذه الملابس خلال المرات السابقة التي ارتديتها فيها، ويمكنك أيضًا تضمين تجارب الآخرين.
فمن خلال هذا الكم الكبير من البيانات ستستطيع الخوارزمية أن تكون أكثر كفاءة، وأن تكون ذكية للغاية للقيام باختيار أفضل حلة تقوم بارتدائها.
يجب ان تقرأ: كم يربح صناع المحتوى على اليوتيوب شهرياً.
ماهي أنواع الخوارزميات ؟
هناك الكثير للغاية من أنواع الخوارزميات التي يتم استخدامها كل لحظة من حولنا، ولكن بإمكاننا القول بأن هناك 7 أنواع هم الأهم للخوارزميات:
1. الخوارزميات التكرارية أو العودية Recursive Algorithms: وهي الخوارزميات التي تقوم باستدعاء وتكرار نفسها حتى يتم حل المشكلة والتوصل إلى النتيجة النهائية.
2. خوارزميات البرمجة الديناميكية Dynamic programming Algorithms: هذه الخوارزميات معقدة بعض الشيء، وتستخدم في حل المشاكل الأكثر تعقيدًا، وهي تستخدم بكثرة في الأمور المعقدة، مثل دراسة الحمض النووي في علوم الأحياء.
3. الخوارزميات العشوائية Randomized Algorithms: وهي الخوارزميات التي تقوم باستخدام النتائج والقيم العشوائية.
4. الخوارزميات التراجعية أو خوارزميات التعقب العكسي Backtracking Algorithms: هذه الخوارزميات تقوم بحل المشاكل الكبيرة والمعقدة من خلال تجربة تقسيمها ومحاولة حلها بشكل متكرر حتى التوصل إلى النتائج الصحيحة، بحيث يتم حل المشكلة بشكل عكسي.
5. الخوارزميات الجشعة Greedy Algorithms: تعمل هذه الخوارزميات من خلال التفكير في أفضل خطوة أو تصرف على المدى القصير بدون التفكير في عواقب هذا الاختيار فيما بعد.
6. خوارزميات فرق تسد Divide and conquer Algorithms: تقوم هذه الخوارزميات في البداية بتقسيم المشكلة أو البيانات إلى أجزاء أصغر، ومن ثم تعمل على حلها وبعد ذلك تجميعها.
7. خوارزميات القوة العمياء Brute Force Algorithms: هذه الخوارزمية من أبسط الخوارزميات على الإطلاق حيث إنها تقوم بالتجربة، فمثلًا لو كنت تود إيجاد الرقم السري المكون من 4 أرقام الخاص بمستخدم ما، فإنك ستقوم بتجربة الـ 9999 احتمال حتى تصل إلى الرقم السري الصحي.
