Einführung in den Algorithmus in der Programmierung
Die ganze Welt ist heute digitalisiert. In jedem traditionellen Gerät steckt ein Gefühl von Intelligenz und Kommunikation, die unser Leben so einfach und schnell macht. All diese technologischen Fortschritte werden von einer Software vorangetrieben, bei der es sich um eine Reihe von Programmen handelt, mit denen ein Problem gelöst werden soll. Und jedes Programm baut auf einer Logik / Lösung auf, die als Algorithmus bezeichnet wird. Der Namensalgorithmus ist nach dem klugen Mann aus Bagdad, Al Khwarizmi, benannt. Er war der erste, der der Welt Algorithmen vorstellte, die mechanisch, präzise und eindeutig waren.
Was ist ein Algorithmus?
Eine Standardlehrbuchdefinition wäre - ein Algorithmus ist eine gut definierte schrittweise Lösung oder eine Reihe von Anweisungen zur Lösung eines Problems. Ein Algorithmus kann die Methode sein, um das am wenigsten verbreitete Vielfache von zwei Zahlen zu finden, oder das Rezept, um Gemüse-Mandschurei zu kochen.
Was ist ein Algorithmus in einer Programmierperspektive?
Sie sehen, der Computer macht im Grunde genommen eine Menge Mathe, was bedeutet, dass er viele Probleme zu lösen hat. Genau deshalb bilden Algorithmen das Herz der Informatik. Ein Computeralgorithmus ist eine Rechenprozedur, die eine Reihe von endlichen Eingaben aufnimmt und durch Anwendung von Mathematik und Logik in Ausgaben umwandelt. Ein Algorithmus in der Programmierung besteht aus mehreren Schritten:
- Problemstellung - Was ist zu tun?
- Datenerfassung - Was müssen wir tun, um das Problem zu lösen? Oder Eingänge.
- Datenverarbeitung - Verstehen, was wir haben, oder Umwandeln in eine verwendbare Form.
- Logischer Ansatz - Verwenden der gesammelten und erstellten Daten gegen die zu lösende Logik.
- Lösung - Präsentieren Sie die Lösung wie gewünscht in einer GUI oder einem Terminal oder einem Diagramm oder einer Grafik.
Um es auf den Punkt zu bringen, wenn ein endlicher Eingabewert für x gegeben ist, transformiert ein Algorithmus ihn in einen effektiven Ausgabewert y, wobei y für eine gut definierte Funktion f f (x) ist.
Ein wichtiger Aspekt ist, dass die Algorithmen an keine Programmiersprache gebunden sind. Sie sind generische Lösungen als solche.
Wie erleichtert der Algorithmus beim Programmieren die Arbeit?
Das Fachgebiet der Algorithmen ist so tief und breit gewachsen, dass uns die Theorien und Grundlagen helfen, jedes Rechenproblem in Angriff zu nehmen. Es gibt so viele effiziente Algorithmen, die bereits veröffentlicht wurden, wie z. B. binäre Suche, Blasensortierung, Einfügesortierung, Zusammenführungssortierung, schnelle Sortierung, Euklids Algorithmen zum Auffinden des GCM, Prims Algorithmen zum Auffinden des kürzesten Pfades im Diagramm usw.
Es gibt so viele Arten von Algorithmen wie:
| Brute-Force-Algorithmen | Welches sind einfache Ansätze zur Lösung von Problemen? Genau wie Sie Addition wiederholen, um das Ergebnis eines Multiplikationsproblems zu finden. |
| Algorithmen teilen und erobern | Die das Problem in kleine Teilprobleme aufteilen und dann das Ergebnis jedes Teilproblems kombinieren, um das Endergebnis zu erhalten. Genauso wie Sie zuerst die Münzen mit verschiedenen Nennwerten in verschiedene Eimer aufteilen und dann die Anzahl der Münzen in jedem Eimer zählen, um zu ermitteln, wie viele Münzen mit verschiedenen Nennwerten vorhanden sind. |
| Gierige Algorithmen | Welche folgen einer Heuristik zur Problemlösung, um den nächstbesten Zustand zu erreichen, um den endgültig besten Zustand als Ergebnis zu finden. Genauso wie Sie das weniger steile Gebiet finden, das einen Berg zur Erleichterung besteigt. |
| Dynamische Programmierung | Ein Ansatz, der mit Teilen und Erobern identisch ist, das Problem jedoch in Teilprobleme unterteilt, sodass seine Ergebnisse für andere Teilprobleme wiederverwendbar sind. |
Solche Methoden helfen uns, einen guten Algorithmus zu entwickeln, der die folgenden definierenden Eigenschaften besitzt. Ein guter Algorithmus ist -
- Präzise - Es kennt die genauen und korrekten Schritte, die ausgeführt werden müssen.
- Eindeutig - Die Eingabe für die aktuellen Anweisungen stammt nur aus der vorhergehenden Anweisung.
- Endlich - Der Algorithmus gibt das Ergebnis nach der Ausführung einer endlichen Anzahl von Befehlen aus.
- Allgemeingültigkeit - Der Algorithmus kann Eingaben festlegen, und nicht nur eine Eingabe.
Vorteile des Algorithmus und warum sollten wir den Algorithmus bei der Programmierung verwenden?
Algorithmen haben nicht nur einen weiten Anwendungshorizont in der realen Welt, sondern fungieren auch als leistungsstarkes Objektiv, um ein Problem zu lösen. Ein Algorithmus hilft uns zu entscheiden, ob ein Problem lösbar ist oder nicht. Wenn ja, wie, wie schnell und wie genau? Wenn nicht, hilft uns ein Algorithmus erneut zu entscheiden, ob wir einen Teil davon lösen können.
Wenn wir darüber sprechen, warum wir Algorithmen für die Programmierung verwenden sollten, müssen wir verstehen, dass Computerprogramme unterschiedliche Algorithmen verwenden, die auf Computerhardware mit Prozessor und Speicher ausgeführt werden. Diese Komponenten weisen Einschränkungen auf. Ein Prozessor ist nicht unendlich schnell und der verfügbare Speicher ist nicht frei. Sie sind gebundene Ressourcen. Sie müssen mit Bedacht eingesetzt werden, und ein guter Algorithmus, der hinsichtlich Zeit- und Raumkomplexität effizient ist, hilft Ihnen dabei.
Wie hilft Ihnen diese Technologie bei Ihrem beruflichen Aufstieg?
Wie bei allen anderen Technologien entwickelt sich auch das Algorithmusdesign in der Programmierung ständig weiter, da sich die Computerhardware ständig weiterentwickelt. Angefangen von herkömmlichen x86-Maschinen über Supercomputer bis hin zu Quantum-Computern hat sich die Art der Problemlösung revolutionär verändert. Das Wissen über Algorithmen unterscheidet einen erfahrenen Programmierer von den anderen. Die heutigen Ressourcen erfordern nicht unbedingt das Studium von Algorithmen mit so vielen entwickelten Software-Frameworks und -Bibliotheken, aber ein gründliches Verständnis derselben wird Ihnen noch viel mehr helfen.
Fazit - Algorithmus in der Programmierung
Obwohl wir eines Tages einen unglaublich schnellen Prozessor und einen kontinuierlichen Speicher haben, müssen wir den Algorithmus noch studieren und sie so gestalten, dass festgestellt wird, ob die Lösung terminiert und ein korrektes Ergebnis liefert. Ob kommerzielle Anwendungen, wissenschaftliches Rechnen, Ingenieurwesen, betriebliche Forschung oder künstliche Intelligenz - in jedem Bereich müssen Probleme artikuliert, effiziente zu lösende Algorithmen ermittelt und zu verarbeitende Datenstrukturen für immer bewältigt werden.
So wie es ein wichtiger Plan ist, bevor man arbeitet. Es ist wichtig, den Algorithmus vor dem Codieren zu definieren.
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