כל אדם בחיי היומיום שלו נאלץ לפתור מספר רב של משימות שונות. הוא לא חושב לפתור בעיות מסוימות ("קניית מצרכים"), בעוד שאחרים גורמים לקשיים ולהשתקפויות ארוכות ("איסוף קוביית רוביק"). המשותף לדוגמאות לעיל למשימות פשוטות ומורכבות כי ניתן לפרק אותם לשלבים מובנים בודדים. רצף הצעדים מסוג זה יכול לשמש כתזכורת לסייע בפתרון הבעיה. ניתן לקרוא לרצף זה אלגוריתם.
כמובן שניתן לאסוף קוביית רוביק ללא תזכיר, פשוט על ידי הזזת הקצוות בסדר אקראי. אך ספירת אפשרויות אפשריות עשויה להימשך זמן רב, זה יהיה תהליך לא פרודוקטיבי ולא אופטימלי. זה הרבה יותר נוח לקיים רשימת שלבים, שביצועם הרציף תמיד יוביל לתוצאה חיובית. עקרונות אלה הם שיצרו מושג כזה כ"אלגוריתם ".
אלגוריתם הוא מערך הוראות (צעדים) המתאר את סדר פעולותיו של המוציא לפועל כדי להשיג תוצאה של פתרון בעיה במספר סופי של פעולות.
מה זה מבצע?
להבנה טובה יותר של האלגוריתם באופן כללי, יש צורך גם לשקול את המושג "מבצע אלגוריתם". ביצוע במושג אלגוריתם פירושו מערכת מופשטת המסוגלת לבצע את הפעולות המתוארות על ידי האלגוריתם, וכן בעלת מספר מאפיינים. כמבצע, לרוב מתכוונים לאמצעי טכני כזה או אחר (מדפסת תלת מימד, מכונת CNC, מחשב), עם זאת, יש להבין כי מדובר במושג רחב: המבצע יכול להיות, למשל, אדם.
עם זאת, רק מערכת שיש לה מספר פרמטרים בו זמנית יכולה להיקרא מבצע:
- סביבה;
- מערכת פקודות;
- פעולות אלמנטריות;
- סירובים, אם ביצוע פעולות אינו אפשרי.
מאפייני אלגוריתם
המגבלות המוטלות על המושג "מבצע" מובילות לכך שלעצם המושג "אלגוריתם" יש גם מספר מאפיינים ומגבלות. אלגוריתמים נפוצו דווקא בגלל המגבלות הללו, שתורמות לתקינה. בין המאפיינים של אלגוריתמים הם:
- מסיביות (יכולתו של האלגוריתם להישאר נכונה עבור קבוצות שונות של נתוני קלט);
- וודאות (בכל שלב באלגוריתם, על המבצע להיות בעל מספיק נתונים כדי לבצע אותו);
- דטרמיניזם (עם אותן קבוצות של נתוני קלט, יש להשיג את אותה תוצאה);
מדוע יש צורך באלגוריתמים?
המאפיינים שלעיל מספקים שימוש נרחב באלגוריתמים. אז אלגוריתמים משמשים לתקן תיאורים של כל התהליכים. ללא אלגוריתמים, כל סוג של חישוב יהיה בלתי אפשרי, והפתרון לכל בעיה יתחיל מאפס - גם אם הוא נפתר פעמים רבות. השימוש באלגוריתמים מאפשר לך לפתור במהירות בעיות מאותו סוג, לצמצם את הזמן המושקע במציאת פתרון, להפוך את תהליך מציאתו לאוטומטי וגם להפיץ את הפיתרון שנמצא בצורה סטנדרטית, מה שאומר שכולם יכולים להבין אותו.
