что это такое: виды и типы алгоритмов, применение

Алгоритм — это четкая последовательность действий, выполнение которой дает какой-то заранее известный результат. Проще говоря, это набор инструкций для конкретной задачи. Известнее всего этот термин в информатике и компьютерных науках, где под ним понимают инструкции для решения задачи эффективным способом.

Сейчас под этим словом понимают любые последовательности действий, которые можно четко описать и разделить на простые шаги и которые приводят к достижению какой-то цели. Например, пойти на кухню, налить воду и положить в нее пакетик чая — это алгоритм для выполнения задачи «Заварить чай».

Алгоритмы в информатике — инструкции для компьютеров, набор шагов, который описывается программным кодом. Существуют конкретные алгоритмы для тех или иных действий, причем некоторые из них довольно сложные. Одна из целей использования алгоритмов — делать код эффективнее и оптимизировать его.

Кто пользуется алгоритмами

В общем смысле — абсолютно все живые и некоторые неживые существа, потому что любую последовательность действий, ведущую к цели, можно считать алгоритмом. Поиск еды животным — алгоритм, движения робота тоже описываются алгоритмом.

В узком смысле, в котором понятие используется в компьютерных науках, алгоритмами пользуются разработчики, некоторые инженеры и аналитики, а также специалисты по машинному обучению, тестировщики и многие другие. Это одно из ключевых понятий в IT.

Для чего нужны алгоритмы

Алгоритмы в информатике нужны для эффективного решения различных задач, в том числе тех, выполнение которых «в лоб» имеет высокую сложность или вовсе невозможно. На практике существуют алгоритмы практически для чего угодно: сортировки, прохождения по структурам данных, поиска элементов, фильтрации информации, математических операций и так далее.

Например, отсортировать массив можно в ходе полного перебора — это самое очевидное решение. А можно воспользоваться алгоритмом быстрой сортировки: он сложнее и не так очевиден, зато намного быстрее работает и не так сильно нагружает мощности компьютера. Строго говоря, полный перебор — это тоже алгоритм, но очень простой.

Существуют алгоритмически неразрешимые задачи, для решения которых нет и не может существовать алгоритма. Но большинство задач в IT разрешимы алгоритмически, и алгоритмы активно используются в работе с ними.

Алгоритмы применяются во всех направлениях IT и во многих других отраслях. Инструкции для автоматизированного станка или линии производства — алгоритмы, рецепт блюда — тоже.

Свойства алгоритмов

Дискретность. Алгоритм — не единая неделимая структура, он состоит из отдельных маленьких шагов, или действий. Эти действия идут в определенном порядке, одно начинается после завершения другого.

Результативность. Выполнение алгоритма должно привести к какому-либо результату и не оставлять неопределенности. Результат может в том числе оказаться неудачным — например, алгоритм может сообщить, что решения нет, — но он должен быть.

Детерминированность. На каждом шаге не должно возникать разночтений и разногласий, инструкции должны быть четко определены.

Массовость. Алгоритм обычно можно экстраполировать на похожие задачи с другими исходными данными — достаточно поменять изначальные условия. Например, стандартный алгоритм по решению квадратного уравнения останется неизменным вне зависимости от того, какие числа будут использоваться в этом уравнении.

Понятность. Алгоритм должен включать только действия, известные и понятные исполнителю.

Конечность. Алгоритмы конечны, они должны завершаться и выдавать результат, в некоторых определениях — за заранее известное число шагов.

Какими бывают алгоритмы

Несмотря на слово «последовательность», алгоритм не всегда описывает действия в жестко заданном порядке. Особенно это актуально сейчас, с распространением асинхронности в программировании. В алгоритмах есть место для условий, циклов и других нелинейных конструкций.

Линейные. Это самый простой тип алгоритма: действия идут друг за другом, каждое начинается после того, как закончится предыдущее. Они не переставляются местами, не повторяются, выполняются при любых условиях.

Ветвящиеся. В этом типе алгоритма появляется ветвление: какие-то действия выполняются, только если верны некоторые условия. Например, если число меньше нуля, то его нужно удалить из структуры данных. Можно добавлять и вторую ветку: что делать, если условие неверно — например, число больше нуля или равно ему. Условий может быть несколько, они могут комбинироваться друг с другом.

Циклические. Такие алгоритмы выполняются в цикле. Когда какой-то блок действий заканчивается, эти действия начинаются снова и повторяются некоторое количество раз. Цикл может включать в себя одно действие или последовательность, а количество повторений может быть фиксированным или зависеть от условия: например, повторять этот блок кода, пока в структуре данных не останется пустых ячеек. В некоторых случаях цикл может быть бесконечным.

Рекурсивные. Рекурсия — это явление, когда какой-то алгоритм вызывает сам себя, но с другими входными данными. Это не цикл: данные другие, но «экземпляров» работающих программ несколько, а не одна. Известный пример рекурсивного алгоритма — расчет чисел Фибоначчи.

Рекурсия позволяет изящно решать некоторые задачи, но с ней надо быть осторожнее: такие алгоритмы могут сильно нагружать ресурсы системы и работать медленнее других.

Вероятностные. Такие алгоритмы упоминаются реже, но это довольно интересный тип: работа алгоритма зависит не только от входных данных, но и от случайных величин. К ним, например, относятся известные алгоритмы Лас-Вегас и Монте-Карло.

Основные и вспомогательные. Это еще один вид классификации. Основной алгоритм решает непосредственную задачу, вспомогательный решает подзадачу и может использоваться внутри основного — для этого там просто указываются его название и входные данные. Пример вспомогательного алгоритма — любая программная функция.

Графическое изображение алгоритмов

Алгоритмы могут записывать текстом, кодом, псевдокодом или графически — в виде блок-схем. Это специальные схемы, состоящие из геометрических фигур, которые описывают те или иные действия. Например, начальная и конечная точка на схеме — соответственно, начало и конец алгоритма, параллелограмм — ввод или вывод данных, ромб — условие. Простые действия обозначаются прямоугольниками, а соединяются фигуры с помощью стрелок — они показывают последовательности и циклы.

В схемах подписаны конкретные действия, условия, количество повторений циклов и другие детали. Это позволяет нагляднее воспринимать алгоритмы.

Сложность алгоритма

Понятие «сложность» — одно из ключевых в изучении алгоритмов. Оно означает не то, насколько трудно понять тот или иной метод, а ресурсы, затраченные на вычисление. Если сложность высокая, алгоритм будет выполняться медленнее и, возможно, тратить больше аппаратных ресурсов; такого желательно избегать.

Сложность обычно описывают большой буквой O. После нее в скобках указывается значение, от которого зависит время выполнения. Это обозначение из математики, которое описывает поведение разных функций.

Какой бывает сложность. Полностью разбирать математическую O-нотацию, как ее называют, мы не будем — просто перечислим основные обозначения сложности в теории алгоритмов.

•  O(1) означает, что алгоритм выполняется за фиксированное константное время. Это самые эффективные алгоритмы.
•  O(n) — это сложность линейных алгоритмов. n здесь и дальше обозначает размер входных данных: чем больше n, тем дольше выполняется алгоритм.
•  O(n²) тоже означает, что чем больше n, тем выше сложность. Но зависимость тут не линейная, а квадратичная, то есть скорость возрастает намного быстрее. Это неэффективные алгоритмы, например с вложенными циклами.
•  O(log n) — более эффективный алгоритм. Скорость его выполнения рассчитывается логарифмически, то есть зависит от логарифма n.
•  O(√n) — алгоритм, скорость которого зависит от квадратного корня из n. Он менее эффективен, чем логарифмический, но эффективнее линейного.

Существуют также O(n³), O(nn) и другие малоэффективные алгоритмы с высокими степенями. Их сложность растет очень быстро, и их лучше не использовать.

Графическое описание сложности. Лучше разобраться в сложности в O-нотации поможет график. Он показывает, как изменяется время выполнения алгоритма в зависимости от размера входных данных. Чем более пологую линию дает график, тем эффективнее алгоритм.

O-нотацию используют, чтобы оценить, эффективно ли использовать ту или иную последовательность действий. Если данные большие или их много, стараются искать более эффективные алгоритмы, чтобы ускорить работу программы.

Использование алгоритмов в IT

Мы приведем несколько примеров использования разных алгоритмов в отраслях программирования. На самом деле их намного больше — мы взяли только часть, чтобы помочь вам понять практическую значимость алгоритмов.

Разработка ПО и сайтов. Алгоритмы используются для парсинга, то есть «разбора» структур с данными, таких как JSON. Парсинг — одна из базовых задач, например в вебе. Также алгоритмы нужны при отрисовке динамических структур, выводе оповещений, настройке поведения приложения и многом другом.

Работа с данными. Очень активно алгоритмы применяются при работе с базами данных, файлами, где хранится информация, структурами вроде массивов или списков. Данных может быть очень много, и выбор правильного алгоритма позволяет ускорить работу с ними. Алгоритмы решают задачи сортировки, изменения и удаления нужных элементов, добавления новых данных. С их помощью наполняют и проходят по таким структурам, как деревья и графы. 

Отдельное значение алгоритмы имеют в Big Data и анализе данных: там они позволяют обработать огромное количество информации, в том числе сырой, и не потратить на это слишком много ресурсов.

Поисковые задачи. Алгоритмы поиска — отдельная сложная отрасль. Их выделяют в отдельную группу, в которой сейчас десятки разных алгоритмов. Поиск важен в науке о данных, в методах искусственного интеллекта, в аналитике и многом другом. Самый очевидный пример — поисковые системы вроде Google или Яндекса. Кстати, подробности об используемых алгоритмах поисковики обычно держат в секрете.

Машинное обучение. В машинном обучении и искусственном интеллекте подход к алгоритмам немного другой. Если обычная программа действует по заданному порядку действий, то «умная машина» — нейросеть или обученная модель — формирует алгоритм для себя сама в ходе обучения. Разработчик же описывает модель и обучает ее: задает ей начальные данные и показывает примеры того, как должен выглядеть конечный результат. В ходе обучения модель сама продумывает для себя алгоритм достижения этого результата.

Такие ИИ-алгоритмы могут быть еще мощнее обычных и используются для решения задач, которые разработчик не в силах разбить на простые действия сознательно. Например, для распознавания предметов нужно задействовать огромное количество процессов в нервной системе: человек просто физически не способен описать их все, чтобы повторить программно.

В ходе создания и обучения модели разработчик тоже может задействовать алгоритмы. Например, алгоритм распространения ошибки позволяет обучать нейросети. 

Определение и свойства алгоритма (9 класс) Информатика и ИКТ

Понятие алгоритма так же фундаментально для информатики, как и понятие информации. Поэтому в нем очень важно как следует разобраться.

Происхождение понятия «алгоритм».
Само слово «алгоритм» происходит от имени выдающегося математика средневекового Востока Мухаммеда ибн Мусы аль-Хорезми (787-850). Им были предложены приемы выполнения арифметических вычислений с многозначными числами (вам они хорошо знакомы из школьной математики). Позже в Европе эти приемы назвали алгоритмами, от Algorithmi — латинского написания имени аль-Хорезми. В наше время понятие алгоритма понимается шире, не ограничивается только арифметическими вычислениями.

Исполнитель алгоритма.
Из предыдущего параграфа вы узнали, что алгоритм — это последовательность команд управления каким-либо объектом. Мы назвали такой объект объектом управления или исполнителем алгоритма. Им может быть как техническое устройство, так и живое существо.

Рассмотрим исполнителя — человека. Для него можно сформулировать множество алгоритмов, например алгоритмы арифметических вычислений. С таким же успехом можно назвать алгоритмами множество различных инструкций, предписывающих последовательность действий человека для выполнения какой-либо работы. Например, кулинарный рецепт — это алгоритм работы повара с целью приготовления блюда; инструкция по сборке машинки из деталей детского конструктора — алгоритм для ребенка; инструкция по использованию кухонного комбайна — алгоритм для домохозяйки.

Вы, наверное, никогда не задумывались над тем, какое количество алгоритмов вам известно. Жизненный опыт человека растет с увеличением числа освоенных им алгоритмов. Например, чтобы ребенок научился покупать в магазине хлеб, ему нужно сначала рассказать (а лучше показать), как это делается. Освоив «алгоритм покупки хлеба», он в дальнейшем будет успешно выполнять эту работу.

Поиск выигрышной тактики, а следовательно, и алгоритма несложной игры — интересная и полезная задача. Рассмотрим одну из таких игр, которая называется игрой Баше.

Играют двое. Перед ними 21 предмет, допустим, камни (также может быть 11, 16, 26 и т. д.). Игроки берут камни по очереди. За один ход можно взять 1, 2, 3, 4 камня. Проигрывает тот, кто забирает последний камень.

Имеется выигрышная тактика для игрока, берущего камни вторым. Она заключается в том, чтобы брать такое количество камней, которое дополняет число камней, взятых соперником на предыдущем ходе, до пяти. Этот алгоритм можно описать в виде последовательности команд:

алr Игра Баше
нач

1. Предоставить ход сопернику.
2. Взять столько камней, чтобы в сумме с предыдущим ходом соперника получилось 5.
3. Если остался один камень, то объявить о своем выигрыше, иначе вернуться к выполнению команды 1.

кон

Игрок, строго следующий этому алгоритму, будет всегда выигрывать, даже если он не понимает, почему так происходит.

Алгоритмический язык.
В приведенном примере записи алгоритма используется символика учебного Алгоритмического языка (АЯ).

Из примера видно, что при записи алгоритма на АЯ вначале пишется заголовок, начинающийся со служебного слова алr (сокращенное слово «алгоритм»). Затем указывается название алгоритма, которое составитель алгоритма придумывает сам. Следующая часть называется телом алгоритма. Она начинается со служебного слова нач (начало) и заканчивается словом

кон (конец). Тело алгоритма представляет собой последовательность команд для исполнителя.

Здесь и в дальнейшем служебные слова в алгоритмах на алгоритмическом языке будут записываться жирным шрифтом. В языках программирования (как и в АЯ) служебными называются слова, которые всегда употребляются в одном и том же смысле.

Свойства алгоритма.

Процесс решения задачи должен быть разбит на последовательность отдельно выполняемых шагов.

Это свойство алгоритма называется дискретностью.

Всякий алгоритм составляется в расчете на конкретного исполнителя с учетом его возможностей. Для того чтобы алгоритм был выполним, нельзя включать в него команды, которые исполнитель не в состоянии выполнить. Нельзя повару поручать работу токаря, какая бы подробная инструкция ему ни давалась. У каждого исполнителя имеется свой перечень команд, которые он может исполнить. Такой перечень называется системой команд исполнителя алгоритмов (СКН).

Алгоритм, составленный для конкретного исполнителя, должен включать только те команды, которые входят в систему команд исполнителя.

Это свойство алгоритма называется

понятностью.

Алгоритм не должен быть рассчитан на принятие каких-либо самостоятельных решений исполнителем, не предусмотренных составителем алгоритма.

Каждая команда алгоритма должна определять однозначное действие исполнителя.

Это свойство алгоритма называется точностью.

Исполнение алгоритма должно завершиться за конечное число шагов.

Это свойство алгоритма называется конечностью.

Для успешного выполнения любой работы мало иметь ее алгоритм. Всегда требуются еще какие-то исходные данные, с которыми будет работать исполнитель (продукты для приготовления блюда, детали для сбора технического устройства и т. п.). Исполнителю, решающему :математическую задачу, требуется исходная числовая информация. Задача всегда формулируется так: дана исходная информация, требуется получить какой-то результат. В математике вы привыкли в таком: виде записывать условия задач. Например:

Дано: катеты прямоугольного треугольника а= З см; Ь = 4 см.
Найти: гипотенузу с

Алгоритм: решения этой задачи можно представить в таком виде:

алr Гипотенуза
нач

1. Возвести а в квадрат.
2. Возвести Ь в квадрат.
3. Сложить результаты действий 1 и 2.
4. Вычислить квадратный корень результата действия 3 и принять его за значение с.

кон.

Каждую из этих команд может выполнить любой человек, знающий основы математики, следовательно, они входят в его систему команд.

Еще пример: для поиска номера телефона нужного вам человека исходными данными являются: фамилия, инициалы человека и телефонная книга (точнее, информация, заключенная в телефонную книгу). Однако этого может оказаться недостаточно. Например, вы ищете номер телефона Смирнова А. И. и обнаруживаете, что в книге пять строк с фамилией «Смирнов А. И». Ваши исходные данные оказались неполными для точного решения задачи (вместо одного номера телефона вы получили пять). Оказалось, что нужно знать еще домашний адрес.

Набор: «Фамилия — инициалы — телефонный справочник – адрес» является полным набором данных в этой ситуации.

Только имея полный набор данных, можно точно решить задачу.

Если исходные данные неполные, то задачу, либо совсем нельзя решить (ничего нельзя узнать про гипотенузу по одному катету), либо получается неоднозначное решение (пять номеров телефонов).

В задачах управления физическими объектами (автомобиль, самолет, станок и т. п.) исходными данными является информация о состоянии объекта управления, об обстановке, его окружающей.

Определение алгоритма.
Обобщая все сказанное, сформулируем определение алгоритма.

Алгоритм — понятное и точное предписание исполнителю выполнить конечную последовательность команд, приводящую от исходных данных к искомому результату.

Формальное исполнение алгоритма.
Если алгоритм обладает перечисленными выше свойствами, то работа по нему будет производиться исполнителем формально (т. е. без всяких элементов творчества со стороны исполнителя). На этом основана работа программно управляемых исполнителей-автоматов, например промышленных роботов. Робот-манипулятор может выполнять работу токаря, если он умеет выполнять все операции токаря (включать станок, закреплять резец, перемещать резец, замерять изделие). От исполнителя не требуется понимания сущности алгоритма, он должен лишь точно выполнять команды, не нарушая их последовательности.

Что такое программа.
А что такое программа? Отличается ли чем-то программа от алгоритма?

Программа — это алгоритм, записанный на языке исполнителя.

Иначе можно сказать так: алгоритм и программа не отличаются по содержанию, но могут отличаться по форме.

Для алгоритма строго не определяется форма его представления. Алгоритм можно изобразить графически, можно — словесно, можно — какими-нибудь специальными
значками, попятными только его автору. Но программа должна быть записана на языке исполнителя.

Коротко о главном:

• Слово «алгоритм» происходит от имени Мухаммеда ибн Мусы аль-Хорезми, первым предложившего приемы выполнения арифметических операций с многозначными числами.
• Исполнитель алгоритма — это тот объект, для управления которым составлен алгоритм.
• Процесс решения задачи должен быть разбит на последовательность отдельных шагов (свойство дискретности алгоритма).
• Система команд исполнителя (СКИ) — это вся совокупность команд, которые исполнитель умеет выполнять (понимает). Алгоритм можно строить только из команд, входящих.
• в СКИ исполнителя (свойство понятности алгоритма).
• Каждая команда алгоритма управления должна определять однозначное действие исполнителя (свойство точности алгоритма).
• Выполнение алгоритма должно приводить к результату за конечное число шагов (свойство конечности алгоритма).
• Для успешного выполнения работы, решения задачи необходимо сообщить (передать) исполнителю полный набор исходных данных.
• Выполнение алгоритма исполнителем производится формально.
• Программа от алгоритма может отличаться по форме, но не по содержанию. Программа — это алгоритм, представленный на языке исполнителя.

Вопросы и задания:

1. Что такое алгоритм? Откуда произошло это слово?
2. Что такое исполнитель алгоритма?
3. Каковы основные свойства алгоритма?
4. Назовите исполнителей следующих видов работы: уборки мусора во дворе; перевозки пассажиров; выдачи заработной платы; приема экзаменов; сдачи экзаменов; обучения детей в школе. Попробуйте сформулировать СКИ для каждого из этих исполнителей.
5. Определите полный набор данных для решения следующих задач обработки информации:
   • вычисления стоимости покупок в магазине;
   • вычисления суммы сдачи от данных вами продавцу денег;
   • определения времени показа по телевизору интересующего вас фильма;
   • вычисления площади треугольника;
   • определения времени падения кирпича с крыши дома;
   • определения месячной платы за расход электроэнергии;
   • перевода русского текста на итальянский язык;
   • перевода итальянского текста на русский язык.
6. Попробуйте сформулировать алгоритмы обработки информации для заданий, если исполнителем являетесь вы сами. Какие команды при этом вы должны уметь выполнять?

Содержание

Что такое алгоритм? — Определение из WhatIs.com

К

• Александр С. Гиллис, Технический писатель и редактор

Что такое алгоритм?

Алгоритм — это процедура, используемая для решения проблемы или выполнения вычислений. Алгоритмы действуют как точный список инструкций, которые шаг за шагом выполняют определенные действия в аппаратных или программных процедурах.

Алгоритмы широко используются во всех областях ИТ. В математике и информатике алгоритм обычно относится к небольшой процедуре, которая решает повторяющуюся проблему. Алгоритмы также используются в качестве спецификаций для выполнения обработки данных и играют важную роль в автоматизированных системах.

Алгоритм можно использовать для сортировки наборов чисел или для более сложных задач, таких как рекомендация пользовательского контента в социальных сетях. Алгоритмы обычно начинаются с начального ввода и инструкций, описывающих конкретное вычисление. Когда вычисление выполнено, процесс выдает результат.

Как работают алгоритмы?

Алгоритмы могут быть выражены в виде естественных языков, языков программирования, псевдокода, блок-схем и управляющих таблиц. Выражения на естественном языке встречаются редко, так как они более неоднозначны. Языки программирования обычно используются для выражения алгоритмов, выполняемых компьютером.

Алгоритмы используют начальный ввод вместе с набором инструкций. Входные данные — это исходные данные, необходимые для принятия решений, которые могут быть представлены в виде чисел или слов. Входные данные проходят через набор инструкций или вычислений, которые могут включать арифметические процессы и процессы принятия решений. Выходные данные являются последним шагом в алгоритме и обычно выражаются в виде дополнительных данных.

Например, алгоритм поиска принимает поисковый запрос в качестве входных данных и выполняет его через набор инструкций для поиска в базе данных элементов, релевантных запросу. Программное обеспечение для автоматизации действует как еще один пример алгоритмов, поскольку автоматизация следует набору правил для выполнения задач. Многие алгоритмы составляют программное обеспечение для автоматизации, и все они работают для автоматизации данного процесса.

Какие бывают типы алгоритмов?

Существует несколько типов алгоритмов, предназначенных для выполнения разных задач. Например, алгоритмы выполняют следующее:

• Алгоритм поисковой системы. Этот алгоритм использует поисковые строки ключевых слов и операторов в качестве входных данных, выполняет поиск соответствующих веб-страниц в соответствующей базе данных и возвращает результаты.
• Алгоритм шифрования. Этот вычислительный алгоритм преобразует данные в соответствии с указанными действиями для их защиты. Алгоритм с симметричным ключом, такой как стандарт шифрования данных, например, использует один и тот же ключ для шифрования и дешифрования данных. Пока алгоритм достаточно сложен, никто, не имеющий ключа, не может расшифровать данные.
• Жадный алгоритм. Этот алгоритм решает задачи оптимизации, находя локально оптимальное решение, надеясь, что это оптимальное решение на глобальном уровне. Однако это не гарантирует наиболее оптимального решения.
• Рекурсивный алгоритм. Этот алгоритм многократно вызывает сам себя, пока не решит проблему. Рекурсивные алгоритмы вызывают себя с меньшим значением каждый раз, когда вызывается рекурсивная функция.
• Алгоритм поиска с возвратом. Этот алгоритм находит решение данной проблемы поэтапно и решает ее по частям.
• Алгоритм «разделяй и властвуй». Этот общий алгоритм разделен на две части. Одна часть делит проблему на более мелкие подзадачи. Вторая часть решает эти проблемы, а затем объединяет их вместе для получения решения.
• Алгоритм динамического программирования. Этот алгоритм решает проблемы, разделяя их на подзадачи. Затем результаты сохраняются, чтобы их можно было применить для будущих соответствующих задач.
• Алгоритм грубой силы. Этот алгоритм слепо перебирает все возможные решения проблемы, ища одно или несколько решений функции.
• Алгоритм сортировки. Алгоритмы сортировки используются для изменения структуры данных на основе оператора сравнения, который используется для определения нового порядка данных.
• Алгоритм хеширования. Этот алгоритм берет данные и преобразует их в единое сообщение с хешированием
• Рандомизированный алгоритм. Этот алгоритм сокращает время выполнения и сложность, зависящую от времени. Он использует случайные элементы как часть своей логики.

11 различных типов алгоритмов, включая поиск, хеширование и перебор

Какие примеры алгоритмов?

Машинное обучение является хорошим примером алгоритма, поскольку оно использует несколько алгоритмов для прогнозирования результатов без явного программирования для этого. Машинное обучение использует обучение с учителем или обучение без учителя. При обучении с учителем специалисты по данным предоставляют сложные алгоритмы с помеченными обучающими данными и определяют переменные, которые они хотят, чтобы алгоритм оценивал на предмет корреляций. Задаются как вход, так и выход алгоритма.

Неконтролируемое машинное обучение включает алгоритмы, которые обучаются на немаркированных данных. Неконтролируемые алгоритмы машинного обучения просеивают немаркированные данные в поисках шаблонов, которые можно использовать для группировки точек данных в подмножества. Большинство типов глубокого обучения, включая нейронные сети, представляют собой неконтролируемые алгоритмы.

Машинное обучение, используемое в искусственном интеллекте, также зависит от алгоритмов. Однако системы, основанные на машинном обучении, могут иметь врожденные погрешности в данных, которые подаются алгоритму машинного обучения. Это может привести к созданию ненадежных и потенциально опасных систем.

Узнайте об алгоритмах, предвзятости алгоритмов и о том, как бороться с предвзятостью алгоритмов .

Последнее обновление: май 2022 г.

Продолжить чтение Об алгоритме

• Взгляд на тенденции ИИ и предвзятость в алгоритмах ИИ

• Алгоритмы найма оказались полезными, но также вызывают этические вопросы

• Как Getty Images уменьшает предвзятость в алгоритмах ИИ, чтобы избежать вреда

• Как найти лучшие фреймворки для машинного обучения

• 6 способов уменьшить различные типы смещения в машинном обучении

3FA

Трехфакторная проверка подлинности (3FA) — это использование учетных данных для подтверждения личности из трех отдельных категорий факторов проверки подлинности — как правило, категорий знания, владения и принадлежности.

Нетворкинг

• Оптимизация WAN (ускорение WAN)

  Оптимизация глобальной сети, также известная как ускорение глобальной сети, представляет собой набор технологий и методов, используемых для улучшения . ..

• Многопротокольная коммутация по меткам (MPLS)

  Многопротокольная коммутация по меткам (MPLS) — это механизм коммутации, используемый в глобальных сетях (WAN).

• компьютерная сеть

  Компьютерная сеть представляет собой группу взаимосвязанных узлов или вычислительных устройств, которые обмениваются данными и ресурсами друг с другом.

Безопасность

• трехфакторная аутентификация (3FA)

  Трехфакторная аутентификация (3FA) — это использование учетных данных для подтверждения личности из трех отдельных категорий аутентификации…

• кибершпионаж

  Кибершпионаж (кибершпионаж) — вид кибератаки, которую злоумышленники осуществляют против предприятия или правительства…

• управление доступом на основе ролей (RBAC)

  Управление доступом на основе ролей (RBAC) — это метод ограничения доступа к сети на основе ролей отдельных пользователей в пределах . ..

ИТ-директор

• системы, основанные на знаниях (KBS)

  Системы, основанные на знаниях (KBS), — это компьютерные программы, которые используют централизованное хранилище данных, известное как база знаний, для …

• Закон Сарбейнса-Оксли

  Закон Сарбейнса-Оксли от 2002 года — это федеральный закон, устанавливающий широкомасштабные аудиторские и финансовые правила для публичных компаний.

• устав проекта

  Устав проекта — это формальный краткий документ, в котором указывается, что проект существует, и предоставляется руководителям проекта письменные полномочия на…

HRSoftware

• вовлечения сотрудников

  Вовлеченность сотрудников — это эмоциональная и профессиональная связь, которую сотрудник испытывает к своей организации, коллегам и работе.

• кадровый резерв

  Кадровый резерв — это база данных кандидатов на работу, которые могут удовлетворить немедленные и долгосрочные потребности организации.

• разнообразие, равенство и инклюзивность (DEI)

  Разнообразие, равенство и инклюзивность — термин, используемый для описания политики и программ, которые способствуют представительству и …

Служба поддержки клиентов

• представитель по развитию продаж (SDR)

  Представитель по развитию продаж (SDR) — это лицо, занимающееся поиском, перемещением и квалификацией потенциальных клиентов через …

• индикатор уровня обслуживания

  Индикатор уровня обслуживания (SLI) — это показатель, указывающий, какую оценку производительности получает клиент в данный момент времени.

• платформа клиентских данных (CDP)

  Платформа данных о клиентах (CDP) — это тип программного приложения, которое обеспечивает единую платформу информации о клиентах, которая . ..

Что такое алгоритм? Характеристики, типы и способ записи

Алгоритм — это пошаговая процедура, определяющая набор инструкций, которые необходимо выполнять в определенном порядке для получения желаемого результата. Алгоритмы обычно разрабатываются независимо от базовых языков, что означает, что алгоритм может быть реализован более чем на одном языке программирования. Однозначность, точность, эффективность и независимость от языка — вот некоторые из характеристик алгоритма. Масштабируемость и производительность алгоритма являются основными факторами, влияющими на его важность.

Что такое алгоритм?

• Алгоритм — это набор команд, которые должны выполняться компьютером для выполнения вычислений или других операций по решению задач.
• Согласно формальному определению, алгоритм — это конечный набор инструкций, выполняемых в определенном порядке для выполнения конкретной задачи.
• Это не вся программа или код; это простая логика проблемы, представленная в виде неформального описания в виде блок-схемы или псевдокода.

• Проблема: Проблема может быть определена как реальная проблема или реальная проблема, для которой необходимо разработать программу или набор инструкций. Алгоритм — это набор инструкций.
• Алгоритм: Алгоритм определяется как пошаговый процесс, который будет разработан для решения проблемы.
• Входные данные: после разработки алгоритма алгоритм получает необходимые и желаемые входные данные.
• Блок обработки: входные данные будут переданы блоку обработки, производя желаемый результат.
• Выход: Результат или результат программы называется выходом.

После определения того, что такое алгоритм, вы теперь посмотрите на характеристики алгоритма.

Характеристики алгоритма

Алгоритм имеет следующие характеристики:

• Входные данные: Алгоритму требуются некоторые входные значения. В качестве входных данных алгоритму может быть задано значение, отличное от 0.
• Результат: В конце алгоритма у вас будет один или несколько результатов.
• Однозначность: Совершенный алгоритм определяется как недвусмысленный, что означает, что его инструкции должны быть ясными и прямыми.
• Конечность: Алгоритм должен быть конечным. Конечность в данном контексте означает, что алгоритм должен иметь ограниченное число инструкций, т. е. инструкции должны быть счетными.
• Эффективность: Поскольку каждая инструкция в алгоритме влияет на весь процесс, она должна быть адекватной.
• Независимость от языка: Алгоритм должен быть независимым от языка, что означает, что его инструкции могут быть реализованы на любом языке и давать одинаковые результаты.

В этом руководстве Что такое алгоритм вы узнаете, зачем вам нужен алгоритм.

Зачем нужен алгоритм?

Вам нужны алгоритмы по следующим причинам:

Масштабируемость

Помогает понять масштабируемость. Когда у вас есть крупная реальная проблема, вы должны разбить ее на небольшие шаги, чтобы быстро проанализировать.

Производительность

Реальный мир сложно разбить на более мелкие шаги. Если проблему можно легко разделить на более мелкие шаги, это означает, что проблема разрешима.

Поняв, что такое алгоритм и зачем он нужен, вы увидите, как его написать на примере.

Как написать алгоритм?

• Не существует четко определенных стандартов для написания алгоритмов. Однако это проблема, зависящая от ресурсов. Алгоритмы никогда не пишутся с расчетом на конкретный язык программирования.
• Как вы все знаете, базовые конструкции кода, такие как циклы do, for, while, во всех языках программирования совместно используют управление потоком, такое как if-else и т. д. Алгоритм может быть написан с использованием этих общих конструкций.
• Алгоритмы обычно пишутся поэтапно, но это не всегда так. Написание алгоритма — это процесс, который происходит после четкого определения проблемной области. То есть вы должны знать проблемную область, для которой разрабатываете решение.

Пример 

Теперь используйте пример, чтобы научиться писать алгоритмы.

Проблема: Создайте алгоритм, который умножает два числа и отображает результат.

Шаг 1 — Запуск Шаг 2 — объявите три целых числа x, y и z Шаг 3 — определение значений x и y Шаг 4 — умножить значения x и y Шаг 5 — сохранить результат шага 4 до z Шаг 6 — напечатайте z Шаг 7 — Стоп

Алгоритмы учат программистов писать код. Кроме того, алгоритм можно записать так:

Шаг 1 — Запуск мульти Шаг 2 — получить значения x и y Шаг 3 — z ← x * y Шаг 4 — отображение z Шаг 5 — Стоп

При разработке и анализе алгоритмов для описания алгоритма обычно используется второй метод. Это позволяет аналитику анализировать алгоритм, легко игнорируя все нежелательные определения. Они могут видеть, какие операции используются и как продвигается процесс. Необязательно писать номера шагов. Чтобы решить данную проблему, вы создаете алгоритм. Проблема может быть решена различными способами.

В результате может быть получено множество алгоритмов решения данной задачи. Следующим шагом является оценка предложенных алгоритмов решения и реализация наиболее подходящего решения.

По мере прохождения этого руководства «что такое алгоритм» вы узнаете о некоторых компонентах алгоритма.

Факторы алгоритма

При разработке алгоритма необходимо учитывать следующие факторы:

• Модульность: эта функция была идеально разработана для алгоритма, если вам дают задачу и разбивают ее на маленькие-маленькие модули или маленькие-маленькие шаги, что является основным определением алгоритма.
• Корректность: Корректность алгоритма определяется, когда заданные входные данные дают желаемый результат, что указывает на то, что алгоритм был разработан правильно. Алгоритм анализа выполнен правильно.
• Ремонтопригодность: это означает, что алгоритм должен быть разработан простым и структурированным образом, чтобы при переопределении алгоритма в него не вносились существенные изменения.
• Функциональность: учитывает различные логические шаги для решения реальной проблемы.
• Надежность: Надежность относится к способности алгоритма четко определить вашу проблему.
• Удобный для пользователя: если алгоритм сложен для понимания, разработчик не будет объяснять его программисту.
• Простота: если алгоритм прост, его легко понять.
• Расширяемость: ваш алгоритм должен быть расширяемым, если другой разработчик алгоритма или программист захочет его использовать.

Теперь вы поймете, почему алгоритм так важен, после понимания некоторых его компонентов.

Важность алгоритма

Есть два фактора, в которых алгоритм является фундаментальным:

Теоретическая значимость

Когда вам дают реальную проблему, вы должны разбить ее на более мелкие модули. Чтобы разобрать проблему, вы должны сначала понять все ее теоретические аспекты.

Практическое значение

Как вы все знаете, теория не может быть завершена без практического применения. В результате значимость алгоритмов можно рассматривать как теоретически, так и практически.

По мере прохождения этого руководства «что такое алгоритм» вы увидите алгоритмические подходы.

Подходы алгоритма

После рассмотрения как теоретической, так и практической важности разработки алгоритма были использованы следующие подходы:

Этот алгоритм использует общую логическую структуру для разработки алгоритма. Его также называют алгоритмом исчерпывающего поиска, потому что он исчерпывает все возможности для предоставления требуемого решения. Существует два вида таких алгоритмов:

1. Оптимизация: поиск всех возможных решений проблемы и последующий выбор наилучшего прекращается, если известно наилучшее решение.
2. Жертвоприношение: оно прекратится, как только будет найдено лучшее решение.

• Разделяй и властвуй

Это простая реализация алгоритма. Это позволяет вам создавать алгоритм поэтапно. Он деконструирует алгоритм для решения проблемы различными способами. Это позволяет вам разделить проблему на разные методы, генерируя действительный вывод для действительного ввода. Этот точный вывод передается другой функции.

• Жадный алгоритм

Это парадигма алгоритма, которая делает наилучший возможный выбор на каждой итерации в надежде найти наилучшее решение. Он прост в настройке и имеет более короткое время выполнения. Однако очень мало случаев, когда это лучшее решение.

• Динамическое программирование

Повышает эффективность алгоритма за счет сохранения промежуточных результатов. Он проходит пять шагов, чтобы найти наилучшее решение проблемы:

1.  Делит проблему на подзадачи, чтобы найти наилучшее решение.
2. После разбивки задачи на подзадачи находит лучшее решение из этих подзадач.
3. Запоминание — это процесс запоминания результатов подзадач.
4. Повторно используйте результат, чтобы предотвратить его повторное вычисление для тех же подзадач.
5. Наконец, он вычисляет выходные данные сложной программы.

С помощью алгоритма ветвей и границ можно решить только задачи целочисленного программирования. Этот метод делит все допустимые наборы решений на меньшие подмножества. Эти подмножества затем оцениваются далее, чтобы найти наилучшее решение.

Как и в случае со стандартным алгоритмом, у вас есть предопределенные входные и выходные данные. Детерминированные алгоритмы имеют определенный набор информации и требуемых результатов и выполняют некоторые описанные шаги. Они более эффективны, чем недетерминированные алгоритмы.

• Возврат

Это алгоритмическая процедура, которая рекурсивно отбрасывает решение, если оно не удовлетворяет ограничениям задачи.

После того, как вы поняли, что такое алгоритм и его подходы, вы теперь посмотрите на анализ алгоритма.

Анализ алгоритма

Алгоритм можно исследовать на двух уровнях: до и после его создания. Два алгоритма анализа следующие:

• Априорный анализ

В этом контексте априорный анализ относится к теоретическому анализу алгоритма, выполненному до реализации алгоритма. Перед реализацией алгоритма можно учитывать различные факторы, такие как скорость процессора, которая не влияет на реализацию.

• Апостериорный анализ

В этом контексте апостериорный анализ относится к практическому анализу алгоритма. Алгоритм реализуется на любом языке программирования для проведения экспериментальных исследований. Этот анализ определяет, сколько времени и места требуется для работы.

Продолжая изучение этого учебника «что такое алгоритм», вы теперь рассмотрите сложность алгоритма.

Сложность алгоритма

Производительность алгоритма можно измерить двумя способами:

Сложность времени

Количество времени, необходимое для завершения выполнения алгоритма, называется временной сложностью. Обозначение «большой O» используется для обозначения временной сложности алгоритма. Асимптотическая нотация для описания временной сложности в этом случае — это нотация большого O. Временная сложность рассчитывается в первую очередь путем подсчета количества шагов, необходимых для завершения выполнения. Давайте рассмотрим пример временной сложности.

мул = 1; // Предположим, вам нужно вычислить умножение n чисел. для i=1 до n мульти = мульти * 1; // когда цикл заканчивается, тогда mul содержит умножение n чисел   возврат мул;

Временная сложность оператора цикла в предыдущем коде не меньше n, и по мере увеличения значения n увеличивается и временная сложность. При этом сложность кода, т.е. возвращает mul, будет постоянной, поскольку его значение не зависит от важности n и даст результат за один шаг. Обычно рассматривается сложность наихудшего времени, потому что это максимальное время, необходимое для любого заданного размера входных данных.

Космическая сложность

Объем памяти, который требуется алгоритму для решения задачи и получения результата, называется его пространственной сложностью. Пространственная сложность, как и временная сложность, выражается в большой нотации O.

Пространство требуется для алгоритма по следующим причинам:

1. Для хранения программных инструкций.
2. Для хранения трека постоянных значений.
3. Для хранения отслеживания значений переменных.
4. Для хранения отслеживания вызовов функций, операторов перехода и т. д.

Сложность пространства = вспомогательное пространство + размер ввода

Наконец, поняв, что такое алгоритм, его анализ и подходы, вы рассмотрите различные типы алгоритмов.

Типы алгоритмов

Существует два типа алгоритмов:

• Поиск Алгори
• Алгоритм сортировки

Алгоритм поиска

Каждый день вы ищете что-то в своей повседневной жизни. Точно так же в случае компьютера в компьютере хранится большой объем данных, и всякий раз, когда пользователь запрашивает данные, компьютер ищет эти данные в памяти и возвращает их пользователю. В основном существует два метода поиска данных в массиве:

Алгоритм поиска бывает двух типов:

• Линейный поиск

Линейный поиск — это простой алгоритм, который начинает поиск элемента или значения в начале массива и продолжает до тех пор, пока нужный элемент не будет найден. Он сравнивает искомый элемент со всеми элементами массива; если совпадение найдено, возвращается индекс элемента; в противном случае возвращается -1. Этот алгоритм можно применить к несортированному списку.

• Бинарный поиск

Двоичный алгоритм — это самый простой алгоритм, и он очень быстро ищет элементы. Он используется для поиска элемента в отсортированном списке. Для реализации бинарного алгоритма элементы должны храниться в последовательном порядке или отсортированы. Если элементы хранятся случайным образом, бинарный поиск не может быть реализован.

Алгоритм сортировки

Алгоритмы сортировки переставляют элементы в массиве или данной структуре данных в порядке возрастания или убывания. Оператор сравнения определяет новый порядок элементов.

Теперь, когда вы завершили обучение тому, что такое алгоритм, вы подведете итог тому, что уже узнали.

Получите прочную основу для Java, наиболее часто используемого языка программирования в разработке программного обеспечения, с помощью программы последипломного образования в веб-разработке полного стека.

Следующие шаги

В этом руководстве вы узнали, что такое алгоритм и каковы его характеристики. После этого вы рассмотрели, зачем вам нужны алгоритмы, как их писать и насколько они важны. После того, как вы узнали о подходах и факторах алгоритма, вы узнали о сложности и типах алгоритмов.

Предположим, вы ищете более обширное исследование, которое выходит за рамки разработки программного обеспечения и охватывает наиболее востребованные сегодня языки программирования и возможности.