Информатика: алгоритмы

Алгоритмы

Вы, возможно, слышали термин алгоритм недавно, будь то онлайн или, возможно, в каком-то разговоре о технологиях. Это слово часто используют, но что именно оно означает?

Посмотрите видео ниже, чтобы узнать больше об алгоритмах.

Алгоритм - это просто набор из шагов, используемых для выполнения определенной задачи . Они являются строительными блоками для программирования и позволяют таким устройствам, как компьютеры, смартфоны и веб-сайты, функционировать и принимать решения.

Помимо того, что мы используем технологии, многие вещи, которые мы делаем ежедневно, похожи на алгоритмы. Допустим, вы хотите приготовить спагетти . Для того, чтобы сделать это успешно, вам необходимо выполнить набор шагов в определенном порядке .

Сначала вам нужно вскипятить кастрюлю с водой . Как только он закипит, добавьте спагетти и готовьте в течение заданного времени, периодически помешивая.Как только он закончится, вы сливаете воду , тогда оно готово к , поданному с соусом по вашему выбору.

Весь этот процесс на самом деле является алгоритмом. Поскольку вы выполнили эти шаги в определенном порядке , вы достигли желаемого результата : вкусного блюда из пасты. Но если бы вы совершили ошибку, например, переварили или недоварили лапшу, это, вероятно, было бы не так хорошо.

Программы работают аналогично. Их код состоит из алгоритмов , говорящих им, что делать.Допустим, мы хотим использовать приложение для навигации, чтобы проложить маршрут.

Когда мы вводим пункт назначения, приложение использует алгоритм для просмотра различных доступных маршрутов . Затем он использует другой алгоритм для проверки текущего трафика , затем третий использует эту информацию и вычисляет наилучший доступный маршрут .

Все эти алгоритмы встроены прямо в код приложения. Если в коде будет какая-либо ошибка , приложение не сможет правильно следовать этим алгоритмам, а это означает, что вы не получите свои указания.

Оба этих примера показывают, как люди и компьютеры могут использовать алгоритмы для выполнения повседневных задач . Разница в том, что компьютеры могут использовать алгоритмы и вычислять вещи лучше, быстрее и эффективнее, чем мы.

Технологии будут только развиваться и совершенствоваться в том, что они делают. Пока кодирование и программирование продолжают использоваться, алгоритмы будут в основе этих технологий , определяя, что они делают и как они это делают.

/ ru / информатика / аппаратно-программное обеспечение / содержание /

Что такое «компьютерный алгоритм»?

Чтобы заставить компьютер что-либо делать, вы должны написать компьютерную программу. Чтобы написать компьютерную программу, вы должны шаг за шагом сказать компьютеру, что именно вы хотите, чтобы он делал. Затем компьютер «выполняет» программу, механически следуя за каждым шагом, для достижения конечной цели.

Когда вы сообщаете компьютеру , что делать , вы также можете выбрать , как будет это делать. Вот тут-то и пригодятся компьютерных алгоритмов .Алгоритм - это основной метод, используемый для выполнения работы. Давайте рассмотрим пример, который поможет понять концепцию алгоритма.

Объявление

Допустим, у вас есть друг, прибывающий в аэропорт, и вашему другу нужно добраться из аэропорта к вам домой. Вот четыре различных алгоритма, которые вы можете дать своему другу, чтобы добраться до дома:

Алгоритм такси :

1. Подойдите к стоянке такси.
2. Садись в такси.
3. Сообщите водителю мой адрес.

Алгоритм вызова по телефону :

1. Когда прилетит ваш самолет, позвони мне на мобильный.
2. Встретимся вне зоны выдачи багажа.

Алгоритм аренды автомобиля :

1. Воспользуйтесь маршруткой до пункта проката автомобилей.
2. Прокат авто.
3. Следуйте указателям, чтобы добраться до моего дома.

Алгоритм шины :

1. Вне места выдачи багажа, сесть на автобус номер 70.
2. Пересядьте на автобус 14 на Мейн-стрит.
3. Сойти на улице Вязов.
4. Пройдите два квартала на север до моего дома.

Все четыре этих алгоритма достигают одной и той же цели, но каждый алгоритм делает это совершенно по-разному. Каждый алгоритм также имеет разную стоимость и разное время в пути.Например, такси, вероятно, самый быстрый, но и самый дорогой способ. Автобус определенно дешевле, но намного медленнее. Вы выбираете алгоритм исходя из обстоятельств.

В компьютерном программировании часто существует множество различных способов - алгоритмов - для выполнения любой заданной задачи. Каждый алгоритм имеет свои преимущества и недостатки в разных ситуациях. Сортировка - это то место, где было проведено много исследований, потому что компьютеры тратят много времени на сортировку списков.Вот пять различных алгоритмов, которые используются при сортировке:

• Сортировка корзин
• Сортировка слиянием
• Сортировка пузырьков
• Сортировка по скорлупе
• Quicksort

Если у вас есть миллион целочисленных значений от 1 до 10 и вам нужно их отсортировать, то алгоритм bin sort - правильный алгоритм. Если у вас миллион названий книг, лучшим алгоритмом может оказаться quicksort .Зная сильные и слабые стороны различных алгоритмов, вы выбираете лучший для решения поставленной задачи.

Вот несколько интересных ссылок:

информатика | Определение, поля и факты

Информатика , изучение компьютеров и вычислений, включая их теоретические и алгоритмические основы, аппаратное и программное обеспечение, а также их использование для обработки информации. Дисциплина информатики включает изучение алгоритмов и структур данных, компьютерное и сетевое проектирование, моделирование данных и информационных процессов, а также искусственный интеллект. Информатика берет некоторые свои основы из математики и инженерии и поэтому включает методы из таких областей, как теория массового обслуживания, вероятность и статистика, а также проектирование электронных схем.Информатика также широко использует проверку гипотез и экспериментирование во время концептуализации, проектирования, измерения и уточнения новых алгоритмов, информационных структур и компьютерных архитектур.

Британская викторина

Компьютеры и технологии: Викторина

Какое устройство, выпущенное в 1993 году, дало начало термину персональный цифровой помощник ?

Информатика считается частью семейства пяти отдельных, но взаимосвязанных дисциплин: компьютерная инженерия, информатика, информационные системы, информационные технологии и программная инженерия.Это семейство стало известно как дисциплина вычислений. Эти пять дисциплин взаимосвязаны в том смысле, что информатика является их объектом изучения, но они отделены друг от друга, поскольку каждая имеет свою исследовательскую перспективу и направленность учебной программы. (С 1991 года Ассоциация вычислительной техники [ACM], Компьютерное общество IEEE [IEEE-CS] и Ассоциация информационных систем [AIS] сотрудничают, чтобы разработать и обновить таксономию этих пяти взаимосвязанных дисциплин и руководящие принципы, которые во всем мире для их программ бакалавриата, магистратуры и исследований.)

Основные области информатики включают традиционное изучение компьютерной архитектуры, языков программирования и разработки программного обеспечения. Однако они также включают в себя вычислительную науку (использование алгоритмических методов для моделирования научных данных), графику и визуализацию, взаимодействие человека с компьютером, базы данных и информационные системы, сети, а также социальные и профессиональные вопросы, которые являются уникальными для практики информатики. . Как может быть очевидно, некоторые из этих подполей пересекаются в своей деятельности с другими современными областями, такими как биоинформатика и вычислительная химия.Эти совпадения являются следствием тенденции компьютерных ученых признавать многочисленные междисциплинарные связи в своей области и действовать в соответствии с ними.

Развитие информатики

Информатика возникла как самостоятельная дисциплина в начале 1960-х годов, хотя электронно-цифровая вычислительная машина, являющаяся объектом ее изучения, была изобретена примерно двумя десятилетиями ранее. Корни информатики лежат, прежде всего, в смежных областях математики, электротехники, физики и информационных систем управления.

Математика является источником двух ключевых концепций в развитии компьютера - идеи о том, что вся информация может быть представлена ​​в виде последовательностей нулей и единиц, и абстрактного понятия «хранимая программа». В двоичной системе счисления числа представлены последовательностью двоичных цифр 0 и 1 так же, как числа в знакомой десятичной системе представлены цифрами от 0 до 9.Относительная легкость, с которой два состояния (например, высокое и низкое напряжение) могут быть реализованы в электрических и электронных устройствах, естественным образом привела к тому, что двоичная цифра или бит становится основной единицей хранения и передачи данных в компьютерной системе.

Электротехника обеспечивает основы проектирования схем, а именно идею о том, что электрические импульсы, входящие в схему, могут быть объединены с использованием булевой алгебры для получения произвольных выходных сигналов. (Булева алгебра, разработанная в XIX веке, предоставила формализм для проектирования схемы с двоичными входными значениями нулей и единиц [ложь или истина, соответственно, в терминологии логики], чтобы получить любую желаемую комбинацию нулей и единиц на выходе.) Изобретение транзистора и миниатюризация схем, наряду с изобретением электронных, магнитных и оптических носителей для хранения и передачи информации, явились результатом достижений электротехники и физики.

Информационные системы управления, первоначально называвшиеся системами обработки данных, предоставили ранние идеи, на основе которых развились различные концепции информатики, такие как сортировка, поиск, базы данных, поиск информации и графические пользовательские интерфейсы.В крупных корпорациях размещались компьютеры, на которых хранилась информация, которая имела центральное значение для ведения бизнеса: платежная ведомость, бухгалтерский учет, управление запасами, производственный контроль, отгрузка и получение.

Теоретические работы по вычислимости, начатые в 1930-х годах, обеспечили необходимое распространение этих достижений на проектирование целых машин; важной вехой стала спецификация машины Тьюринга (теоретическая вычислительная модель, выполняющая инструкции, представленные в виде последовательности нулей и единиц) в 1936 году британским математиком Аланом Тьюрингом и его доказательство вычислительной мощности модели.Другим прорывом стала концепция компьютера с хранимой программой, которую обычно приписывают венгерскому американскому математику Джону фон Нейману. Это истоки области информатики, которая позже стала известна как архитектура и организация.

В 1950-е годы большинство пользователей компьютеров работали либо в научно-исследовательских лабораториях, либо в крупных корпорациях. Первая группа использовала компьютеры для выполнения сложных математических вычислений (например,g., траектории ракет), в то время как последняя группа использовала компьютеры для управления большими объемами корпоративных данных (например, платежными ведомостями и товарно-материальными запасами). Обе группы быстро поняли, что написание программ на машинном языке нулей и единиц непрактично и не надежно. Это открытие привело к разработке языка ассемблера в начале 1950-х годов, который позволяет программистам использовать символы для инструкций (например, ADD для сложения) и переменных (например, X ). Другая программа, известная как ассемблер, переводила эти символические программы в эквивалентную двоичную программу, шаги которой компьютер мог выполнять, или «выполнять».”

Другие элементы системного программного обеспечения, известные как связывающие загрузчики, были разработаны для объединения частей собранного кода и загрузки их в память компьютера, где они могли быть выполнены. Концепция связывания отдельных частей кода была важна, поскольку позволяла повторно использовать «библиотеки» программ для выполнения общих задач. Это был первый шаг в развитии области компьютерных наук, называемой программной инженерией.

Позже, в 1950-х годах, язык ассемблера оказался настолько громоздким, что разработка языков высокого уровня (близких к естественным языкам) стала поддерживать более легкое и быстрое программирование.FORTRAN стал основным языком высокого уровня для научного программирования, а COBOL стал основным языком бизнес-программирования. Эти языки несли с собой потребность в различном программном обеспечении, называемом компиляторами, которое переводит программы на языке высокого уровня в машинный код. По мере того как языки программирования становились все более мощными и абстрактными, создание компиляторов, которые создают высококачественный машинный код и которые эффективны с точки зрения скорости выполнения и потребления памяти, стало сложной проблемой информатики.Разработка и реализация языков высокого уровня лежит в основе области информатики, называемой языками программирования.

Рост использования компьютеров в начале 1960-х годов послужил толчком для разработки первых операционных систем, которые состояли из резидентного программного обеспечения системы, которое автоматически обрабатывало ввод и вывод, а также выполнение программ, называемых «заданиями». Спрос на более совершенные вычислительные методы привел к возрождению интереса к численным методам и их анализу, деятельности, которая расширилась настолько широко, что стала известна как вычислительная наука.

В 1970-х и 1980-х годах появились мощные устройства компьютерной графики, как для научного моделирования, так и для другой визуальной деятельности. (Компьютеризированные графические устройства были введены в начале 1950-х годов с отображением грубых изображений на бумажных графиках и экранах электронно-лучевых трубок [ЭЛТ].) Дорогостоящее оборудование и ограниченная доступность программного обеспечения не позволяли этой области расти до начала 1980-х годов, когда компьютерная память, необходимая для растровой графики (в которой изображение состоит из небольших прямоугольных пикселей), стала более доступной.Технология растровых изображений вместе с экранами с высоким разрешением и развитием графических стандартов, которые делают программное обеспечение менее зависимым от машины, привели к взрывному росту этой области. Поддержка всех этих видов деятельности переросла в область компьютерных наук, известную как графика и визуальные вычисления.

С этой областью тесно связано проектирование и анализ систем, которые напрямую взаимодействуют с пользователями, выполняющими различные вычислительные задачи. Эти системы стали широко использоваться в 1980-х и 90-х годах, когда линейное взаимодействие с пользователями было заменено графическими пользовательскими интерфейсами (GUI).Дизайн графического интерфейса пользователя, который был впервые разработан Xerox и позже принят Apple (Macintosh) и, наконец, Microsoft (Windows), важен, потому что он составляет то, что люди видят и делают, когда взаимодействуют с вычислительным устройством. Разработка соответствующих пользовательских интерфейсов для всех типов пользователей превратилась в область компьютерных наук, известную как взаимодействие человека с компьютером (HCI).

Область компьютерной архитектуры и организации также резко изменилась с тех пор, как в 1950-х были разработаны первые компьютеры с хранимой программой. Так называемые системы с разделением времени появились в 1960-х годах, чтобы позволить нескольким пользователям одновременно запускать программы с разных терминалов, жестко подключенных к компьютеру. В 1970-х годах были разработаны первые глобальные компьютерные сети (WAN) и протоколы для высокоскоростной передачи информации между компьютерами, разделенными на большие расстояния.По мере развития этих видов деятельности они переросли в область компьютерных наук, называемую сетями и коммуникациями. Важным достижением в этой области стало развитие Интернета.

Идея о том, что инструкции, а также данные могут храниться в памяти компьютера, имела решающее значение для фундаментальных открытий о теоретическом поведении алгоритмов. То есть такие вопросы, как «Что можно / нельзя вычислить?» были формально решены с использованием этих абстрактных идей. Эти открытия положили начало области компьютерных наук, известной как алгоритмы и сложность.Ключевой частью этой области является изучение и применение структур данных, подходящих для различных приложений. Структуры данных, наряду с разработкой оптимальных алгоритмов для вставки, удаления и размещения данных в таких структурах, являются серьезной проблемой для компьютерных ученых, потому что они так активно используются в компьютерном программном обеспечении, особенно в компиляторах, операционных системах, файловых системах, и поисковые системы.

В 1960-х годах изобретение магнитных дисков обеспечило быстрый доступ к данным, расположенным в произвольном месте на диске.Это изобретение привело не только к более грамотно спроектированным файловым системам, но и к разработке баз данных и систем поиска информации, которые позже стали важными для хранения, извлечения и передачи больших объемов и разнообразных данных через Интернет. Эта область информатики известна как управление информацией.

Еще одна долгосрочная цель исследований в области информатики - создание вычислительных машин и роботизированных устройств, которые могут выполнять задачи, которые обычно считаются требующими человеческого интеллекта.К таким задачам относятся движение, зрение, слух, говорение, понимание естественного языка, мышление и даже проявление человеческих эмоций. Область информатики интеллектуальных систем, первоначально известная как искусственный интеллект (ИИ), на самом деле предшествовала появлению первых электронных компьютеров в 1940-х годах, хотя термин искусственный интеллект не был введен до 1956 года.

Три развития вычислительной техники в начале 21 века - мобильные вычисления, вычисления клиент-сервер и взлом компьютеров - способствовали появлению трех новых областей в информатике: разработка на основе платформ, параллельные и распределенные вычисления и безопасность. и информационное обеспечение.Платформенная разработка - это изучение особых потребностей мобильных устройств, их операционных систем и приложений. Параллельные и распределенные вычисления связаны с разработкой архитектур и языков программирования, которые поддерживают разработку алгоритмов, компоненты которых могут выполняться одновременно и асинхронно (а не последовательно), чтобы лучше использовать время и пространство. Обеспечение безопасности и информации связано с проектированием компьютерных систем и программного обеспечения, которые защищают целостность и безопасность данных, а также конфиденциальность лиц, которые характеризуются этими данными.

Наконец, на протяжении всей истории информатики особое внимание уделялось уникальному социальному воздействию, которое сопровождает исследования в области информатики и технологические достижения. Например, с появлением Интернета в 1980-х годах разработчикам программного обеспечения потребовалось решить важные вопросы, связанные с информационной безопасностью, личной конфиденциальностью и надежностью системы. Кроме того, вопрос о том, является ли компьютерное программное обеспечение интеллектуальной собственностью, и связанный с ним вопрос «Кому оно принадлежит?» породила совершенно новую правовую область лицензирования и лицензионных стандартов, которые применяются к программному обеспечению и связанным с ним артефактам.Эти и другие проблемы составляют основу социальных и профессиональных вопросов информатики и проявляются почти во всех других областях, указанных выше.

Итак, чтобы подвести итог, дисциплина информатики превратилась в следующие 15 отдельных областей:

• Алгоритмы и сложность

• Архитектура и организация

• Вычислительная техника

• Графика и визуальные вычисления

• Человеко-компьютерное взаимодействие

• Управление информацией

• Интеллектуальные системы

  Сеть и связь

• Операционные системы

• Параллельные и распределенные вычисления

• Разработка на основе платформы

• Языки программирования

• Обеспечение безопасности и информации

• Программная инженерия

• Социальные и профессиональные вопросы

Информатика по-прежнему имеет сильные математические и инженерные корни.Программы бакалавриата, магистратуры и докторантуры по информатике обычно предлагаются высшими учебными заведениями, и эти программы требуют от студентов прохождения соответствующих курсов математики и инженерии, в зависимости от их специализации. Например, все студенты бакалавриата по информатике должны изучать дискретную математику (логику, комбинаторику и элементарную теорию графов). Многие программы также требуют от студентов завершения курсов по расчету, статистике, численному анализу, физике и принципам инженерии в начале учебы.