Программа алгоритм: создание программ и игр самостоятельно

Содержание

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.

Алгоритм успеха – рабочая программа. Алгоритм успеха система учебников – Вентана-Граф

Cистема учебников «Алгоритм успеха» представляет собой целостную информационно-образовательную среду основной школы, построенную на основе единых идеологических, дидактических и методических принципов, направленных на реализацию требований ФГОС. В основе создания всех компонентов системы учебников лежат единые принципы построения предметного содержания и методического аппарата учебников, направленные на достижение результатов освоения основной образовательной программы основного общего образования, отраженные во ФГОС.

Целостность системы

учебников «Алгоритм успеха» обеспечена единой методологической основой построения всех линий УМК и единством методических принципов построения всех элементов, включенных в систему.

Методологической основой представленной системы учебников «Алгоритм успеха» является системно-деятельностный подход, рассматриваемый как основной механизм достижения обучающимися личностных, метапредметных и предметных результатов освоения основной образовательной программы основного общего образования. В системе учебников «Алгоритм успеха» системно-деятельностный подход реализуется через освоение учащимися универсальных учебных действий, обеспечивающих широкие возможности для овладения знаниями, умениями, навыками, компетентностями, видами и способами учебной деятельности.

Методические принципы построения всех составляющих системы учебников «Алгоритм успеха», с одной стороны, направлены на бережное отношение к отечественным педагогическим традициям и образовательным подходам, с другой стороны, ориентированы на современные апробированные технологии, реализующие деятельностные подходы в обучении.

Основным принципом построения методического аппарата учебников всех линий, входящих в систему, является обеспечение возможности применения в практике учителя широкого спектра современных технологий, методов, форм, приемов организации учебно-воспитательной работы в процессе урочной и внеурочной деятельности учащихся. При этом соблюдение ориентации на использование здоровьесберегающих технологий в обучении, соответствия возрастным особенностям и возможностям обучающихся и обеспечение необходимого воспитательного потенциала рассматривались как ведущие принципы отбора содержания учебников и их методического построения. Помимо этого, к общим методическим принципам построения элементов системы следует отнести:

практическую направленность содержания учебного материала на связь с реальной действительностью, опора на социальный опыт ученика; связь учебного материала предмета с другими школьными предметами, в том числе в целях формирования универсальных учебных действий; ориентацию учебного материала, способов его представления и используемых методов обучения на максимальное включение учащихся в учебную деятельность;
возможности для дифференцированного и личностно-ориентированного обучения школьников, реализации педагогики сотрудничества;
обеспечение возможности для моделирования изучаемых объектов и явлений окружающего мира;
возможность использования творческих, проектных заданий, практических работ;
возможности обеспечения для разнообразия организационных форм обучения: индивидуальной, парной, групповой, коллективной, фронтальной;

использование возможностей современных информационно — коммуникационных технологий, электронных образовательных ресурсов, интернет-ресурсов.

Система учебников «Алгоритм успеха» обеспечивает реализацию требований к освоению основной образовательной программы основного общего образования как по формальному признаку — за счет представленности в системе линий учебников по всем предметам, так и по дидактическим и методическим основаниям — за счет соблюдения следующих основных принципов построения системы:

реализации идеологической основы ФГОС — Концепции духовно-нравственного развития и воспитания личности гражданина России;
обеспечение достижения обучающимися личностных, метапредметных и предметных результатов освоения основной образовательной программы;

обеспечение организации учебной деятельности учащихся на основе системно-деятельностного подхода.

В состав системы включены 2 завершенные предметные линии по биологии, разработанные одним авторским коллективом. Необходимость включения двух линий объясняется тем, что при построении основной образовательной программы образовательного учреждения школа имеет возможность выстроить свою программу курса биологии для основной школы исходя из своих потребностей распределения содержания по годам обучения. Такая потребность определяется как спецификой образовательного учреждения в целом, так и отдельных классов внутри него. Предложенные линии позволяют «удержать» методическое и дидактическое единство системы (включая и синхронизацию введения и использования понятий в разных предметах обучения) при изменении подхода к распределению учебного материала по годам обучения.

Предмет «Технология» также обеспечен двумя линиями учебников. Выбор линии в данном случае оставлен за образовательным учреждением. Он будет определяться спецификой основной образовательной программы школы. Для образовательных учреждений, имеющих возможность увеличить количество часов на изучение предметов, входящих в предметную область «Общественно-научные предметы» предпочтительнее использовать линию учебников под ред. И.А. Сасовой. Принципы отбора содержания этих учебников в большей мере соответствуют реализации целей таких школ. Для образовательных учреждений, имеющих возможность увеличить количество часов на изучение предметов, входящих в предметную область «Естественнонаучные предметы» предпочтительнее использовать линию учебников В. Д. Симоненко.

Обеспечение достижения обучающимися личностных, метапредметных и предметных результатов освоения основной образовательной программы реализуется путем включения в содержание и методический аппарат учебных текстов и заданий, направленных на реализацию требований, изложенных в разделе II ФГОС ООО. Все пособия системы «Алгоритм успеха» выпускаются Издательским центром «ВЕНТАНА-ГРАФ». Приглашаем Вас к взаимовыгодному сотрудничеству, направленному на обеспечение образовательных учреждений пособиями данной системы.

Что такое алгоритм в программировании? Определение, карьера и шаги

Сегодня весь мир оцифрован. Есть чувство интеллекта; в каждом традиционном устройстве есть смысл общения, который делает нашу жизнь такой легкой и такой быстрой. Все эти технологические достижения продвигаются вперед с помощью программного обеспечения, которое представляет собой набор программ, предназначенных для решения проблемы. И каждая программа построена на логике/решении, которое называется Алгоритмом. Алгоритм именования назван в честь умного человека из Багдада Аль-Хорезми. Он был первым, кто представил миру механические, точные и недвусмысленные алгоритмы.

Что такое алгоритм?

Стандартное определение из учебника звучит так: алгоритм — это четко определенное пошаговое решение или последовательность инструкций для решения проблемы. Алгоритмом может быть метод нахождения наименьшего общего кратного двух чисел или рецепт приготовления овощного маньчжурского блюда.

Что такое алгоритм с точки зрения программирования?

Видите ли, компьютер в основном занимается математикой, а это значит, что ему нужно решить множество задач. Именно поэтому алгоритмы составляют сердце информатики. Компьютерный алгоритм — это вычислительная процедура, которая принимает набор конечных входных данных и преобразует их в выходные данные, применяя некоторую математику и логику. Алгоритм в программировании будет состоять из нескольких шагов:

Постановка проблемы – Что делать?
Сбор данных – Что у нас есть для решения проблемы? Или входы.
Обработка данных – Понимание того, что у нас есть, или преобразование их в пригодную для использования форму.
Логический подход – Использование собранных и созданных данных в противовес логике для решения.
Решение — представьте решение так, как вы хотите, в графическом интерфейсе, терминале, диаграмме или графике.

Короче говоря, при заданном конечном входном значении x алгоритм преобразует его в эффективное выходное значение y, где y есть f(x) для некоторой четко определенной функции f.

Важно знать, что алгоритмы не привязаны строго к какому-либо языку программирования. Они являются универсальными решениями как таковыми.

Как алгоритм в программировании так упрощает работу?

Предметная область алгоритмов стала настолько глубокой и широкой, что изложенные теории и основы помогут нам решить любую вычислительную проблему. Уже опубликовано так много эффективных алгоритмов, как бинарный поиск, пузырьковая сортировка, сортировка вставками, сортировка слиянием, быстрая сортировка, алгоритмы Евклида для поиска GCM, алгоритмы Прима для поиска кратчайшего пути в графе и т.

д.

Существует множество алгоритмов, таких как –

Алгоритмы грубой силы	Какие есть простые подходы к решению проблем методом проб и ошибок? Как и вы, повторяйте сложение, чтобы найти результат задачи на умножение.
Алгоритмы «разделяй и властвуй»	Это разбивает проблему на небольшие подзадачи, а затем объединяет результаты каждой подзадачи, чтобы получить окончательный результат. Точно так же, как вы сначала распределяете монеты разного достоинства по разным корзинам, а затем подсчитываете количество монет в каждой корзине, чтобы узнать, сколько там монет разных номиналов.
Жадные алгоритмы	Это следует за эвристикой решения проблем для достижения следующего наилучшего состояния, чтобы найти окончательное наилучшее состояние. Точно так же, как вы находите менее крутую область, по которой легче взбираться на гору.
Динамическое программирование	Подход, аналогичный подходу «разделяй и властвуй», но разделяющий проблему на подзадачи таким образом, чтобы их результаты можно было повторно использовать для других подзадач.

Такие методологии помогают нам разработать хороший алгоритм, обладающий следующими определяющими характеристиками. Хороший алгоритм –

Точный – Он знает точные и правильные шаги для выполнения.
Уникальный – Ввод для текущих инструкций поступает только из предыдущей инструкции.
Конечный – Алгоритм завершается выдачей результата после выполнения конечного числа инструкций.
Универсальность – Алгоритм содержит хороший набор входных данных, а не строго один вход.

Преимущества алгоритма, и почему мы должны использовать алгоритм в программировании?

Это не только широкий спектр приложений в реальном мире, но и мощная линза, позволяющая увидеть проблему насквозь. Это помогает нам решить, является ли проблема разрешимой или нет. Если да, то как, как быстро и насколько точно? Если нет, то алгоритм снова помогает нам решить, можем ли мы решить его часть.

Говоря о том, почему мы должны использовать алгоритмы в программировании, мы должны понимать, что компьютерные программы используют различные алгоритмы, которые работают на компьютерном оборудовании с процессором и памятью, и эти компоненты имеют ограничения. Процессор не бесконечно быстр, и память у нас не свободна. Это ограниченные ресурсы. Их нужно использовать с умом, и в этом вам поможет хороший алгоритм, эффективный с точки зрения временных и пространственных сложностей.

Как эта технология поможет вам в вашем карьерном росте?

Как и любая другая технология, разработка алгоритмов в программировании также постоянно развивается, потому что компьютерное оборудование постоянно развивается. От традиционных машин x86 до суперкомпьютеров и квантовых компьютеров произошли революционные изменения в решении проблем. Обладание сильными знаниями в области разработки алгоритмов — вот что отличает опытного программиста от остальных. Современные ресурсы на самом деле не требуют изучения алгоритмов с таким количеством разработанных программных фреймворков и библиотек, но их полное понимание поможет вам гораздо больше.

Заключение

Несмотря на то, что когда-нибудь у нас будет невероятно быстрый процессор и непрерывная память, нам все равно придется изучать алгоритмы и проектировать их так, чтобы увидеть, завершается ли решение и дает ли он правильный результат. Будь то коммерческие приложения, научные вычисления, инженерия, операционные исследования или искусственный интеллект, в каждой области формулирование проблем, определение эффективных алгоритмов для решения и структуры данных, с которыми нужно иметь дело, останутся неизбежными навсегда.

Так же, как это важный план перед работой. Важно определить алгоритм перед кодированием.

Алгоритм и информатика: определение и понимание

В информатике алгоритм – это набор инструкций, используемый для решения проблем или выполнения задач на основе понимания доступных альтернатив.

Алгоритмы — это больше, чем просто программирование, это спецификации для выполнения вычислений, обработки данных, автоматизированного рассуждения или принятия решений, например (неполный список).
В этом отношении необходимо понимать, что означает правильность алгоритма и точное решение поставленной задачи.

Вот 8 важных шагов в разработке эффективного алгоритма

Постановка задачи
Разработка модели
Спецификация алгоритма
Разработка алгоритма
Реализация алгоритма
Программное тестирование

Вы можете игнорировать это, но вы используете алгоритмы каждый день

Каждый раз, когда вы что-то выпекаете или готовите, вы выполняете ряд шагов, чтобы соединить ингредиенты и получить конечный продукт. Если бы вас попросили записать инструкции по приготовлению рецепта, вы могли бы создать свой собственный алгоритм. Вам нужно будет только указать :

Входы: ингредиенты и количество
Процесс: рецепт или метод
Результат: каким будет готовое блюдо

В компьютерной программе операторы также включают следующие действия:

Входные данные: например, получение значения от датчика
Обработка данных: суммирование двух значений или принятие решения, когда значение достигает определенной суммы
Выходные данные: Показать некоторые результаты

Почему это основа в компьютерных науках?

Ответ прост. Компьютеры ничего бы не сделали, если бы программы не говорили им, что делать. Алгоритмы дают компьютерам пошаговые инструкции для выполнения конкретных задач и принятия решений.

В программировании есть много способов решить проблему. Однако эффективность доступных методов варьируется. Некоторые методы намного лучше других дают точные ответы.

Алгоритмы используются для поиска наилучшего возможного способа решения проблемы на основе хранения, сортировки и обработки данных, а также машинного обучения. При этом они повышают эффективность программы.

Алгоритмы используются во всех областях вычислений. Потому что это фантастический способ автоматизации компьютерных решений.

Допустим, вам нужно проехать 200 км до места отдыха. После проверки кратчайшего маршрута (сортировка данных), того, как избежать пробок на основе предыдущих или текущих данных (хранение данных) или того, как прогноз погоды может повлиять на ваше вождение (анализ данных), алгоритм предложит вам лучший маршрут и предполагаемое время прибытия (структура данных и алгоритмы – хорошие друзья в информатике, машинном обучении, принятии решений ).

Алгоритмы выражения

Сколько алгоритмов существует в информатике? Это сложный вопрос, но, конечно же, у нас есть ответ: существует бесчисленное количество алгоритмов, хотя некоторые из них действительно важнее знать, чем другие в программировании.

Самое главное, алгоритмы могут быть выражены на различных языках, включая естественные языки, псевдокоды, блок-схемы, драконьи диаграммы, языки программирования и т. д.

В мире, где данные правят, структура главнее.

В информатика алгоритм связан с обработкой информации. Данные можно считывать из источника ввода, записывать на устройство вывода и сохранять для дальнейшей обработки. Сохраненные данные считаются частью внутреннего состояния объекта, выполняющего алгоритм. На практике состояние хранится в одной или нескольких структурах данных.

Структура данных — это формат для организации, управления и хранения данных, который обеспечивает доступ и изменение.

Программа алгоритм: создание программ и игр самостоятельно — купить лицензию, цена на сайте Allsoft