هوش مصنوعی و رباتهای مخرب؛ طراحی نوین و پیچیده حملات سایبری
استفاده از هوش مصنوعی در طراحی حملات سایبری هم دیده میشود. رباتهای مخرب که به…
۱۹ مهر ۱۴۰۳
۱۹ شهریور ۱۴۰۲
زمان مطالعه : ۱۰ دقیقه
تاریخ بهروزرسانی: ۱۸ شهریور ۱۴۰۲
الگوریتم (Algorithm) به مجموعهای از دستورالعملها یا قوانینی گفته میشود که به صورت گام به گام برای حل یک مساله طراحی شده است. به منظور انجام یک عملیات توسط کامپیوتر باید یکسری الگو برای آن طراحی و تعریف شود تا سیستم بتواند آن را اجرا کند.
الگوریتم یا خوارزمی، پایه هر سیستم محاسباتی است که دنبالهای از دستورات را برای انجام کارهایی مانند محاسبه، برنامهنویسی یا پردازش دادهها اختصاص میدهد. پیرو پاسخ به الگوریتم چیست باید گفت که الگوریتمها باعث توانمندسازی رایانهها برای پردازش اطلاعات، حل معادلات پیچیده و غیره شده که در نهایت موجب کاهش خطا و حضور نیروی انسانی میشود.
به عبارت ساده، یک الگوریتم مجموعهای از دستورالعملها است که به رایانه میگوید چگونه یک مسأله را حل کند. این یک روش گام به گام است که تضمین میشود خروجی صحیح را برای یک ورودی داده شده تولید کند.
به عنوان مثالهای زیر توجه کنید:
الگوریتمها در انواع برنامههای کامپیوتری، از کارهای ساده مانند مرتبسازی فهرستی از اعداد تا کارهای پیچیده مانند جستجو در وب یا انجام یک بازی، استفاده میشوند. همچنین در بسیاری از زمینههای دیگر مانند ریاضیات، مهندسی و علوم کاربرد دارند.
الگوریتم مجموعهای محدود از دستورالعملها است که همیشه خروجی یکسانی را برای یک ورودی مشخص تولید میکند. در Algorithm دستورالعملها واضح و قابل درک هستند و اجرای آن باید زمان و منابع معقولی را صرف کند.
الگوریتمها بخش مهمی از علوم کامپیوتر هستند و کاربردهای متنوعی برای حل مشکلات دارند. به همین دلیل میتوانند برای خودکارسازی وظایف، بهبود کارایی و آسان کردن زندگی ما استفاده شوند.
الگوریتم، فرآیند یا مجموعهای از قوانین مورد نیاز برای انجام محاسبات یا عملیات خاصی است که تعریف و اجرا میشود.
در واقع الگوریتمها در تمامی زمینهها کاربرد دارد و در سیستم کامپیوتری بیشتر بروز و ظهور پیدا کرده است. آنها همچنین به عنوان مشخصه اصلی برای انجام پردازش دادهها نیز استفاده میشوند و نقش مهمی در سیستمهای خودکار دارند. الگوریتمها معمولاً با ورودی اولیه و دستورالعملهایی شروع میشود که یک محاسبات خاص را انجام میدهند. هنگامیکه محاسبات اجرا میشود، یک خروجی از آن فرآیند حاصل میشود.
یک الگوریتم کامپیوتری دارای ویژگیهای زیر است:
الگوریتم دستورالعمل اجرای عملیات است. برخی از دلایل اهمیت آنها در دنیای برنامهنویسی شامل موارد زیر است.
در برنامهنویسی راههای مختلفی برای حل یک مساله وجود دارد. با استفاده از الگوریتمهای مختلف ضمن حل مسائل گوناگون، با برظرفسازی مشکلات، کارایی برنامه نیز بهبود مییابد.
هر برنامه مقداری از فضای حافظه کامپیوتر را به خود اختصاص میدهد. برخی از برنامهها حجم بیشتری را اشغال میکنند. میزان استفاده هر برنامه از حافظه بستگی به الگوریتمی دارد که طبق آن طراحی شده است. انتخاب صحیح یک برنامه تضمینکننده این است که برنامه مقدار کمتری از حافظه را درگیر میکند. علاوه بر حافظه، یک الگوریتم میتواند میزان قدرت پردازش مورد نیاز را نیز تعیین کند.
آنها را میتوان به ۴ شیوه زیر نمایش داد که شامل:
زبانی که افراد برای ارتباط با یکدیگر استفاده میکنند نیز نشانگر نوعی الگوریتم است. تا زمانی که یک برنامهنویس مراحل طراحی شده را به خوبی درک نکرده باشد نمیتواند Algorithm خوبی طراحی کند. با وجود این، زبانهای طبیعی فاقد دقت مورد نیاز مانند برنامههای کامپیوتری هستند.
شبه کد یک روش غیر رسمی برای نمایش یک الگوریتم با استفاده از زبان طبیعی به استثنای بخشهای مبهم است. شبه کد سعی میکند دستورالعملها را به دقیقترین حالت ممکن نمایش دهد.
نمودارها فرآیند برنامه نویسی را در قالبی ساده نشان میدهد. تصویرسازی الگوریتمها در این قالب گرافیکی از نمادهای مختلفی برای این کار استفاده میکند که تفسیرها را محدود و در عین حال به آن معنای دقیقی میدهد.
الگوریتمهای نوشته شده توسط زبان برنامهنویسی آماده تبدیل شدن به برنامهای قابل اجرا هستند. با اندکی تغییرات و اصلاحات، الگوریتمهای نوشته شده در یک زبان برنامهنویسی آماده کار کردن است.
علاوه بر دستورات محاسباتی اولیه، الگوریتمها با اجرای دستورات ساده و پیچیده میتوانند به توسعه نرمافزار کمک کنند. آنها نقش مهمی در دنیای برنامهنویسی دارند چرا که در مرحله طراحی نرمافزار استفاده میشوند و پروژه برنامهنویسی تحت الگوریتمها اجرا میشود.
در واقع الگوریتمها به عنوان یک کد برای هدایت یک نرمافزار جهت انجام وظایف خاص استفاده میشود. فقدان یک الگوریتم مناسب برای برنامهنویس ممکن است منجر به بروز نتایج نادرست در برنامه شود.
انواع الگوریتمها به شرح زیر است:
۱- جستوجوی خطی: جستوجوی خطی یک الگوریتم بسیار ساده است که جستوجو را تا زمانی که عنصر مورد نظر را یافت نشده باشد ادامه میدهد. این الگوریتم، عنصر مورد جستوجو را با همه عناصر مقایسه میکند. اگر عنصر مورد نظر یافت شد آن را دریافت میکند در غیر این صورت یا آن را بر میگرداند. این را میتوان در یک لیست مرتبنشده پیادهسازی کرد.
۲- جستوجوی باینری: این الگوریتم سادهترین الگوریتمی است که عنصر را خیلی سریع جستوجو میکند و در آن برای جستوجوی عنصر از لیست مرتبشده استفاده میشود. برای پیادهسازی الگوریتم باینری، عناصر باید به ترتیب یا به روش مرتبشده ذخیره شوند. اگر عنصری به صورت تصادفی ذخیره شود جستوجوی باینری قابل اجرا نیست. از این الگوریتم برای یافتن عنصر میانی نیز استفاده میشود.
با توجه به اهمیت نظری و عملی در طراحی الگوریتم، از رویکردهای زیر استفاده شده است:
۱- بهینه سازی: یافتن تمام راهحلهای یک مساله و سپس به دست آوردن بهترین راهحل، ساز و کار این Algorithm است.
۲- فداکاری: به محض یافتن بهترین راه حل متوقف میشود.
الگوریتم را میتوان در دو سطح تجزیه و تحلیل کرد، یعنی اول قبل از ایجاد آن و دوم بعد از ایجاد آن.
پیچیدگی یک الگوریتم را میتوان توسط دو عامل اندازه گیری کرد:
در کد بالا پیچیدگی زمانی حلقه حداقل n خواهد بود اگر مقدار n افزایش بیابد پیچیدگی زمانی نیز افزایش خواهد یافت. معمولاً پیچیدگی بدترین زمان را در نظر میگیریم زیرا حداکثر زمان صرف شده برای هر اندازه ورودی داده شده است.
فضای کمکی: فضای اضافی مورد نیاز برای Algorithm، به استثنای اندازه ورودی به عنوان فضای کمکی شناخته میشود. پیچیدگی فضا هم فضای کمکی و هم فضای استفاده شده توسط ورودی را در نظر میگیرد.
برای نوشتن یک Algorithm باید به موارد زیر توجه داشت:
الگوریتمها در واقع بلوکهای ساختمانی برای کلیه فرآیندهای محاسباتی هستند. آنها برای همه دستگاههای رایانهای مهم به شمار میروند زیرا میتوانند وظایف مختلفی را به صورت خودکار انجام دهند و کارهای تکراری را به صورت کارآمدتر و با خطای انسانی کمتر سادهتر انجام دهند.