مبرمج | ShadyRahimo

تحليل الخوارزميات: 🔎 الخوارزمية هي في الأصل خطة لحل مشكلة حسابية فإن لم تكن تملك خطة مُسبقة لحل مشكلة معقدة، فستفشل محاولاتك على الأرجح لحل تلك المشكلة وحتى لو كانت المشكلة بسيطة، فقد يكون هناك العديد من الحلول، وبعض هذه الحلول أسرع وأكفأ من بعض. من هنا تأتي أهمية تحليل الخوارزميات الذي يهتم بدراسة كفاءة الخوارزميات من ناحية الوقت والذاكرة التي يحتاجها تنفيذ الخوارزمية واختيار الحل الأبسط والأسرع والأقل استهلاكًا للموارد، أو بلغة الحوسبة، تريد أن تخفض تعقيد الخوارزمية Algorithms Complexity إلى أقصى حد ممكن. يشمل تعقيد الخوارزمية كل الموارد الضرورية لحل المشكلة، إن كانت الخوارزمية خوارزميةَ طبخ، فإنّ تعقيدها سيكون الوقت والطاقة اللازمة لإعداد الوجبة. أما إن كانت الخوارزمية تسعى لحل مشكلة في الرياضيات، سيكون تعقيدها هو الوقت اللازم لإجراء خطوات الخوارزمية. أما إن كانت الخوارزمية حاسوبية، فإنّ تعقيدها سيكون الوقت ومساحة الذاكرة الضروريان لتنفيذ خطوات الخوارزمية. لهذا السبب ابتكر العلماء فرعًا كاملًا في علم الخوارزميات مُخصّصًا لتقدير تعقيد الخوارزميات يُسمّى نظرية التعقيد، والذي يصنّف الخوارزميات إلى أصناف بحسب تعقيدها الزماني

Time Complexity

الذي يصف مقدار الوقت الذي يستغرقه تنفيذ الخوارزمية. وتعقيدها المكاني أو ما يسمى بتعقيد المساحة

Space Complexity

الذي يمثل عدد خلايا الذاكرة اللازمة لتنفيذ عمليات الخوارزمية مع استثناء المساحة المخصصة لدخل الخوارزمية. يتم التعبير عن تعقيد الخوارزمية بتدوين خاص يسمى

Big O notation

وهو طريقة لوصف تعقيد الخوارزمية الزمني باستخدام مصطلحات جبرية وأدنى هذه الأصناف هو الصنف

O(1)‎،

والذي يعني أنّ الخوارزمية تستغرق وقتا ثابتًا لحل المشكلة مهما كان حجم الدخل كما في خوارزمية معرفة كون العدد فردي أم زوجي مثلًا أو خوازرمية طباعة أول رقم من بين قائمة من الأرقام، أما الصنف O(n)‎ فَيعني أنّ مدة تنفيذ الخوارزمية متناسبة مع حجم الدخل n كما في خوارزمية حساب مضروب العدد وخوازمية إيجاد أكبر عدد من بين مجموعة من الأعداد.

هل أحتاج إلى معرفة الرياضيات لتعلم الخوارزميات؟❓ الجواب هو نعم ولا، وكي أوضح إجابتي أكثر ، فالخوارزميات تُستخدم أساسًا لحل مشاكل حسابية، مثل متوسط مجموعة من القيم، أو أقصر مسار بين نقطتين في شعبة، أو أسهل طريقة لرسم شكل هندسي، أو ترتيب عناصر مصفوفة. كل هذه المشاكل تنطوي على قدر من الرياضيات الأساسية، لذلك فالجواب هو نعم. لكن إن كنت تقصد بمعرفة الرياضيات أنّه ينبغي أن تكون لك شهادة جامعية في الرياضيات، أو تكون لك معرفة عميقة أو حتى متوسطة بها، فالجواب سيكون لا لأنّ الخوارزميات لا تتطلب معرفة عميقة بمفاهيم الرياضيات. تذكر أنّ الخوارزميات هي طرق عامة لحل المشاكل والمسائل الحسابية، لذلك فمقدار الرياضيات التي تحتاجها يتعلق بنوع المشكلة التي تريد حلها، إن كنت تريد حل مشكلة معقدة، مثل التنبؤ بالمناخ، فعلى الأرجح أنّ الخوارزمية ستكون معقدة وتحتاج إلى معرفة متقدمة بالرياضيات لكن لا تدع هذا يخيفك ويصدّك عن تعلم الخوارزميات، إذ أنّ معظم المسائل التي ستُواجهها هي مشاكل لا تحتاج إلا إلى معرفة بسيطة بأساسيات الرياضيات، مثل العمليات الحسابية البسيطة. خلاصة القول هو أنك لا تحتاج إلى تعلم الرياضيات لكي تتعلم الخوارزميات، فما دمت تفهم كيف تجري العمليات الحسابية البسيطة، مثل الجمع والضرب، وبعض المفاهيم البسيطة، مثل المجموعات والدوال وطرق حل المعادلات فيمكنك أن تتعلم الخوارزميات بسهولة. لكن النقطة الأهم هي الارتباط بين التفكير المنطقي أو طرق حل المشكلات وبين الخوارزميات والبرمجة، فالتفكير المنطقي هو بلا شك مهارة ضرورية للبشر عمومًا وللمبرمجين على وجه الخصوص ومن الضروري تعليمه للأطفال من سن مبكرة لمنحهم هذه المهارة المهمة والضرورية جدًا لنجاحهم في مستقبلهم المهني.

مواصفات الخوارزمية الجيدة: 🤔 قد تتساءل وهل هناك خوارزمية جيدة وأخرى ليست كذلك؟ وما الذي يجعل الخوارزمية جيدة؟ والجواب هو نعم فكما أنّ هناك وصفات طبخة سيئة ولا تنجح، فكذلك هناك خوارزميات سيئة وغير عملية ولا تصلح للتطبيق، فليست كل سلسلة متتابعة من الخطوات والتعليمات خوارزمية، بل لابد أن تتوفر فيها شروط خاصة تجعلها عملية وقابلة للتطبيق مثل: الوضوح: 👁

ينبغي أن تكون كل خطوة من خطوات الخوارزمية واضحة ومفهومة ولا لبس فيها.

المحدودية: 🤏

يجب أن تكون الخوارزمية محدودة، أي أن تكون خطواتها منتهية، وتُنفّذ في مدة زمنية منتهية. فإن كان عدد الخطوات غير منته، أو كان بإمكان إحدى الخطوات أن تستغرق مدة لا منتهية، فإنّها ليست خوارزمية.

البساطة والواقعية: 🤝

ينبغي أن تكون الخوارزمية قابلة للتطبيق بالموارد والتقنيات المتاحة، ولا ينبغي أن تعتمد على تقنية مستقبلية أو غامضة.

قابلية التطبيق: 👍

يعني الاستقلالية عن لغات البرمجة أي لا ينبغي أن تكون الخوارزمية مرتبطة بلغة برمجة محددة، ويجب أن تكون مجردة وعامّة بحيث تركز على العمل الأساسي للبرنامج بدلًا من التركيز على خصائص لغة برمجة معينة وبعدها يمكن تطبيقها عبر أي لغة برمجة.

صحة النتائج: 🚨

يجب أن تقوم الخوارزمية بتنفيذ المهمة المطلوبة منها دون أخطاء في التنفيذ أو عدم دقة في النتائج.

الكفاءة والفعالية: ⚡

ينبغي أن تستخدم الخوارزمية أفضل الطرق لحل المشكلة بأسرع وقت تنفيذ أو ما يعرف بالتعقيد الزماني للخوارزمية وأقل مساحة ذاكرة أو ما يعرف بالتعقيد المكاني للخوارزمية.

مجالات استخدام الخوارزميات: 🕹️ كانت الخوارزميات تُستخدم طوال آلاف السنوات من قبل علماء الرياضيات لحل المعادلات والمسائل الرياضية وما تزال إلى يومنا هذا. فالخوارزميات جزء لا يتجزأ من الرياضيات ابتداءً من حل المعادلات الجبرية، وحتى كتابة البراهين المنطقية. وتستخدم الخوارزميات اليوم على نطاق واسع في مجال البرمجة وعلوم الحاسب، فالحاسوب ليس سوى آلة تنفذ الأوامر بكفاءة وسرعة على عكس البشر، الذين يفهمون المطلوب ويحللونه ويفكرون بأدمغتهم لوضع الخوارزميات ثم ينفذونها بواسطة الحاسوب. لذلك، تحتاج إلى تبسيط ووضع خوارزمية للحاسوب لينفذها لك بحذافيرها وبأفضل أداء ممكن. وكل البرامج والتطبيقات وأنظمة التشغيل تعتمد على الخوارزميات وتستخدمها من أجل معالجة البيانات وإجراء الحسابات وحلّ مشكلات العمل كما تستخدم الخوارزميات في عدة مجالات أخرى مثل الفيزياء وتحليل اللغات والاقتصاد وغيرها من مناحي الحياة وهي تطبق اليوم في كل شيء نستخدمه من حولنا ومن أبرز الأمثلة على مجالات استخدام الخوارزميات في حياتنا اليومية نذكر:

• خوارزميات التواصل الاجتماعي التي تتحكم فيما تراه على مواقع التواصل الاجتماعي خاصتك

• خوارزميات محركات البحث التي تحسن عمليات البحث وتتنبأ بما سيكتبه المستخدمون.

• خوارزميات كشف الجرائم باستخدام تقنيات التعرف على الوجه ورسم الخرائط التنبؤية لتوقع الجرائم واتخاذ الإجراءات لمنعها.

• خوارزميات التشفير التي تقوم بتحويل نص مفهوم إلى نص غير مفهوم وتُستخدم لحماية البيانات المهمة بحيث لا يفهمها إلّا الأشخاص الذين وجهت إليهم.

• خوارزميات التنبؤ بحالة الطقس ودرجة الحرارة بمساعدة البيانات السابقة وهي تفيد في عدة مجالات أهمها الزراعة والطيران والاتصالات والحروب.

• خوارزميات تحديد مواعيد وصول الحافلات وجدولتها بأفضل طريقة.

• خوارزميات تحديد مواقف السيارات المتاحة لمساعدة السائقين على العثور على وجهتم بسرعة وسهولة.

• خوارزميات توجيه المركبات إلى أفضل طريق.

• خوارزميات تعديل مسارات الصواريخ.

وغيرها الكثير من مجالات الحياة المختلفة في الاقتصاد والعلوم والإعلام وما شابه التي تلعب فيها الخوارزميات دورًا فعالًا وحيويًا، على سبيل المثال: 🎙

عرضت نيتفليكس جائزة قدرها مليون دولار لمن يطور خوارزميتها المستخدمة في اقتراح الأفلام والمسلسلات على الزوار ويجعلها أفضل بنسبة 10%.

تحويل الخوارزمية إلى برنامج حاسوبي: 🫥 إن طرق تمثيل الخوارزمية مفهومة وواضحة لنا كبشر لكنها في الواقع غير قابلة للاستخدام والتطبيق على الحاسوب، لأنّ الخوارزميات خطط عامة ومجرّدة لحل المشاكل. فإن أردنا استخدام الخوارزمية لحل مشكلة ما، فسيكون علينا ترجمتها أو التعبير عنها بإحدى لغات البرمجة كي يفهمها الحاسوب ويعيد لنا النتائج المطلوبة، هذه العملية تُسمّى تحقيق الخوارزمية أو تنفيذ الخوارزمية implementation وينتج عن تحويل الخوارزمية إلى إحدى لغات البرمجة شيفرة برمجية قابلة للتنفيذ execution على الحاسوب. لنضرب مثالًا على ذلك:

سنحول الخوارزمية التي ذكرناها آنفًا والتي تحاول إيجاد أكبر عدد من بين ثلاثة أعداد إلى برنامج مكتوب بلغة بايثون حتى يتسنّى لنا تنفيذها على الحاسوب.

تنفيذ خوارزمية إيجاد أكبر عدد من بين ثلاثة أعداد في لغة بايثون برنامج بايثون لإيجاد أكبر عدد من بين ثلاثة أعداد

a = int(input('a= ')) b = int(input('b= ')) c = int(input('c= ')) max = a if b > max : max = b if c > max : max = c print(max, "هو العدد الأكبر")

يمكنك الآن تنفيذ هذه الشيفرة على أيّ حاسوب وستعمل كما هو متوقع. كما يمكنك بالطبع تحقيق الخوارزمية بأيّ لغة برمجة أخرى تريدها مثل C أو C++‎ أو جافا أو جافا سكريبت أو R …إلخ. تــمـريــن 🧠: ما رأيك أن تجرب تحويل الخوارزمية السابقة إلى برنامج حاسوبي يطلب من المستخدم إدخال مجموعة أعداد تفصل بينها فراغات مثل 4 9 8 7 10 ليحللها البرنامج بتلك الخوارزمية ويعطي العدد الأكبر من بينها؟!

(مساعدة: ستحاول استعمال حلقات التكرار loops)

اذا كان لديك خوارزمية أخرى أفضل لحل هذه المسألة؟ يمكن أن تشاركني إياها لنتناقش حولها.

حسابي الخاص: ✉️ @Abu_Alala 🔵 شارك القناة مع أصدقائك محبين البرمجة ومجالها لُطْفًا 💖 .

والمخطط الانسيابي للتعبير عن الخوارزمية هو كما يلي:

هذه الطريقة هي ما نتبعه نحن البشر عادةً فإن طلب منك معرفة أكبر رقم من مجموعة أعداد فستمر عليها من البداية وحتى النهاية وتحفظ (تُخزن في ذاكرتك) العدد الأكبر الذي يمر معك لتقوله في النهاية.

كما تلاحظ فقد مررنا مرة واحدة على الأعداد وعرفنا أيها أكبر، وهذا لن يختلف لو كان لدينا قائمة تحوي 100 عدد أو أكثر، هذا المفهوم ببساطته يسمى بكفاءة الخوارزمية أو تعقيد الخوارزمية والذي يشار إليه برمز Big O وستجده دومًا في أي موضوع يتناول الخوارزميات، لأن من شروط كتابة الخوارزميات أن تكون ذات كفاءة وأقل تعقيدًا ممكنًا. فكل الخوارزميات تعطي في النهاية الخرج الصحيح نفسه ولكن تتميز عن بعضها بكفاءة وكيفية وسرعة الوصول للخرج الصحيح، وهنا تبرز أهمية التفكير المنطقي وضرورة دراسة الخوارزميات وبنى المعطيات لمعرفة الحل الأكثر كفاءة لحل أي مسألة برمجية تواجهها وسنتحدث عن هذا الموضوع بالتفصيل تاليًا في فقرة "تحليل الخوارزميات".

لعلك لاحظت أن الطريقة أعلاه تتطلب اختبار الكثير من الشروط حتى نصل لقرار حول العدد الأكبر من بين الأعداد الثلاثة،

دعنا نحاول حلها بطريقة أبسط.

كما تلاحظ فإن خوارزمية مقارنة ثلاثة أعداد حتى نصل لقرار حول العدد الأكبر من بين الأعداد الثلاثة تطلبت إجراء خطوتين والمرور مرتين على كل عدد، ولكن ماذا لو كان لدينا 10 أعداد أو أكثر ستزداد الخطوات ومرات المرور على الأعداد وسيزاد زمن الحل وتعقده لذا من الأفضل أن نفكر بطريقة أفضل تمكننا من المرور مرة واحدة على الأعداد ومعرفة العدد الأكبر من بينها. يمكن أن نخزن الأعداد في بنية واحدة مثل المصفوفة ثم نقرأها واحدًا تلو الآخر ونعتبر أن أول عدد هو الأكبر من بين كل الأعداد وكلما قرأنا عددًا جديدًا نقارنه بالذي قبله مباشرة فإن كان أكبر منه نبدل بينهما وإن كان أصغر منه أو يساويه لا نقوم بأي إجراء. لنطبق هذه الطريقة لإيجاد العدد الأكبر من بين ثلاثة أعداد طريقة 2:

الدخل: 3 أرقام a و b و c

الخرج: max الذي يمثل العدد الأكبر

المتن: الخطوة 1:

أدخل الأعداد الثلاثة وخزنها في a و b و c على التوالي

الخطوة 3:

افترض أن العدد الأول a هو الأكبر max = a

الخطوة 4:

إذا كان العدد الثاني b أكبر من max اجعل max = b

الخطوة 5:

إذا كان العدد الثالث c أكبر من أكبر من max اجعل max = c

الخطوة 6:

اعرض قيمة max

الكود الزائف للتعبير عن هذه الخوارزمية لإيجاد أكبر عدد من بين 3 أعداد:

Step-1 Start Step-2 Read three numbers: a,b,c Step-3 max = a Step-4 IF b > max THEN max = b ENDIF Step-5 IF c > max THEN max = c ENDIF Step-6 print max Step-7 Stop

خوارزمية للعثور على أكبر عدد من بين ثلاثة أعداد: 🔎

سنكتب حل هذه المسألة بأكثر من خوارزمية أو طريقة:

طريقة 1:

الدخل: 3 أرقام a و b و c

الخرج: العدد الأكبر من بينها a أو b أو c

المتن: الخطوة 1:

أدخل الأرقام الثلاثة وخزنها في المتغيرات a و b و c على التوالي.

الخطوة 2:

تحقق من كون الرقم الأول a أكبر من الرقم الثاني b و الثالث c عندها اطبع أن a هو العدد الأكبر بين الكل وأنهي التنفيذ

الخطوة 3:

تحقق من كون b أكبر من a و c عندها اطبع أن b هو العدد الأكبر بين الكل وأنهي التنفيذ

الخطوة 4:

تحقق من كون c أكبر من a و b عندها اطبع أن c هو العدد الأكبر بين الكل وأنهي التنفيذ

الكود الزائف للتعبير عن خوارزمية أكبر عدد بين 3 أعداد:

Step-1 Start Step-2 Read three numbers a,b,c Step-3 If a>b then go to step-5 Step-4 IF b>c THEN print b is largest ELSE print c is largest ENDIF GO TO Step-6 Step-5 IF a>c THEN print a is largest ELSE print c is largest ENDIF Step-6 Stop

هل تعرف طرقًا أو أساليب أخرى لحل هذه المسألة؟ شاركني إياها 💻

حسابي الخاص: 🔻 @Abu_Alala 🔵 شارك القناة مع أصدقائك محبين البرمجة ومجالها لُطْفًا 💖

أمثلة على الخوارزميات: ℹ️ لنفهم بشكل أفضل ما هي الخوارزميات دعنا نستعرض بعض الأمثلة الإضافية على خوارزميات لحل مسائل رياضية بسيطة ونتعرف على أركانها المختلفة وخطوات حلها ونعبر عنها بالطرق المختلفة. خوارزمية لحساب قيمة مضروب عدد في الرياضيات المضروب factorial أو عاملي العدد الصحيح n الذي يعبر عنه بالشكل التالي n! هو جداء كل الأعداد الطبيعية المساوية أو الأصغر من n ما عدا الصفر ولكتابة خوارزمية تحل هذه المسألة الرياضية علينا اتباع الخطوات التالية: الدخل: هو العدد الصحيح المطلوب حساب مضروبه n. الخرج: هو ناتج المضروب factorial المتن: الخطوة 1 : إدخال العدد n المراد حساب مضروبه الخطوة 2 : تعريف متغير مساعد وليكن i وهو عبارة عن عدد صحيح يأخذ قيمة متغيرة بين الواحد والعدد نفسه ويساعدنا على حساب القيمة المطلوبة. الخطوة 3 : تهيئة المتغير factorial الذي يمثل القيمة المؤقتة للمضروب، والمتغير i الذي يمثل المرحلة التي نحن فيها أثناء تنفيذ الخوارزمية بالقيمة واحد أي نجعل factorial = 1 و i = 1 الخطوة 4 : إعادة تعيين قيم المتغير factorial بالقيمة factorial*i والمتغير بالقيمة i+1 الخطوة 5: كرر الخطوة 3 حتى تصبح قيمة المتغير i أكبر تمامًا من n الخطوة 6 : قم بإيقاف الخوارزمية وإعادة قيمة factorial التي تمثل مضروب العدد n

📌 مثال على استخدام الخوارزمية في حياتنا اليومية: على سبيل المثال إذا طلب منك كتابة خوارزمية توضح طريقة التعامل مع آلة صنع القهوة والشاي ستكون الخطوات التي عليك اتباعها كالتالي: معرفة إن كان الزبون يريد شرب الشاي أم القهوة إضافة الشاي أو القهوة إلى الكوب معرفة إن كان المستخدم يريد إضافة السكر للكوب إذا كان الجواب نعم أضف السكر إلى الكوب سكب الماء الساخن في الكوب للتعبير عن هذه الخوارزمية باستخدام الشيفرة الزائفة سنكتب التالي:

START; /Would you like Tea or Coffee?/; if tea { Add Tea in cup; } else { Add Coffee in cup; } /Would you like Sugar?/; if Sugar { Add Sugar in cup; } Pour boiling water in cup END;

طرق تمثيل الخوارزميات: 🫥 يمكنك ثمثيل الخوارزمية أو التعبير عنها بعدة طرق:

الطريقة الأولى من خلال الكلام المبعثر الذي يصف حل المشكلة بلغتك المحكية دون اتباع أي قواعد في الوصف. الطريقة الثانية من خلال ما يسمى الشيفرة الوهمية أو الزائفة pseudocode وهي مجموعة من التعليمات التي تحاكي في طريقة كتابتها لغات البرمجة لكنها لا تلتزم بقواعد البرمجة التي يجب الالتزام بها عندما تكتب شيفرات برمجية فعلية. الطريقة الثالثة تسمى المخططات الانسيابية Flowcharts، والمخطط الانسيابي هو تمثيل رسومي للخوارزمية يرسم باستخدام أنواع مختلفة من الرموز لكل رمز غرض معين وهو في تقسيم المشكلة الكبيرة إلى مشاكل صغيرة سهلة الفهم ويعد طريقة مناسبة للتواصل بين الأشخاص غير التقنيين.

. خطوات حل الخوارزميات: ☑️

عندما تواجهك أي مشكلة وتريد كتابة خوارزمية لحلها عليك أن تفكر في العثور على إجابات للأسئلة التالية:

• ما هو دخل الخوارزمية أي ما هي المعلومات التي أحتاج إلى الحصول عليها من المستخدم؟ • ما هو خرج الخوارزمية أي ما هي المعلومات التي أحتاج لعرضها على المستخدم؟ • ما هي الخطوات الرئيسية المطلوبة لحل هذه المشكلة؟ • ما هو ترتيب تنفيذ هذه الخطوات؟ • ما هي القرارات أو الشروط التي أحتاج مراعاتها عند معالجة المعلومات؟ • هل هناك تعليمات بحاجة لأن أكررها عدة مرات؟

أركان الخوارزمية: 🧮

تملك أي خوارزمية ثلاثة أركان رئيسية وهي:

الدخل أو المدخلات: 🎗 تمثل البيانات أو الأشياء الضرورية والمطلوبة التي تعمل عليها الخوارزمية وإن كان الدخل مؤلفًا من عدة عناصر، فإنّ تعداد عناصره يسمى حجم الدخل، مثلًا

إن كان الدخل عبارة عن مصفوفة أو سلسلة نصية مؤلفة من n عنصر، فإنّ حجم الدخل سيساوي n. لو عدنا إلى مثال الطبخ فإنّ دخل خوارزمية طهي وجبة معينة ستكون هي المقادير المُستخدمة لإعداد الوجبة.

متن الخوارزمية: ⌨️ تأخذ الخوارزمية الدخل، وتطبّق عليه سلسلة من خطوات المعالجة المتتابعة والمُحدّدة سلفًا. مثلًا،

يشمل متن خوارزمية الطبخ كل عمليات تجهيز المقادير وإعدَادها وخطوات طهيها.

الخرج أو المُخرجات: 📣 بعد أن تنتهي الخوارزمية من تنفيذ كافة الخطوات، تُنتج لنا خرجًا يمثل حل المشكلة. مثلًا خرج خوارزمية طهي وجبة سيكون هو الوجبة نفسها جاهزة ومطهيّة. على سبيل المثال،

إذا أردنا كتابة خوارزمية جداء عددين صحيحين ستكون أركان هذه الخوارزمية كالتالي:

الدخل: هو العددان الصحيحان المطلوب حساب ناتج جدائهما

x, y

الخرج:

هو ناتج الجداء z

متن الخوارزمية: الخطوة 1: ابدأ الخطوة 2: قم بالتصريح عن ثلاثة أعداد صحيحة x و y و z الخطوة 3: أدخل قيم المدخلات x و y الخطوة 4: اضرب قيم x بـ y الخطوة 5: خزّن ناتج الضرب في z الخطوة 6: اعرض قيمة z الخطوة 7: توقف

ما هي الخوارزمية: ‼️ الخوارزمية algorithm هي مجموعة من التعليمات المرتبة لحل مشكلة ما في الرياضيات أو أي مشكلة تواجهك في الحياة اليومية خلال زمن محدد وعدد خطوات محدود. ينبغي أن تكون خطوات وتعليمات الخوارزمية واضحة ومُرتّبة بحيث تنتهي بحل المشكلة. فكّر في الخوارزمية كما لو كانت وصفة طبخ، إذ تقدّم الوصفة طريقة تحضير وجبة ما خطوة بخطوة، ابتداءً بالمقادير الضرورية للوجبة، وحتى آخر خطوة من تحضير الوجبة وتقديمها. ورغم أن مفهوم الخوارزميات يمكن أن يطبق في كل مجالات الحياة لكن تبرز أهمية الخوارزميات في علوم الحاسب بشكل خاص فهي تنظم عمل المبرمج وتعزز تفكيره المنطقي والرياضي وتمكنه من فهم المشكلات وتصورها بشكل أفضل قبل حلها وتطبيقها فعليًا على برامج حاسوبية مكتوبة بإحدى لغات البرمجة. تاريخ الخوارزميات: 📆

تُعزى أقدم الخوارزميات المعروفة إلى البابليين، إذ عُثِر على أقدم لوح يحتوي تعليمات خوارزمية لإجراء عملية القسمة، ويعود تاريخه لسنة 2500 قبل الميلاد. وقد عثِر كذلك على خوارزميات حسابية تعود إلى المصريين القدامى تعود إلى سنة 1550 قبل الميلاد.

ازداد استخدام الخوارزميات في حقبة اليونان، حيث ظهرت الكثير من الخوارزميات الرياضية التي ما تزال تُستخدم حتى يومنا هذا، مثل خوارزمية قسمة إقليدس التي تحسب خارج وباقي عملية القسمة.

تطور مفهوم الخوارزميات في عصر الحضارة الإسلامية، إذ استخدم المسلمون الخوارزميات لحل المعادلات والمسائل الرياضية.

ولعل أشهر هذه الخوارزميات هي خوارزمية حل المعادلات من الدرجة الثانية التي ذُكِرت في كتاب "حساب الجبر والمقابلة" لعالم الرياضيات المسلم محمد بن موسى الخوارزمي مؤسس علم الجبر، والذي تُنسب إليه كلمة خوارزمية في اللغة العربية، وكذلك الكلمة المقابلة لها في اللغات اللاتينية algorithm المُشتقة من الكلمة al-Khwārizmī، وهو الاسم الرومي للخوارزمي -وأيضًا كلمة الجبر algebra. استخدم الأوروبيون كلمة algorithm للدلالة على القواعد والتقنيات التي استخدمها الخوارزمي لحل المعادلات الجبرية، ثمّ عُمِّم هذا المصطلح ليشمل أيّ مجموعة من القواعد والتقنيات الساعية لحل مشكلة ما. استمر مفهوم الخوارزميات في التطور بعد الحقبة الإسلامية إبّان عصر النهضة، خصوصًا مع تطوّر أسس علم الحوسبة في القرن التاسع عشر وإنتاج أول خوارزمية يمكن تنفيذها على الحاسوب سنة 1840 على يد آدا لوفانس Ada Lovelace. ثمّ الصياغة النهائية لمفهوم الخوارزمية على يد آلان تورنغ Alan Turing عبر آلته الشهيرة آلة تورنغ (Turing machine).