алгоритм что это такое простыми словами действий
Что такое алгоритм: о сложном – простыми словами
О том, что такое алгоритмы и как они влияют на нашу жизнь.
Наверняка вы слышали слово «алгоритм». Этот термин широко используется в современной жизни. И если вставить слово в повседневный разговор не составит труда, намного сложнее объяснить, что именно это такое. Сегодня поговорим о значении слова и об истинной природе алгоритмов, которые существовали в человеческой жизни еще до момента появления компьютерных технологий.
1. Алгоритм – это набор конкретных инструкций
Простыми словами, «алгоритм – это последовательность инструкций», говорит Педро Домингос, профессор компьютерных наук в Вашингтонском университете и автор книги «Верховный алгоритм. Как машинное обучение изменит наш мир».
Как испечь пирог, найти значение суммы 2+2 или управлять страной в соответствии с Конституцией – все это алгоритмы. Но чаще всего это слово связывают со сферой IT. В этом случае под «алгоритмом» понимается «последовательность инструкций, которые говорят компьютеру, что делать».
Любая компьютерная программа – это алгоритм, написанный на языке компьютерного программирования, который компьютер может понять и выполнить. И это устроено намного сложнее, чем в обычной жизни.
«Компьютерные алгоритмы должны быть предельно точны. Для их определения могут потребоваться миллионы строк», – подчеркивает профессор.
2. Люди писали и использовали алгоритмы задолго до появления компьютеров
Несмотря на то что сегодня алгоритмы используются в контексте компьютерных технологий, их история намного старше ПК. Люди создавали алгоритмы еще в Вавилонскую эпоху – они помогали им решать математические уравнения и управлять земледельческим обществом.
«Все потому, что для выполнения алгоритма не всегда нужен компьютер – им могут управлять сами люди», – утверждает Домингос.
С появлением и распространением компьютеров во второй половине XX-го века алгоритмы начали активно использоваться в военной сфере (для определения того, куда навести ракету), а позже в области бизнес-администрирования (в приложениях для расчета заработной платы) и науки (прогноз погоды).
Поворотный момент для развития современных алгоритмов наступил, когда Ларри Пейдж и Сергей Брин создали Google PageRank. Вместо того чтобы просто полагаться на информацию на странице для определения ее релевантности поисковому запросу, алгоритм поисковой системы учитывал множество других сигналов, которые помогали ему выявлять наилучшие результаты.
Например, сколько других ссылок указывало на статью и насколько авторитетными были эти статьи, в зависимости от количества ссылок, указывающих на эти страницы, и так далее.
3. Сегодня алгоритмы повсюду
С распространением компьютеров и Интернета алгоритмы стали неотъемлемой частью нашей повседневной жизни. На них основаны новостные ленты социальных сетей, которые определяют, какой контент показывать вам при скроллинге, а также механизмы интернет-магазинов, предлагающих вам товары, которые могли бы вам понравиться.
«Facebook может разместить в вашей новостной ленте кучу постов и публикаций, но благодаря алгоритму он довольно избирателен, – сказал Домингос. – Обычно он учитывает целую комбинацию факторов. Например, как часто вы взаимодействуете с людьми, которые прямо или косвенно создали этот пост; насколько публикации близки вам в вашей социальной сети; насколько они актуальны с точки зрения тематики, насколько свежи и т. д.».
По словам профессора Домингоса, мы сталкиваемся с алгоритмами на протяжении всей нашей жизни и даже можем об этом не подозревать. Например, благодаря алгоритму посудомоечная машина узнает, когда пора переходить от стирки к сушке. Это алгоритм определяет, как ваш автомобиль регулирует потребление топлива и понимает, когда его бак на заправке становится полным.
«Совершенно очевидно, что каждый раз, когда вы пользуетесь компьютером или Интернетом, вы имеете дело с алгоритмами, – подчеркнул Домингос. – В наши дни они задействованы практически во всем».
4. В самых сложных алгоритмах используется машинное обучение
Благодаря технологическому прогрессу современные алгоритмы претерпевают дальнейшие изменения. Особенно с появлением машинного обучения – разновидности искусственного интеллекта (ИИ).
«В традиционном программировании человек должен записывать каждую мелочь, для того чтобы это сделал другой, что очень затратно по времени и средствам, – объяснил Домингос. – Машинное обучение – это компьютер, использующий свои собственные алгоритмы вместо того, чтобы ему говорили, что делать».
Другими словами, машинное обучение – это когда программист вводит в программу необработанные данные в качестве отправной точки, а затем задает конечную точку того, как выглядит организованная, классифицированная версия этих данных.
Остальное делает программа: она самостоятельно выясняет, как добраться из пункта А в пункт Б. Рассмотрим пример из кулинарии. Человек, который умеет готовить, может превратить обычный лук из сырого в карамелизированные обжаренные кусочки.
В традиционном варианте программист должен был бы прописать каждый шаг инструкции по приготовлению лука. Но в алгоритме, разработанном ИИ, с учетом конечной точки-цели, программа сама должна выяснить, как перейти от сырого состояния к карамелизированному. Это значит, что машина учится этому самостоятельно.
Такие типы алгоритмов становятся еще более мощными, когда человек не знает, как добраться из точки А в точку Б. Например, человеческий процесс, такой как способность понимать, что кошка это кошка, требует сложных умственных способностей, которые невозможно расписать пошагово.
Но если дать программе набор фотографий кошки и предметов, которые кошкой не являются, и показав желаемую конечную точку в качестве категоризации изображения кошки в виде животного, компьютер научится выполнять этот процесс самостоятельно.
«Это возможность создавать мощные сложные алгоритмы с минимальным вмешательством человека», – подчеркивает Домингос.
5. Алгоритмы – это не волшебство
Из-за большого количества обрабатываемых алгоритмов данных может показаться, что они ключ ко всем загадкам человечества. Но важно помнить, что алгоритм – всего лишь набор инструкций. Более того, его создают люди, а это значит, что он может быть ошибочным. Люди, которые не очень разбираются в компьютерах, часто полагают, что «алгоритмы идеальны». Что в корне неверно.
Домингос объяснил, что программисты тратят огромное количество времени на исправление ошибок в алгоритмах. Все для того, чтобы они давали соответствующие результаты.
«Кроме того, в традиционном программировании вы должны беспокоиться о предвзятости программиста, – говорит Домингос. – В машинном обучении вы в основном должны беспокоиться о предвзятости, исходящей от данных».
Например, алгоритм найма, основанный на машинном обучении, может использовать в качестве отправной точки множество резюме кандидатов, а в качестве результата – резюме людей, которые были наняты в прошлом. Однако большинство технологических компаний не отличаются расовым разнообразием.
Таким образом, автоматизированный алгоритм, который дает рекомендации по найму, может отражать это реальное неравенство: исследования показали, что искусственный интеллект может отражать гендерные и расовые стереотипы людей, которые их обучают.
6. Алгоритмы по-прежнему способны изменить мир
Алгоритмы могут быть несовершенными, но они все равно меняют наш мир. «Все эти вещи, которые мы принимаем как должное – Интернет, социальные сети и так далее, – они бы не существовали без алгоритмов», – сказал Домингос.
«Современные алгоритмы делают для умственного труда то же, что когда-то сделала промышленная революция с ручным трудом. Алгоритмы – это автоматизация интеллекта. И очень мощное средство: то, что раньше требовало больших умственных и физических усилий, теперь можно сделать с помощью алгоритма… Алгоритмы никуда не денутся. Но только от нас зависит то, какими мы их создадим – предвзятыми или справедливыми, полезными или вредными», – подытожил профессор.
АЛГОРИТМ — что это. Понятие, свойства, структура и виды
Алгоритм. Практически все в нашем мире подчиняется каким-то законам и правилам. Современная наука не стоит на месте, благодаря чему человечеству известна масса формул и алгоритмов, следуя которым, можно рассчитать и воссоздать множество действий и строений, созданных природой, и воплотить в жизнь идеи, придуманные человеком. В этой статье мы разберем основные понятия алгоритма.
История появления алгоритмов
Алгоритм — понятие, появившиеся в XII веке. Само слово «алгоритм» происходит от латинской интерпретации имени известного математика среднего востока Мухаммеда аль Хорезми, который написал книгу «Об индийском счете». В этой книге описано, как правильно записывать натуральные числа, используя арабские цифры, и приведено описание алгоритма действий столбиком над такими числами.
В XII веке книга «Об индийском счете» была переведена на латинский язык, тогда-то и появилось данное определение.
Взаимодействие алгоритма с человеком и машиной
Создание алгоритма требует творческого подхода, поэтому новый список последовательных действий может создать только живое существо. А вот для исполнения уже существующих инструкций фантазию иметь не обязательно, с этим справится даже бездушная техника.
Отличным примером точного исполнения заданной инструкции является пустая микроволновая печь, которая продолжает работать, несмотря на отсутствие пищи внутри нее.
Субъект или объект, которому не обязательно вникать в суть алгоритма, называется формальным исполнителем. Человек тоже может стать формальным исполнителем, однако в случае нерентабельности того или иного действия мыслящий исполнитель может все сделать по-своему. Поэтому основными исполнителями являются компьютеры, микроволновые печи, телефоны и другая техника. Понятие алгоритма в информатике имеет самое важное значение. Каждый алгоритм составляется с расчетом на конкретного субъекта, с учетом допустимых действий. Те объекты к которым субъект может применить инструкции, составляют среду исполнителя.
Практически все в нашем мире подчиняется каким-то законам и правилам. Современная наука не стоит на месте, благодаря чему человечеству известна масса формул и алгоритмов, следуя которым, можно рассчитать и воссоздать множество действий и творений природы и воплотить в жизнь идеи, придуманные человеком. В этой статье мы разберем основные понятия алгоритма.
Что такое алгоритм?
Большинство действий, которые мы выполняем в течение своей жизни, требуют соблюдений ряда правил. От того, насколько верное представление имеет человек о том что, как и в какой последовательности он должен сделать, зависит качество и результат выполнения поставленных перед ним задач. С детства родители пытаются выработать в своем чаде алгоритм основных действий, например: проснуться, заправить постель, умыться и почистить зубы, сделать зарядку, позавтракать и т. д., список, который человек всю жизнь выполняет с утра тоже можно считать своеобразным алгоритмом.
Алгоритм — это понятие, обозначающее подборку инструкций, которые необходимо выполнять человеку для того, чтобы решить определенную задачу.
Вообще, алгоритм имеет множество определений, несколько ученых характеризуют его по-разному.
Если алгоритм, применяемый человеком ежедневно, у каждого свой, и может изменятся в зависимости от возраста и ситуаций, в которых оказывается исполнитель, то свод действий, которые нужно выполнить для решения математической задачи или для использования техники, един для всех и всегда остается неизменным.
Существует разное понятие алгоритма, виды алгоритмов тоже разнятся — к примеру, для человека, который преследует какую-либо цель, и для техники.
В наш век информационных технологий люди ежедневно выполняют свод инструкций, созданных до них другими людьми, ведь техника требует при использовании точного исполнения ряда действий. Поэтому основная задача преподавателей в школах — научить детей пользоваться алгоритмами, быстро схватывать и изменять уже существующие правила в соответствии со сложившейся ситуацией. Структура алгоритма является одним из тех понятий, которое изучается на уроке математики и информатики в каждой школе.
Основные свойства алгоритма
Часто в школах, чтобы дать детям более понятное описание алгоритмов, учителя приводят в пример приготовление пищи по кулинарной книге, изготовление лекарства по рецепту или процесс мыловарения на основе мастер-класса. Однако, учитывая второе свойство алгоритма, в котором говорится о том, что каждый пункт алгоритма должен быть настолько понятным, чтобы его мог выполнить абсолютно любой человек и даже машина, можно прийти к выводу что любой процесс, требующий проявления хоть какой-то фантазии, алгоритмом назвать нельзя. А готовка и рукоделие требуют определенных навыков и хорошо развитого воображения.
Существуют разные типы алгоритмов, но есть три основных.
Цикличный алгоритм
В таком типе некоторые пункты повторяются по несколько раз. Список действий, которые необходимо повторить для достижения цели, называется телом алгоритма.
Итерация цикла — это выполнение всех пунктов, входящих в тело цикла. Части цикла, которые постоянно выполняются определенное количество раз, называются циклом с фиксированным числом итераций.
Те части цикла, частота повторения которых зависит от ряда условий, называются неопределёнными.
Самый простой вид цикла — это фиксированный.
Линейные типы алгоритмов
Инструкции таких схем выполняются однократно в той последовательности, в которой они представлены. Например, линейным алгоритмом можно считать процесс заправки постели или чистки зубов. Также к этому типу относятся математические примеры, где присутствуют лишь действия сложения и вычитания.
Разветвляющийся алгоритм
В разветвляющимся типе есть несколько вариантов действий, какое из них будет применено, зависит от условия.
Пример. Вопрос: «Идет дождь?» Варианты ответов: «Да» или «Нет». Если «да» — откройте зонт, если «нет» — положите зонт в сумку.
Вспомогательный алгоритм
Вспомогательный алгоритм можно использовать в других алгоритмах, указав лишь его название.
Термины, встречающиеся в алгоритмах
Условие находится между словами «если» и «тогда».
Например: если вы знаете английский язык, тогда нажмите один. В этом предложении условием будет часть фразы «вы знаете английский язык».
Данные — сведения, которые несут определенную смысловую нагрузку и представлены в таком виде, чтобы их можно было передавать и использовать для данного алгоритма.
Алгоритмический процесс — решение задачи по алгоритму с применением определенных данных.
Структура алгоритма
Алгоритм может иметь различную структуру. Для того чтобы описать алгоритм, понятие которого зависит и от его строения, можно воспользоваться целым рядом различных способов, например: словесный, графический, с помощью специально разработанного алгоритмического языка.
Какой из способов будет использован, зависит от нескольких факторов: от сложности задачи, от того, насколько нужно детализировать процесс решения задачи и т. д.
Графический вариант построения алгоритма
Графический алгоритм — понятие, подразумевающие под собой разложение действий, которые нужно выполнить для решения определенной задачи, по определенным геометрическим фигурам.
Графические схемы изображаются не как попало. Для того чтобы их мог понять любой человек применяются чаще всего блок-схемы и структурограммы Насси-Шнейдермана.
Также блок-схемы изображаются в соответствии с ГОСТ-19701-90 и ГОСТ-19.003-80.
Графические фигуры, применяемые в алгоритме, делятся на:
В графическом алгоритме геометрические фигуры, используемые для обозначения данных, называются блоками.
Все блоки идут в последовательности «сверху вниз» и «слева направо» — это правильное направление потока. При правильной последовательности линии, соединяющие между собой блоки, не показывают направление. В остальных случаях направление линий обозначается с помощью стрелок.
У правильной схемы алгоритма не должно быть больше одного выхода из обрабатывающих блоков и менее двух выходов из блоков, отвечающих за логические операции и проверку выполнения условий.
Как правильно построить алгоритм?
Структура алгоритма, как было сказано выше, должна строиться по ГОСТ, иначе она не будет понятна и доступна окружающим.
Общая методика по записи включает в себя следующие пункты:
При составлении алгоритма следует отметить действия, которые позволят производить нужные для решения задачи действия над выбранными данными. Примерный вид алгоритма:
Правильное построение схемы существенно облегчит вычисление алгоритмов.
Геометрические фигуры, отвечающие за разные действия в алгоритме
Горизонтально расположенный овал — начало и конец (знак завершения).
Горизонтально расположенный прямоугольник — вычисление или другие действия (знак процесса).
Горизонтально расположенный параллелограмм — ввод или вывод (знак данных).
Горизонтально расположенный ромб — проверка условия (знак решения).
Вытянутый, горизонтально расположенный шестиугольник — модификация (знак подготовки).
Модели алгоритмов представлены ниже на рисунке.
Формульно-словестный вариант построения алгоритма.
Формульно-словестные алгоритмы записываются в произвольной форме, на профессиональном языке той области, к которой относится задача. Описание действий таким способом осуществляют с помощью слов и формул.
Понятие алгоритма в информатике
В компьютерной сфере все строится на алгоритмах. Без четких указаний, введенных в виде специального кода, не будет работать ни одна техника или программа. На уроках информатики ученикам стараются дать основные понятия алгоритмов, научить пользоваться ими и самостоятельно их создавать.
Создание и использование алгоритмов в информатике — процесс более творческий, чем, например, выполнение указаний к решению задачи в математике.
Существует также специальная программа «Алгоритм», которая помогает людям, несведущим в области программирования, создавать свои собственные программы. Такой ресурс сможет стать незаменимым помощником для тех, кто делает первые шаги в информатике и хочет создавать свои игры или любые другие программы.
С другой стороны, любая программа — алгоритм. Но если алгоритм несет в себе лишь действия, которые нужно выполнять, вставляя свои данные, то программа уже несет в себе готовые данные. Еще одно отличие — это то, что программа может быть запатентована и являться частной собственностью, а алгоритм нет. Алгоритм — понятие более обширное, нежели программа.
Вывод
В этой статье мы разобрали понятие алгоритма и его виды, узнали, как правильно записывать графические схемы.
Что такое Алгоритм простыми словами
Хотим мы этого или не хотим, но уже сегодня человечество живет наполовину в цифровом мире. Математика – Богиня нашего цифрового мира и Алгоритм – пророк ее.
Впрочем, алгоритмы властвуют над человеком практически с того момента, когда двуногое существо начало мыслить и планировать свои действия на шаг вперед, что и дало людям критическое преимущество в борьбе за существование перед животными, живущими инстинктами.
Однако, инстинкт тоже в своем роде является алгоритмом, а в чем же тогда преимущество человека?
Именно способность самостоятельно создавать подобные действия и является кардинальным отличием мыслящего человека от подвластного природным инстинктам животного.
Что называется алгоритмом
В математике и информатике под алгоритмом понимается порядок операций или набор инструкций, предназначенных для описания последовательности действий исполнителя в процессе выполнения практической задачи, приводящей к заранее известному результату.
Многие люди не догадываются, но с алгоритмами люди сталкиваются буквально на каждом шагу в своей обычной жизни. И даже более того, без них человек не смог бы и шагу ступить.
Наиболее знакомые людям алгоритмы – это бытовые привычки. По сути, личность человека – это набор привычек, то есть, постоянно повторяющихся действий привычного поведения.
Думаю вам такой порядок действий хорошо знаком.
В глобальном смысле вся жизнь человека подчинена пролонгированному решению – родился, получил образование, устроился на работу, женился, родил детей, воспитал, вышел на пенсию.
Аналогичным образом функционируют и компьютерные программы, только для вычислительной машины порядок операция кодируется в виде последовательности цифр, букв и символов.
Понятно, что, чем сложнее порядок операций, приводящих к определенному результату, тем длиннее программа. Причем, алгоритм, то есть, порядок действий, не обязательно выглядит как линейна последовательность.
В зависимости от практической задачи структура алгоритма может изменяться.
Например, программа управления буром на нефтяной вышке. Пока грунт однообразный, бурение происходит в одном режиме. Если сверло натыкается на более твердую породу, происходит изменение режима бурения, для чего переключается программный алгоритм.
Жизнь человека – это тоже сложный разветвляющийся алгоритм. Пока мужчина холост – он живет по одному порядку, а когда женится – алгоритм (порядок жизни) мужчины кардинально меняется.
Здесь можно привести в пример работу повара в ресторане быстрого питания. Посетителе все как один заказывают гамбургеры. Повар, чтобы приготовить сотни гамбургеров, в течение рабочего дня повторяет одну и ту же последовательность операций. Открыл холодильник – вытащил полуфабрикат – поджарил котлету – разрезал булку – вложил котлету – добавил соус– закрыл булку.
Циклические действия мы видим в человеческом обществе. В некотором смысле, большинство людей повторяют один и тот же цикл жизни на протяжении столетий. Кажется, в буддизме это называется «карма».
В практике программирования, в жизни, на производстве алгоритмы могут быть любой сложности, в сочетании всех трех описанных типов.
Мы начали наше исследование с того, что цифровизация изменила человеческую цивилизацию. А когда начали углубленно разбираться в математических решениях, неожиданно выяснилось – ничего не изменилось от начала времен. Люди всегда жили по строгим правилам. Даже те люди полностью во власти алгоритмов, которые и считать-то не умеют.
В каких сферах их применяют
Алгоритмы буквально пронизывают всю Вселенную. Сам термин «algorithm», как принято считать, происходит от имени средневекового арабского математика Аль-Хорезми.
В новой истории данное понятие стало известно широкой публике в середине 20-го века, когда в моду вошла кибернетика. Основные принципы компьютерной алгоритмики как раз и были разработаны где-то в 50-х – 60-х годах прошлого века, в том числе советскими учеными.
В каких сферах деятельности применяются алгоритмы? Проще назвать – где они не применяются. В практическом смысле их массовое применение есть в промышленном производстве и сфере обслуживания позволило сделать колоссальный рывок в благосостоянии человеческого общества.
Возьмите лист бумаги и последовательно запишите все действия, которые вы совершаете каждый день. Составьте такие списки действий на всю неделю. Скорее всего окажется, что с понедельника по пятницу у вас вполне такой циклический алгоритм, а в субботу происходит небольшое ответвление.
В течение дня вы выполняете ряд линейных алгоритмов, приводящих к заранее известным результатам (приготовление и прием пищи, стирка одежды, исполнение своих профессиональных обязанностей в офисе или цеху).
Кстати, автоматическая стиральная машинка тоже использует ряд циклических алгоритмов в зависимости от типа белья.
По каким алгоритмам работает поиск от Google и Яндекс
Яркий пример – работа поисковых сервисов. Как же Яндекс и Google могут так быстро находить на миллионах сайтов в интернете ответы практически на любой вопрос пользователя?
Как известно из инсайдерских кругов, поисковые системы используют порядка 1500 алгоритмов для того, чтобы пользователи могли быстро находить в интернете любую информацию.
На самом общем уровне можно выделить три глобальных алгоритма поисковых машин.
Многие пользователи полагают, что после запуска поиска по фразе Google со всех ног мечется по всему интернету и там ищет относящуюся к делу (релевантную) информацию.
Ничего подобного. Весь контент со всех веб-страниц заранее собирается специальными программами (которые тоже есть алгоритмы) – так называемыми поисковыми роботами.
Собранная информация хранится в Индексе поисковой машины – базе данных. Слово Index по-английски означает «каталог». Это примерно, как в обычной библиотеке все книги разделены по полкам, а в Каталоге лежат карточки с краткими описаниями. Индекс Яндекса – это и есть такой цифровой каталог всего интернет-контента.
Когда пользователь запускает поиск по определенному вопросу, в работу вступает алгоритм определения релевантности. Соответствие контента на сайте вопрос пользователя определяется до смешного просто – если в тексте присутствуют фразы, соответствующего поисковому запросу – такой контент признается релевантным и подготавливается к выдаче.
Фразы в тексте, соответствующие поисковому запросу принято называть «ключевыми словами» или «ключевиками».
Чтобы поисковой машине было легче найти контент на сайте, веб-мастера специально добавляют в текстовый контент соответствующие ключевые слова. Это называется «поисковая оптимизация».
После того, как алгоритм релевантности нашел в базе данных (индексе) весь контент, подходящий по теме поискового запроса, в работу включаются все те сотни и тысячи алгоритмов, предназначенные для определения качества и полезности контента.
Некоторые алгоритмы поисковых систем известны и имеют названия.
Зная, что некоторые недобросовестные веб-мастера порой идут на манипуляции, чтобы получить преимущества в поисковой выдаче, программисты Google и Яндекс разработали фильтры. С помощью фильтров поисковый компьютер выявляет «серые», недобросовестные способы оптимизации сайтов и «пессимизирует», понижает такие ресурсы в результатах поиска по запросу.
Чтобы не допустить недобросовестной оптимизации и манипуляций, поисковые компании сохраняют свои истинные алгоритмы в строжайшем секрете.
Так то, всё, что известно относительно алгоритмов Яндекса и Google веб-мастерам и специалистам по поисковому продвижению, найдено и выявлено чисто эмпирическим путем или относится к области гипотетических предположений.