هل تعلم الخوارزميات مهم في مجال البرمجة؟

يتم الاعتماد على الخوارزميات في البرمجة بشكلٍ كبير، ويوضّح هذا المقال بعضًا من التفاصيل حول الخوارزميات وأهميتها عند المُبرمجين، بالإضافة إلى بيان أبرز الخوارزميات التي يتم استخدامها في مجال البرمجة، ويُبيّن كذلك خصائص الخوارزمية الجيدة، وينتهي المقال بذكر بعضٍ من الإرشادات التي يُمكنها مساعدة الشخص على تعلّم البرمجة بسهولة.

هل تعلُّم الخوارزميات مهم في مجال البرمجة؟

إن تعلم الخوارزميات مُهمٌّ في مجال البرمجة بالفعل، وربما يكون التعامل مع لغات البرمجة المختلفة أكثر سهولة عند تعلم الخوارزميات بشكل جيد. يجدر الذكر بأن البرمجة من التخصصات التي تشهد تطورًا مستمرًا وملحوظًا، كما أنها تدخل في العديد من المجالات؛ أبرزها مجال الذكاء الاصطناعي ومجال المال والأعمال.

ما هي الخوارزميات في الرياضيات؟

يُمكن تعريف الخوارزميات بأنها مجموعةٌ من التعليمات المنطقية التي تهدف إلى حل مشكلة أو إنجاز مهمة مُحددة، ويتم الاعتماد على هذه الخوارزميات بشكل كبير في عدة مجالات إلى جانب استخدام الخوارزميات في البرمجة وعلوم الحاسوب؛ من ذلك استخدامها في تسعير الأدوات المالية المتطورة وأنظمة التمويل الآلي عالي التردد. ويجب معرفة كيفية تعلم الخوارزميات ليتمكّن المبرمجون من امتلاك المهارات الكافية في هذا المجال بشكل منهجي مناسب.

ما هي أهمية الخوارزميات في علوم الحاسب؟

تُعد الخوارزميات لِبنات البناء الأساسية للبرمجة وعلوم الكمبيوتر؛ ذلك لأنها تسمح للكمبيوتر باتخاذ القرارات التي يحتاجها عند تشغيل البرامج أو القيام بالمهمات المختلفة؛ فإن كود البرنامج يتكوّن من خوارزميات تملي ما ينبغي فعله، ومن الأمثلة على ذلك استخدام الخوارزميات في البرمجة لتطبيق الملاحة؛ فإن هذه التطبيقات تعتمد على خوارزمية لمعرفة المسارات المُتاحة، ثم تستخدم خوارزمية أُخرى للتحقّق من حالة المرور، ومن خلال خوارزمية ثالثة يتم التعرّف على أفضل طريق متاح.

هل تعلم الخوارزميات من المهارات المهمة للبرمجة؟

لا شك بأن تعلم الخوارزميات من أهم المهارات التي يحتاج إليها العاملون في مجال البرمجة، وتضم القائمة الآتية بعضًا من المهارات المُهمة الأُخرى إلى جانب مهارات الخوارزميات في علوم الحاسب:

• التعامل مع لغة الاستعلامات المُهيكلة: تتوفر العديد من اللغات للتعامل مع قواعد البيانات؛ إلّا إنّ لغة الاستعلامات المُهيكلة أكثرها شيوعًا، وتتميز بسهولة تخزين البيانات بالإضافة إلى تنظيمها في القواعد العلائقية؛ لذلك كان التعامل معها مهارة مهمة للمُبرمج.
• مهارات الحوسبة السحابية: في الوقت الراهن تشهد الحوسبة السحابية نموًا كبيرًا، وهي خدمةٌ تسمح للشركات تخزين بياناتها وأصولها الرقمية على السحابة الإلكترونية، وتُعد هذه الحوسبة من المهارات التي يحتاج إليها المُبرمج بشكلٍ كبيرٍ حاليًا.
• التعامل مع الحاويات: بدلًا من تطوير التعليمات البرمجية في بيئة مُعينة ثم نقلها إلى موقع جديد يُمكن الاعتماد على الحاويات؛ لتوفير حُزمة من التعليمات الجاهزة؛ ممّا يؤدي إلى تطوير التطبيقات بشكلٍ أسرعٍ وأكثر أمانًا.
• استخدام برامج تحرير النصوص: تُتيح هذه البرامج فتح ملفات النصوص العادية لعرضها بالإضافة إلى تحريرها، وهي برامج يمكن استخدامها من قِبل المبرمجين لإنشاء ملفات التوثيق، بالإضافة إلى المحافظة على ملفات التكوين.
• معرفة لغات البرمجة: بما أن المبرمج يقوم بكتابة برامج الحاسوب واختبارها وتحديثها كان من الضروري عليه التعرّف على لغات البرمجة المختلفة؛ مثل لغة جافا وبايثون وغيرها.
• التفكير التحليلي: في مُعظم الأحيان تتعلق البرمجة بحل المشاكل؛ لذلك من المهم للراغبين بالانخراط في هذا المجال امتلاك مهارات تحديد المشاكل وتعريفها، بالإضافة إلى استخراج المعلومات من البيانات وتطوير الحلول العملية.
• التركيز على التفاصيل: لا بُد من التركيز على التفاصيل والاهتمام بها في البرمجة؛ ذلك فيما يتعلق بتفاصيل المشكلات وتطوير الكود الذي يمكنه التعامل معها.
• العقلية التعاونية: تعتمد البرمجة على العمل بروح الفريق، ولهذا يحتاج المبرمج إلى مهارات التعاون مع الآخرين حتى يتمكّن من تطوير المشروع الذي يعمل عليه الفريق بشكلٍ فعّال.
• مهارات الاتصال: على المبرمج أن يمتلك المهارات التي تُمكّنه من شرح أفكار العَمل وأساليبه بوضوح، بالإضافة إلى طرح الأسئلة والإجابة عليها بطريقة مُنتجة ضمن المجموعة، وكذلك محاورة الآخرين باحترام للنجاح في إنجاز المهمات.
• الصبر: يميل الشخص الصبور إلى أن يكون أقل توترًا مقارنةً بالآخرين؛ لذلك فإن الصبر مُهم عند العمل في البرمجة؛ لأن التوتر يؤدي إلى إفراز الكورتيزول الذي يؤثر على كفاءة العَمل لشكل سلبي. 
• الفضول: من المُحتمل أن يؤدي الفضول إلى دفع المرء حتى يستكشف كل جديد في مجال البرمجة، بالإضافة إلى التشجيع على اختبار الأفكار المُختلفة بشكلٍ متكررٍ والبحث عن الطرق الجديدة التي تسهم في تحسين الأداء أيضًا.

ما هي أبرز الخوارزميات التي ينبغي على المبرمج معرفتها؟

فيما يأتي قائمة ببعض أبرز الخوارزميات في البرمجة:

• خوارزمية الترتيب: يتم الاعتماد على خوارزمية الترتيب حتى يتم ترتيب العناصر في قائمة بناء على نمط مُحدد، وتتضمن كل لغة من لغات البرمجة مكتبةً للترتيب، وإذا استطاع المرء معرفة طريقة التعامل معها؛ فإنها تكون مفيدة جدًا.
• خوارزمية البحث: في هياكل البيانات الخَطيّة يتم الاعتماد على خوارزمية البحث الثنائي، وأما في هياكل بيانات الرسم البياني؛ فيتم الاعتماد على خوارزمية البحث العميق، وتُستخدم هذه الخوارزميات في مُحركات البحث الزاحفة على الإنترنت.
• دالّة التجزئة: تُعد هذه الخوارزمية أكثر الأساليب استخدامًا للعثور على البيانات المناسبة بناءً على المُعرّف أو المفتاح، ولها عدة تطبيقات؛ منها الاستخدام في أجهزة التوجيه للاحتفاظ بعنوان IP، بالإضافة إلى التحقّق من وجود قيمة بالفعل.
• البرمجة الديناميكية: يتم الاعتماد على خوارزميات البرمجة الديناميكية لحل المشاكل المُعقدة من خلال تقسيمها إلى مشاكل فرعية أصغر، وهي من الخوارزميات التي توفر الوقت لاحقًا عند إجراء العمليات.
• خوارزميات سلسلة المُطابقة والتحليل: تُعد مطابقة الأنماط من أبرز المشاكل في البرمجة وعلوم الحاسوب، وتم ابتكار العديد من الخوارزميات لحل هذه المشاكل والتعامل معها، وفيما يأتي اثنتين من هذه الخوارزميات:
  • خوارزمية كنوث موريس برات: يُمكن الاعتماد على هذه الخوارزمية عند الحاجة إلى مُطابقة نمط قصير في سلسلة طويلة، ومن الأمثلة على ذلك عملية البحث في مستند؛ فإنها تؤدي إلى مطابقة نمط مُحدد في المستند كاملًا.
  • خوارزمية التعابير النمطية: تستطيع هذه الخوارزمية المساعدة على التحقّق من صحة سلسلة عن طريق التحليل عبر قيود مُحددة مسبقًا، ويتم استخدامها في تحليل ومطابقة عناوين URL عند تطوير الويب.
• خوارزميات اختبار الأولية: تعتني هذه الخوارزميات بتحديد ما إذا كان العدد أوليًّا أو لا، ومنها ما يعتمد على طرق حتمية في حين يعتمد بعضها على طرق  احتمالية، ومن هذه الخوارزميات ما يأتي:
  • خوارزمية غربال إراتوستينس: يمكن الاعتماد على هذه الخوارزمية لمعرفة الأعداد الأولية ضمن نطاق مُحدد؛ مثل معرفة الأعداد الأولية بين 100-1,000 أو غيرها، ولكن الذاكرة المتوفرة تُعد عاملًا حاسمًا لاستخدام هذه الخوارزمية.
  • الاختبار حتى الوصول إلى جذر العدد: عند الحاجة إلى التحقق من وجود بعض الأرقام الموزعة على مدى طويل بشكل متقطع؛ فلن يستطيع غربال إراتوستينس تخصيص ذاكرة كافية للتحقق؛ لذلك يتم الاعتماد على هذا الاختبار.

هل توجد كتب لتعلم الخوارزميات خطوة بخطوة؟

من الضروري معرفة كيفية تعلم الخوارزميات في البرمجة حتى يتمكّن المرء من الانخراط في هذا المجال والتفوّق فيه بشكل كبير، وهُناك العديد من الكُتب التي تساعد في تعلم الخوارزميات؛ منها كتاب الخوارزميات لروبرت سيدجويك وكيفن واين، وكذلك كتاب مقدمة في الخوارزميات لتشارلز ليسرسون ورونالد ريفيست وآخرون. كما أن هُناك بعض الكتب المُفيدة للأطفال في الخوارزميات والبرمجة؛ منها كتاب كل ما تحتاجه للحصول على علوم الكمبيوتر والترميز، الذي نُشر من قبل جرانت سميث ووركمان للنشر.

ما هي خصائص الخوارزميات الجيدة؟

يتم استخدام الخوارزميات في البرمجة وعدة مجالات أُخرى، وحتى تكون الخوارزمية جيدة ينبغي أن تستوفي الخصائص الآتية:

• إنتاج المخرجات الصحيحة: لا بُد من إنتاج المُخرجات الصحيحة عند استخدام الخوارزميات الجيدة، وذلك إذا قام المستخدم بإدخال أيّ مجموعة من المدخلات المقبولة، وفي حالة لم تنتج المخرجات الصحيحة؛ فلا تكون الخوارزمية جيدة.
• العدد القليل للخطوات: ربما توصل بعض الخوارزميات إلى النتيجة الصحيحة؛ إلّا إنّها لا تكون جيدة، وذلك لأن الخوارزمية الجيدة توصل إلى النتيجة الصحيحة بكفاءة، وبأقل عدد من الخطوات.
• سهولة الفهم والتعديل: يجب تصميم الخوارزميات الجيدة بحيث يستطيع الآخرون فهمها، بالإضافة إلى تعديلها لتحديد الحلول المناسبة عند التعرض إلى أيّ مشكلة إضافية.

هل يوجد إرشادات لتعلم البرمجة بسهولة؟

إلى جانب تعلم الخوارزميات في البرمجة ينبغي على المبرمجين تعلم العديد من المهارات والمعارف الأُخرى، وفيما يأتي بعضًا من إرشادات ملحق جامعة كاليفورنيا في بيركلي لتعلم البرمجة بسهولة:

• التركيز على الأساسيات: في البداية ينبغي التركيز على أساسيات البرمجة التي يتم تعلمها؛ ذلك لأن استيعاب الأساسيات وفهمها يُسهم في استيعاب المسائل الأكثر تعقيدًا عند التقدّم في التعلم.
• طلب المساعدة: عند مواجهة أيّة مشكلة أو الحاجة إلى معرفة المعلومات المختلفة؛ من الجيد طرح الأسئلة على الأشخاص الذين لديهم خبرة في مجال البرمجة، وهي من أسرع الطُرق لاكتساب المهارات وأسهلها.
• التنفيذ: عند تعلم أيّة مهارات جديدة ينبغي على المرء تنفيذها وتجربتها بشكل عملي حتى يقوم المرء بالاستفادة من المعلومات على الفور؛ فإن ذلك يزيد من احتمالية تذكر المعلومات على المدى الطويل.

اقرأ/ي أيضًا:

هل العين الإلكترونية فرصة للإبصار مجددًا؟

هل التعلّم الآلي مرتبط بالذكاء الاصطناعي؟

هل أُنشئ نظام التموضع العالمي خلال الحرب الباردة؟

هل شبكة الإنترنت من أهم الاختراعات العلمية التكنولوجية؟