الگوریتم‌ها و فلوچارت‌ها، اهمیت خیلی زیادی برای حل مؤثر و منطقی مسائل دارن. یک الگوریتم، روند گام‌به‌گام یا مجموعه‌ای از دستورالعمل‌ها برای حل یک مسئله خاص هست و فلوچارت، نمایش گرافیکی یک الگوریتم هست که توالی مراحل رو به‌طور تصویری نشون می‌ده. ما توی این راهنمای جامع، قصد داریم تا آموزش الگوریتم و فلوچارت رو ارائه کنیم. قبل از هر چیز، این دو روش رو تعریف می‌کنیم، اجزا و اصول طراحی اونها رو بیان می‌کنیم و مزایا و کاربردهاشون رو بررسی می‌کنیم. اگر به آموزش برنامه نویسی علاقه دارین کاملاً با الگوریتم فلوچارت آشنا بشین، این مقاله از آموزشگاه مهندسی کندو رو تا آخر مطالعه کنین.
مقدمه‌ای در مورد حل مسئله
ما توی زندگی روزمره، مدام با مسائل مختلف مواجه می‌شیم و باید به فکر حل این مسائل باشیم. خرید از یک فروشگاه، پرداخت هزینه مدرسه یا برداشت پول از بانک، همه این مثال‌ها یه نوع حل مسئله محسوب می‌شن. در واقع می‌شه گفت هر فعالیتی که انسان یا ماشین برای رسیدن به یه هدف خاص انجام می‌ده، در حیطه حل مسئله قرار می‌گیره.
اما یه سری از مسائل توی جهان وجود دارن که نمی‌شه اونها رو حل کرد. بعضی از مسائل، هیچ جوابی ندارن و مسائل باز نامیده می‌شن. اگر شما بتونین مسئله‌ای رو حل کنین، حتماً می‌تونین الگوریتم اون رو هم بنویسین. حالا می تونیم قبل از شروع آموزش الگوریتم و فلوچارت، این مفاهیم رو تعریف کنیم.
الگوریتم چیه؟
شما برای آموزش الگوریتم و فلوچارت، اول باید با تعریف اونها آشنا باشین. الگوریتم، توالی فعالیت‌های انجام شده برای رسیدن به یک خروجی مشخص از یک ورودی مشخص و حل یک مسئله است. برای نوشتن یک الگوریتم، باید مجموعه‌ای از قوانین رو به‌صورت شفاف و بدون ابهام تعریف کرد و نقطه توقف مشخصی رو تعیین کرد. ممکن است بیشتر از یک راه، برای حل یک مسئله وجود داشته باشه، بنابراین ممکن هست بتونیم بیش از یک الگوریتم رو برای یک مسئله بنویسیم.
مشخصات الگوریتم
با تعریف بالا، می تونیم 3 ویژگی اصلی یک الگوریتم رو بیان کنیم:
- رسیدن به خروجی مشخص، پس از اجرای الگوریتم ضروری هست.
- صرفاً هنگامی خروجی به دست میاد که الگوریتم پس از زمان معینی، متوقف بشه.
- باید فعالیت‌ها در الگوریتم به‌طور دقیق تعریف بشه و کاملاً بدون ابهام باشن.
پیش از اینکه بخوایم الگوریتمی رو برای یک مسئله بنویسیم، باید از ورودی‌های الگوریتم و خروجی‌های موردنظر پس از اجرای الگوریتم، آگاه باشیم. ما حین نگارش الگوریتم‌ها، از علامت‌های زیر برای عملیات مختلف استفاده می‌کنیم:
| جمع | تفریق | ضرب | تقسیم | تخصیص |
| ‘+’ | ‘-’ | ‘*’ | ‘/’ | ‘->’ |
یه مثال رو بررسی می‌کنیم:
مثالی از الگوریتم
مسئله 1: مساحت یک دایره با شعاع r رو پیدا کنین.
- ورودی‌های الگوریتم: شعاع r دایره
- خروجی مورد انتظار: مساحت دایره
الگوریتم
- مرحله 1: ورودی شعاع r دایره را بخوان
- مرحله 2: محاسبه مساحت// PI*r* مساحت.
- مرحله 3: نمایش مساحت
انواع الگوریتم‌ها
توی یه قسمت دیگه از آموزش الگوریتم و فلوچارت، می‌خوایم با انواع الگوریتم‌ها برحسب ساختار، آشنا بشیم. انواع الگوریتم‌ها عبارت‌اند از:
- توالی
- شاخه‌ای (انتخاب)
- حلقه (تکرار)
در این آموزش الگوریتم و فلوچارت، هر کدوم از این الگوریتم‌ها رو تعریف می‌کنیم.
توالی
منظور از توالی، قرارگیری ترتیبی عبارات و اجرای دستورات به‌صورت متوالی هست. در فلوچارت‌ها، توالی عبارات، معمولاً در یک جعبه مستطیلی ارائه می‌شه.
شاخه
منظور از شاخه، تصمیم دودویی بر اساس بعضی از شرایط هست. اگر شرط درست باشه، یکی از دو شاخه دنبال می‌شه؛ اگر شرط غلط باشه، جایگزین دیگه در نظر گرفته می‌شه. این حالت معمولاً با ساختار if-then در شبکه کدها و برنامه‌ها نشون داده می‌شه. در فلوچارت‌ها، این روند با شکل لوزی ارائه می‌شه. این ساختار، به‌عنوان ساختار انتخاب شناخته می‌شه.
حلقه
حلقه، باعث می‌شه یک عبارت یا ترتیبی از عبارت‌ها بر اساس شرط حلقه، تکرار بشه. این حلقه با ساختارهای while و for در بیشتر زبان‌های برنامه‌نویسی مانند پایتون (آموزش پایتون) و سی شارپ و… برای حلقه‌های کران‌دار و بی‌کران، ارائه می‌شه. منظور از حلقه‌های بی‌کران، حلقه‌هایی هستند که تعداد تکرارهای اونها بستگی به برآورده شدن شرط پایان داره. حلقه‌های کران‌دار، حلقه‌هایی هستند که تعداد تکرارهای اون از قبل مشخص هست.
خصوصیات الگوریتم
توی این آموزش الگوریتم و فلوچارت، قصد داریم به پنج خصوصیت الگوریتم اشاره کنیم. این خصوصیات عبارت‌اند از:
کامل بودن (تناهی)
یک الگوریتم همیشه باید پس از چند مرحله، به پایان برسه. یعنی، بعد از انجام هر مرحله، به جواب مسئله نزدیک‌تر می‌شیم و بعد از چند مرحله، الگوریتم به نقطه انتهایی می رسه.
قطعیت
باید هر مرحله از الگوریتم به‌دقت تعریف بشه. لازمه توی هر مرحله، اقدامات کاملاً مشخصه بشه. همچنین دستورات باید بدون ابهام برای هر فعالیت الگوریتم، تعریف بشن.
ورودی
برای هر عملیاتی که انجام می‌دین، باید مقدار یا کمیت‌های اولیه مرتبط با فعالیت‌های مختلف در عملیات، تعیین بشه. بنابراین، مقدار/ کمیت‌ها از ابتدا به الگوریتم اعمال می‌شن.
خروجی
همیشه باید انتظار داشت انتهای یک الگوریتم، به یک خروجی منجر بشه. می‌شه نتیجه رو در مراحل مختلف الگوریتم به دست آورد. اگر نتیجه‌ای از مرحله میانی عملیات به دست بیاد، نتیجه میانی نامیده می‌شه و اگر نتیجه در انتهای الگوریتم به دست بیاد، نتیجه انتهایی حاصل می‌شه. انتظار داریم که خروجی دارای رابطه مشخصی با ورودی باشه.
اثرپذیری
در اصل، انتظار داریم تا به خروجی مشخص از الگوریتم در زمان محدودی برسیم. الگوریتم‌ها باید با استفاده از عملیات اصلی، نوشته بشن. اثرپذیری الگوریتم، یکی از مبانی اصلی یک الگوریتم محسوب می‌شه.
فلوچارت چیه؟
حالا تو این قسمت از آموزش الگوریتم و فلوچارت، می خوایم با فلوچارت آشنا بشیم. فلوچارت، یک نمودار یا دیاگرامی هست که جریان داده‌ها رو از طریق سیستم‌های پردازنده به‌صورت تصویری نشون می‌ده. می‌شه با دیدن یک فلوچارت، عملیات انجام شده و مراحل این عملیات رو در یک سیستم، درک کرد. یادتونه گفتیم الگوریتم‌ها توالی مراحل حل مسائل رو ارائه می کنن. حالا، می‌شه از فلوچارت برای نمایش یک الگوریتم استفاده کرد. یک فلوچارت، عملیات ( و توالی) لازم برای حل یک مسئله رو توصیف می‌کنه. شما می‌تونین فلوچارت رو به‌صورت یک طرح کلی از برنامه خودتون برای حل یک مسئله، تلقی کنین.
نمادهای فلوچارت
6 نماد اصلی برای تهیه فلوچارت استفاده می‌شن: پایان، فرآیند، ورودی/ خروجی، تصمیم، اتصال‌دهنده و فرآیند از پیش تعریف شده. توی این آموزش الگوریتم و فلوچارت، صرفاً به رایج‌ترین نمادهای فلوچارت در ساختار برنامه‌نویسی زبان اسمبلی اشاره می‌کنیم.
قوانین کلی ترسیم فلوچارت
توی این قسمت از آموزش الگوریتم و فلوچارت، قوانین کلی ترسیم فلوچارت رو بیان می‌کنیم.
- کلیه جعبه‌ها با فلش (نه خطوط) به هم متصل می‌شن.
- نمادهای فلوچارت دارای یک نقطه ورودی بر روی نماد بدون نقاط ورودی دیگه هستن. نقطه خروجی برای کل نمادهای فلوچارت به‌جز نماد تصمیم، در قسمت پایین قرار داره.
- نماد تصمیم (Decision) دو نقطه خروجی داره؛ این نقاط در اضلاع یا پایین و روی یک ضلع قرار دارن.
- عموماً یک فلوچارت از بالا به پایین، جریان پیدا می کنه. اما می‌شه جهت رو به بالا رو درصورتی‌که حداکثر 3 نماد وجود داشته باشه، نشون داد.
- اتصال‌دهنده‌ها برای اتصال breaks در فلوچارت استفاده می‌شن.
- زیرروال ها و برنامه‌های وقفه‌ای، فلوچارت‌های مستقلی دارن.
- تمامی فلوچارت‌ها با نماد فرآیند پایان یا از پیش تعریف شده(برای برنامه‌های وقفه و زیرروال ها) شروع می‌شن.
- کل فلوچارت‌ها با نماد پایان یا حلقه بحث‌برانگیز، به انتها می رسن.
مزیت‌های استفاده از فلوچارت‌ها
بعد از تعریف و اشاره به قوانین کلی فلوچارت‌ها، قصد داریم تو این بخش از آموزش الگوریتم و فلوچارت، به 4 مزیت استفاده از فلوچارت اشاره کنیم.
ارتباط
می‌شه از یک فلوچارت به‌عنوان راه بهتری برای نمایش ارتباط منطق یک سیستم و مراحل لازم در پاسخ استفاده کرد.
تحلیل مؤثر
می‌شه از فلوچارت یک مسئله برای تحلیل مؤثر یک مسئله استفاده کرد.
مستندسازی برنامه/ سیستم
فلوچارت‌های برنامه، بخش حیاتی مستندسازی یک برنامه مناسب هستن. سند برنامه برای اهداف مختلف مثل شناخت اجزاء برنامه، پیچیدگی برنامه و موارد دیگه استفاده می‌شه.
حفظ کارایی برنامه
با ارائه و عملیاتی شدن برنامه، باید زمانی رو برای نگهداری اختصاص داد. نگهداری برنامه با فلوچارت، راحت‌تر می‌شه.
کدنویسی برنامه
هر نوع طراحی جواب مسئله، در نهایت به یک برنامه رایانه‌ای تبدیل می‌شه. با فلوچارت، نوشتن کدهای جواب، ساده‌تر می‌شه.
بیشتر بخوانید: نقش رمزنگاری در امنیت شبکه‌ها و داده‌ها
سخن پایانی
ما تو این مقاله از بلاگ کندو، تلاش کردیم تا آموزش الگوریتم و فلوچارت رو با ارائه بخش‌های مختلف، در اختیار شما قرار بدیم. الگوریتم‌ها و فلوچارت‌ها، ابزارهای ضروری در حوزه علوم رایانه و برنامه‌نویسی محسوب می‌شن. این ابزارها، رویکرد سامانمندی رو برای حل مسئله ارائه می کنن و باعث می‌شن تا توسعه‌دهنده‌ها بتونن پاسخ‌های پیچیده رو، طراحی و تحلیل کنن.
کاربران و توسعه‌دهنده‌ها می‌تونن مفاهیم، المان‌ها، اصول طراحی و مزیت‌های الگوریتم‌ها و فلوچارت‌ها رو بشناسن و جواب‌های کارآمد و مؤثری رو در حوزه‌های مختلف، ارائه کنن. آموزش الگوریتم و فلوچارت، بسیاری از جنبه‌های دیگه رو هم در برمی‌گیره ولی تلاش کردیم مهم‌ترین و مبنایی‌ترین بخش‌های آموزش الگوریتم و فلوچارت رو بیان کنیم.
