อัลกอริทึม

อัลกอริธึม (Algorithm)

อัลกอริธึม (Algorithm) คือ กระบวนการ การทำงานที่ใช้การตัดสินใจ โดยนำหลักเหตุผลและคณิตศาสตร์มาช่วยเลือกวิธีการหรือขั้นตอนการดำเนินงานต่อ ไป จนกระทั่งถึงขั้นตอนสุดท้าย เป็นวิธีการที่ใช้แยกย่อยและเรียงลำดับขั้นตอนของกระบวนการในการทำงานต่างๆ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการค้นหาและแก้ไขปัญหา

ที่ มาของคำว่าอัลกอริธึม (Algorithm) คือ คำที่ตั้งให้เป็นเกียรติแก่ อแลน เดอะ กอริทึม ทิวริง (Alan The Gorithm Turing) ผู้ค้นพบว่าการพิสูจน์ทางคณิตศาสตร์หรือปัญหาทางตรรกะ สามารถหาคำตอบได้ด้วยชุดของขั้นตอนวิธีที่ถูกต้อง

ประโยชน์ ของอัลกอริธึม (Algorithm) คือ ทำให้ไม่สับสนกับวิธีดำเนินงาน เพราะทุกอย่างจะถูกจัดเรียงเป็นขั้นตอนมีวิธีการและทางเลือกไว้ให้ เมื่อนำมาใช้จะทำให้การทำงานสำเร็จอย่างรวดเร็ว ทำให้ปัญหาลดลงหรือสามารถค้นหาต้นเหตุของปัญหาได้อย่างรวดเร็ว เนื่องจากกระบวนการถูกแยกแยะกิจกรรม ขั้นตอน และความสัมพันธ์ ออกมาให้เห็นอย่างชัดเจน

อัลกอริธึม (Algorithm) หรือขั้นตอนวิธีทางคอมพิวเตอร์ต้องมีการวัดประสิทธิภาพโดยนำความรู้ทางคณิตศาสตร์มาใช้ ดังนี้

1. การพิสูจน์โดยการเหนี่ยวนำเชิงคณิตศาสตร์ มีหลักการคือ กล่าวถึงว่าทฤษฎีนั้นถูกต้องสำหรับค่าตัวแรกเริ่มต้นหรือค่าต่ำสุด โดยแทนค่าดังกล่าวลงในทฤษฎีเพื่อแสดงให้เห็นว่า ทฤษฎีนั้นถูกต้อง จากนั้นสมมติให้ทฤษฎีนั้นยังถูกต้องเมื่อเพิ่มค่าตัวแปรจนถึงค่าที่ n-1 แล้วจึงนำสมมติฐานนั้นมาพิสูจน์ทฤษฎี โดยการทำให้ค่าของตัวแปรเพิ่มขึ้นอีกหนึ่งจำนวน

2. การหาผลบวกและผลคูณ

3. ทฤษฎีตัวเลข

4. การประมาณค่า

5. การหาสัมประสิทธิแบบ Binomial

ุ6. การสรุปโดยการประมาณขอบเขตบนสุด

การประยุกต์ใช้อัลกอริธึม

สามารถ นำอัลกอริธึมมาปรับใช้กับการทำงานของเรา โดยที่เรากำหนดอัลกอริธึ่มของงานขึ้นมา ซึ่งอาจทำให้ลดเวลาการทำงาน และเพิ่มประสิทธิผลในการทำงานได้ หรือกระทั่งช่วยการวางแผนชีวิต เช่น ขั้นตอนการลงทุนจนถึงผลของการลงทุน เป็นต้น

โครงสร้างข้อมูล (Data Structure) คืออะไร

คือ รูปแบบของการจัดระเบียบของข้อมูล ซึ่งมีอยู่หลายรูปแบบ เช่น เขตข้อมูล(Field), แถวลำดับ(Array), ระเบียน(Record), ต้นไม้(Tree), ลิงค์ลิสต์(Link List) เป็นต้น (ทักษิณา สวนานนท์, 2544, หน้า 161) [4]p.12

คือ รูปแบบวิธีการจัดระเบียบของข้อมูลที่ได้จากการดำเนินการทาง คณิตศาสตร์(Operations) เพื่อให้สามารถจัดการกับข้อมูลที่ใช้กับระบบคอมพิวเตอร์ได้ [4]p.12

คือ การรวบรวมข้อมูลเป็นกลุ่มอย่างมีรูปแบบ เพื่อให้การนำข้อมูลกลับมาใช้ หรือประมวลผลอย่างมีประสิทธิภาพ ด้วยขั้นตอนวิธีที่หลากหลาย แล้วนำเสนอได้อย่างถูกต้องรวดเร็วตามลักษณะงานที่ต้องการ

คือ การนำกลุ่มของข้อมูลขนาดใหญ่มาจัดรูปแบบ เพื่อให้เครื่องประมวลผลและแสดงผลอย่างมีขั้นตอน โดยเริ่มจากการรวบรวม เพิ่ม ลบ หรือเข้าถึงข้อมูลแต่ละรายการ

โครงสร้างข้อมูล (Data Structure)

- บิท (Bit) คือ ข้อมูลที่มีขนาดเล็กที่สุด เป็นข้อมูลที่เครื่องคอมพิวเตอร์เข้าใจ และใช้งานได้ ได้แก่ 0 หรือ 1

- ไบท์ (Byte) หรือ อักขระ (Character) คือ ตัวเลข หรือ ตัวอักษร หรือ สัญลักษณ์พิเศษ จำนวน 1 ตัว

- ฟิลด์ (Field) หรือ เขตข้อมูล คือ ไบท์ หรือ อักขระตั้งแต่ 1 ตัวขึ้นไปรวมกันเป็นฟิลด์ เช่น เลขประจำตัว หรือ ชื่อพนักงาน

- เรคคอร์ด (Record) หรือระเบียน คือ ฟิลด์ตั้งแต่ 1 ฟิลด์ขึ้นไป ที่มีความสัมพันธ์เกี่ยวข้องกันมารวมกัน

- ไฟล์ (File) หรือ แฟ้มข้อมูล คือ หลายเรคคอร์ดมารวมกัน เช่น ข้อมูลที่อยู่นักเรียนมารวมกัน

- ฐานข้อมูล (Database) คือ หลายไฟล์ข้อมูลมารวมกัน เช่น ไฟล์ข้อมูลนักเรียนมารวมกันในงานทะเบียน แล้วรวมกับไฟล์การเงิน

ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับการพัฒนาระบบ

การพัฒนาโปรแกรมประกอบด้วยขั้นตอนพื้นฐาน 7 ขั้นตอน [3]p.19

1. กำหนดปัญหา (Define the Problem)

2. ร่างรายละเอียดแนวทางแการแก้ไขปัญหา (Outline the Solution)

3. พัฒนาอัลกอริทึม (Develop Algorithm) อาจนำเสนอด้วย Flowchart, DFD, ER หรือ UML

4. ตรวจสอบความถูกต้องของอัลกอริทึม (Test the Algorithm for Correctness)

5. เขียนโปรแกรม (Programming)

6. ทดสอบโปรแกรม (Testing)

7. จัดทำเอกสารและบำรุงรักษาโปรแกรม (Document and Maintain the Program)

กรรมวิธีการออกแบบโปรแกรม (Program Design Methodology) [3]p.21 #

- การออกแบบโปรแกรมแบบ Procedure-Driven

- การออกแบบโปรแกรมแบบ Event-Driven

- การออกแบบโปรแกรมแบบ Data-Driven

การเขียนโปรแกรมแบบ Procedural และ Object-Oriented [3]p.22

- การเขียนโปรแกรมแบบบนลงล่าง (Top-Down Development)

- การออกแบบโปรแกรมในลักษณะโมดูล (Modular Design)

- การโปรแกรมเชิงวัตถุ (Object-Oriented Programming)

คือการโปรแกรมที่ให้ความสำคัญกับการรวมวัตถุ และกระบวนการได้ด้วยกัน เพื่อสืบทอด (Inheritance) หรือนำกลับมาใช้ใหม่ได้ (reused)

โดยการนำทั้งวัตถุ และกระบวนการมารวมกัน มักเก็บไว้ใน Class ซึ่งหมายถึง ต้นแบบของวัตถุ

ต.ย. โปรแกรมแบบ Top-Down ด้วยภาษา Pascal

program p01;

begin

Writeln('burin');

Writeln('rujjanapan');

end.

คอมพิวเตอร์สามารถคำนวณได้ เครื่องหมายทางคณิตศาสตร์ เช่น + - * / ^ ( ) [3]p.164

x = 4 / 2 + 4 ^ 2 - 1 * 2 + 3 19 กด Ctrl + A = คำตอบ

y = 36 / (2 + 4) ^ 2 - 1 * 2 + 3 2

z = 4 / 2 + 4 ^ (2 - 1) * 2 + 3 13

ศัพท์เทคนิค (Technical Terms)

phrase "a picture is worth a thousand words" [2]p.1

โครง สร้างข้อมูลพื้นฐาน ประกอบด้วยแบบของข้อมูลเบื้องต้น คือ 1)บิท(Binary) 2)อักขระ(Character) 3)ฟิลด์(Field) 4)เรคอร์ด(Record) 5)ไฟล์(File) 6)ฐานข้อมูล(Database) [4]p.12

วิเคราะห์ปัญหา (Problem Analysis) คือ การแยกปัญหาใหญ่ออกเป็นส่วน เพื่อนำไปสู่การแก้ปัญหาแต่ละส่วน

อัลกอริทึม (Algorithm) (มีความเป็นนามธรรมอยู่ในตัวเป็นธรรมชาติ)

คือ กลุ่มของขั้นตอนหรือกฎเกณฑ์ที่จะนำพาไปสู่การแก้ปัญหา [3]p.37

คือ ขั้นตอนวิธีที่ประกอ้บด้วยชุดคำสั่งเป็นขั้นเป็นตอนที่ชัดเจน และรับประกันว่าเมื่อได้ปฏิบัติถูกต้องตามขั้นตอนจนครบก็จะได้ผลลัพธ์ที่ถูก ต้องตามต้องการ [3]p.37

คือ รูปแบบของการกำหนดการทำงานอย่างเป็นขั้นตอน ซึ่งผ่านการวิเคราะห์และแยกแยะ เพื่อการแก้ปัญหาต่าง ๆ ตามลำดับขั้น อาจเลือกใช้ภาษาไทยหรือภาษาอังกฤษตามความถนัด เพื่อนำเสนอขั้นตอนของกิจกรรมก็ได้ [4]p.17

รหัสเทียม หรือซูโดโค้ด (Pseudo Code)

คือ รหัสจำลองที่ใช้เป็นตัวแทนของอัลกอริทึม โดยมีถ้อยคำหรือประโยคคำสั่งที่เขียนอยู่ในรูปแบบของภาษาอังกฤษที่ไม่ขึ้น กับภาษาคอมพิวเตอร์ใดภาษาหนึ่ง [3]p.37

คือ การแสดงขั้นตอนวิธีการที่ใช้ภาษาเขียนที่เข้าใจได้ง่าย อาจใช้ภาษาไทยหรือภาษาอังกฤษก็ได้ขึ้นอยู่กับความสะดวกของผู้เขียนและ กิจกรรมที่จะนำเสนอ มักใช้รูปแบบคล้ายประโยคภาษาอังกฤษเพื่ออธิบายรายละเอียดของอัลกอริทึม

ผังงาน (Flowchart)

คือ การแสดงขั้นตอนวิธีการที่ใช้สัญลักษณ์ที่เข้าใจได้ง่าย แต่ให้รายละเอียดได้น้อยกว่า

คือ รูปภาพ (Image) หรือสัญลักษณ์(Symbol) ที่ใช้เขียนแทนขั้นตอน คำอธิบาย ข้อความ หรือคำพูด ที่ใช้ในอัลกอริทึม (Algorithm) เพราะการนำเสนอขั้นตอนของงานให้เข้าใจตรงกัน ระหว่างผู้เกี่ยวข้อง ด้วยคำพูด หรือข้อความ ทำได้ยากกว่า [#]

การ โปรแกรมโครงสร้าง (Structured Programming) คือ การกำหนดขั้นตอนให้เครื่องคอมพิวเตอร์ทำงานโดยมีโครงสร้างการควบคุมพื้นฐาน 3 หลักการ ได้แก่ 1)การทำงานแบบตามลำดับ(Sequence) 2)การเลือกกระทำตามเงื่อนไข(Decision หรือ Selection) และ 3)การทำงานแบบทำงานซ้ำ (Repetition หรือ Iteration หรือ Loop) #

อาร์เรย์ (Array)

คือ ชุดของข้อมูลในชื่อเดียวกันที่มีได้หลายสมาชิก โดยสมาชิกถูกจัดเรียงเป็นลำดับ และมีรูปแบบเป็นแบบใดแบบหนึ่ง

คือ การรวมกลุ่มของตัวแปรที่สามารถใช้ตัวแปรชื่อเดียวกันแทนข้อมูลสมาชิกได้หลาย ๆ ตัวในคราวเดียวกัน ด้วยการใช้เลขดรรชนี (Index) หรือซับสคริปต์ (Subscript) เป็นตัวอ้างอิงตำแหน่งสมาชิกบนแถวลำดับนั้น ๆ [3]p.80

โอ เปอเรชั่น (Operation) คือ การกระทำที่สามารถทำกับโครงสร้างนั้น เช่น โอเปอเรชั่นของอาร์เรย์ ได้แก่ 1)การท่องเข้าไป (Traversal) 2)การค้นหาข้อมูลที่ต้องการ(Searching) 3)การแทรกข้อมูลใหม่(Insertion) 4)การลบข้อมูล (Deletion) 5)การเรียงกลับหลัง(Reversing) 6)การเรียงลำดับ(Sorting) [1]p.14

นามธรรม (Abstract) คือ เป็นแนวทางพื้นฐานของมนุษย์ที่ใช้จัดการกับความซับซ้อน (Grady Booch) [3]p.41 โดยเรื่องราวของนวนิยายเป็นจินตนาการในหัวของผู้เขียนถือเป็นนามธรรม เมื่อถ่ายทอดผ่านตัวแทน (Representation) ทางหนังสือด้วยภาษาต่าง ๆ ก็จะออกมาเป็นรูปธรรม ดังนั้นการเขียนโปรแกรมต้องเริ่มต้นด้วยนามธรรม หรือจินตนาการจัดการความซับซ้อนก่อนนำเสนอเป็นรูปธรรม เพื่อประมวลผล

ชนิด ข้อมูลนามธรรม (Abstract Data Type) คือ เครื่องมือกำหนดโครงสร้างข้อมูลที่ประกอบด้วยชนิดของโครงสร้างข้อมูล รูปแบบการดำเนินการ หรือแยกได้ 3 ส่วนคือ รูปแบบข้อมูล (Element) โครงสร้าง (Structure) และ การดำเนินการ (Operations) [4]p.25

โปรแกรม (Program) คือ ตัวแทนของอัลกอริทึม

โปรเซส (Process) คือ กิจกรรมที่ประมวลผลตามขั้นตอนของอัลกอริทึม