Что такое алгоритмы и зачем они нужны

Любой человек в своей повседневной жизни вынужден решать большое число разнообразных задач. Над решением некоторых задач он не задумывается («покупка продуктов»), другие же вызывают трудности и долгие размышления («сбор кубика Рубика»). Приведенные примеры простых и сложных задач объединяет то, что их можно разбить на отдельные понятные шаги. Последовательность таких шагов допустимо использовать как памятку, помогающую решить поставленную задачу. Такую последовательность можно назвать алгоритмом.

Конечно, собрать кубик Рубика можно и без памятки, просто перемещая грани в случайном порядке. Но перебор возможных вариантов может занять долгое время, это будет непроизводительный и неоптимальный процесс. Гораздо удобнее иметь список шагов, последовательное выполнение которых всегда будет приводить к положительному результату. Именно эти принципы легли в такое понятие как «алгоритм».

Алгоритм — совокупность инструкций (шагов), описывающих порядок операций исполнителя для достижения результата решения задачи за конечное число действий.

Что такое «исполнитель»?

Для наилучшего понимания алгоритма вообще, необходимо также рассмотреть понятие «исполнитель алгоритма». Под исполнителем в понятии алгоритма подразумевается абстрактная система, способная выполнять действия, описываемые алгоритмом, а также обладающая рядом характеристик. В качестве исполнителя чаще всего подразумевается то или иное техническое средство (3D-принтер, станок с ЧПУ, ЭВМ), однако стоит понимать, что это широкое понятие: исполнителем может являться, например, человек.

Тем не менее, исполнителем может быть названа только система, одновременно обладающая рядом параметров:

- средой;

- системой команд;

- элементарными действиями;

- отказами, в случае, если выполнение действий невозможно.

Свойства алгоритмов

Ограничения, накладываемые на понятие «исполнитель» приводят к тому, что само понятие «алгоритм» также обладает рядом свойств и ограничений. Алгоритмы получили широкое распространение именно благодаря этим ограничениям, которые способствуют стандартизации. Среди свойств алгоритмов можно выделить:

- массовость (способность алгоритма оставаться правильным при разных наборах входных данных);

- определенность (на любом шаге алгоритма у исполнителя должно быть достаточно данных, чтобы его выполнить);

- детерминированность (при одних и тех же наборах входных данных должен получаться один и тот же результат);

Зачем нужны алгоритмы?

Вышеприведенные свойства обеспечивают алгоритмам широкое применение. Так алгоритмы служат для стандартизации описаний любых процессов. Без алгоритмов были бы невозможны любые виды вычислений, а решение любой проблемы начиналось бы «с нуля» — даже если она была решена множество раз. Применение алгоритмов позволяет быстро решать однотипные задачи, сократить время на поиск решения, автоматизировать процесс его нахождения, а также распространять найденное решение в стандартизованной — а значит, понятной всем форме.