ออกแบบอัลกอริทึม

 การออกแบบอัลกอริทึม

 (Algorithm)

           เป็นการพัฒนากระบวนการหาคำตอบให้เป็นขั้นตอนที่บุคคลหรือคอมพิวเตอร์สามารถนำไปปฏิบัติตามเพื่อแก้ปัญหาได้ อีกทั้ง เป็นการพัฒนาแนวทางแก้ปัญหาอย่างเป็นขั้นเป็นตอน เพื่อดำเนินตามทีละขั้นตอนในการแก้ไขปัญหา เช่น เมื่อเราต้องการสั่งคอมพิวเตอร์ให้ทำงานบางอย่าง เราจะต้องเขียนโปรแกรมคำสั่งเพื่อให้คอมพิวเตอร์ทำงานไปตามขั้นตอน ตามแนวทางการแก้ปัญหาเพื่อให้คอมพิวเตอร์ทำงานตอบสนองความต้องการของเรา วิธีคิดนี้ที่เรียกว่าวิธีคิดแบบอัลกอริทึม คอมพิวเตอร์จะทำงานได้ดีเพียงใดนั้น ขึ้นอยู่กับชุดคำสั่งอัลกอริทึมที่เราออกแบบให้มันทำงานนั่นเอง การออกแบบอัลกอริทึมยังเป็นประโยชน์ต่อการคำนวณ การประมวลผลข้อมูลและการวางระบบอัตโนมัติต่าง ๆ

          การนำอัลกอริทึมไปใช้แก้ปัญหา ไม่จำกัดเฉพาะการเขียนโปรแกรมคอมพิวเตอร์ แต่สามารถใช้กับปัญหาอื่น ๆ ได้เช่นเดียวกัน เพื่อให้เกิดการใช้ทรัพยากรอย่างมีประโยชน์สูงสุด ซึ่งจำเป็นต้องวางแผนอย่างเป็นระบบ เป็นขั้นตอน จึงจำเป็นต้องอาศัยอัลกอริทึม ด้วย เพื่อให้ทราบถึงขั้นตอนต่าง ๆ และสามารถตัดทอนขั้นตอนที่เกินความจำเป็น อีกทั้งยังสามารถปรับปรุง และเพิ่มเติมขั้นตอนใหม่ เข้าไปได้ ช่วยลดความสับสนขณะทำงานด้วย อีกทั้ง ปัญหาบางปัญหาอาจจะมีอัลกอริทึมในการแก้ปัญหาได้หลายวิธี นอกจากการเขียนคำสั่งให้คอมพิวเตอร์ทำงานตามลำดับขั้นตอนที่เราวางไว้ ในชีวิตประจำวันมนุษย์ก็ล้วนมีแนวคิดการออกแบบขั้นตอนในการแก้ไขปัญหา ทำให้ทราบว่าจะต้องทำอะไรก่อนอะไรหลัง เช่น การแต่งตัวมาโรงเรียน การทำอาหาร การทำงานในชีวิตประจำวัน การเดินทาง เป็นต้น

คุณสมบัติของอัลกอริทึม

          1. มีความถูกต้อง (correctness) ความถูกต้องเป็นคุณสมบัติข้อแรกที่สำคัญจะต้องพิจารณา ต้องได้ผลลัพธ์ที่ถูกต้อง ซึ่งถ้าผลลัพธ์ที่ได้จากอัลกอริทึมไม่ถูกต้อง จะถือว่าไม่ใช่อัลกอริทึมที่ดี

          2. ใช้เวลาในการปฏิบัติงานน้อยที่สุด (efficiency) อัลกอริทึมที่ดีต้องใช้เวลาในการปฏิบัติงานน้อย มีขั้นตอนในการปฏิบัติงานที่ถูกต้อง

          3. ต้องมีลำดับขั้นตอนที่ชัดเจน ในการประมวลผลชุดคำสั่งต่าง ๆ ที่ถูกกำหนดด้วยกฎเกณฑ์ในการแก้ปัญหาของ อัลกอริทึม จะต้องประมวลผลเป็นลำดับตามขั้นตอน เพราะการแก้ปัญหาด้วยคอมพิวเตอร์จะต้อง มีลำดับขั้นตอนที่แน่นอน ซึ่งแต่ละขั้นตอนของอัลกอริทึมจะต้องทำหน้าที่อย่างชัดเจนและต่อเนื่องโดยการเริ่มต้นทำงานแต่ละขั้นตอนมีการรับและส่งข้อมูลต่อเนื่องกันไปจนสิ้นสุดการทำงาน ถ้าลำดับไม่ดีอาจจะทำให้การประมวลผลผิดพลาดได้

          4. ใช้เนื้อที่ในหน่วยความจำน้อยที่สุด เนื้อที่ในหน่วยความจำจะถูกใช้สำหรับเก็บค่าของตัวแปร และเก็บคำสั่งที่ใช้ในการทำงาน ดังนั้น ถ้าอัลกอริทึมยาวเกินความจำเป็น จะทำให้ใช้เนื้อที่มาก และ ถ้ามีตัวแปรมากเกินความจำเป็น ก็จะทำให้เสียเนื้อที่ในหน่วยความจำไปด้วย

          5. มีความยืดหยุ่นในการใช้งาน

          6. ใช้เวลาในการพัฒนาน้อยที่สุด เมื่อนำอัลกอริทึมไปแปลงเป็นโปรแกรมภาษาคอมพิวเตอร์แล้วจะต้องใช้เวลาน้อยที่สุด

          7. ง่ายต่อการทำความเข้าใจ (readability) อ่านง่ายเข้าใจลำดับขั้นตอนได้ง่าย มีความชัดเจนของขั้นตอน

เครื่องมือช่วยในการเขียนอัลกอริทึม

          การออกแบบอัลกอริทึม เป็นแนวทางในการเขียนโปรแกรม ช่วยให้การเขียนโปรแกรมทำได้ง่ายขึ้น ช่วยให้โปรแกรมมีข้อผิดพลาดน้อยลง นอกจากนี้ยังช่วยตรวจสอบการทำงานของโปรแกรม ทำให้ทราบขั้นตอนการทำงานของโปรแกรมได้อย่างรวดเร็ว โดยไม่ต้องดูจากโปรแกรมจริงในการเขียนอัลกอริทึม มีเครื่องมือช่วยในการเขียนที่นิยมใช้ 3 แบบ คือ

          1. บรรยาย (narrative description) เป็นการอธิบายแบบใช้ภาษาที่เราสื่อสารกันทั่วไป เป็นการแสดงขั้นตอนการทำงานในลักษณะการบรรยายเป็นข้อความด้วยภาษาพูดใด ๆ เช่น ภาษาไทย ภาษาอังกฤษ ภาษาญี่ปุ่น หรือ ภาษาจีน เป็นต้น ขึ้นอยู่กับความถนัดของผู้เขียนอัลกอริทึม มักเขียนบรรยายขั้นตอนการทำงานเป็นข้อ ๆ เช่น การต้มบะหมี่กึ่งสำเร็จรูป

          1. เทน้ำสะอาดใส่หม้อ และต้มน้ำจนเดือด

          2. ฉีกซองและนำบะหมี่กึ่งสำเร็จรูปใส่ลงในหม้อ

          3. เทเครื่องปรุงลงในหม้อ

          4. ปิดฝา

          5. รอประมาณ 3 นาที

          6. เทใส่ชามรับประทานได้

          2. ผังงาน (flowchart) เป็นการใช้รูปภาพสัญลักษณ์ แทนขั้นตอนการเขียนโปรแกรมช่วยลำดับขั้นตอนการทำงานของโปรแกรม และสามารถนำไปเขียนโปรแกรมได้อย่างถูกต้อง ทำให้ตรวจสอบ และแก้ไขโปรแกรมได้ง่าย เมื่อเกิดข้อผิดพลาดช่วยให้การดัดแปลง แก้ไข ทำได้อย่างสะดวกและรวดเร็ว ผู้อื่นสามารถศึกษาการทำงานของโปรแกรมได้อย่างง่าย และรวดเร็ว มากขึ้น

          3. รหัสเทียม (pseudo code) เป็นการเขียนคำอธิบายขั้นตอนการทำงานของโปรแกรม โดยใช้ถ้อยคำผสมระหว่างภาษาอังกฤษและภาษาการเขียนโปรแกรมแบบโครงสร้าง  ซึ่งจะช่วยให้ผู้เขียนโปรแกรมสามารถพัฒนาขั้นตอนต่าง ๆ  ให้เป็นโปรแกรมได้ง่ายขึ้น  ส่วนใหญ่มักใช้คำเฉพาะ  (Reserve Word)  ที่มีในภาษาการเขียนโปรแกรมและมักเขียนด้วยตัวอักษรตัวใหญ่  รหัสเทียมที่ดี  จะต้องมีความชัดเจน  สั้น  และได้ใจความ  ข้อมูลต่าง ๆ  ที่ใช้จะถูกเขียนอยู่ในรูปของตัวแปร

      การออกแบบอัลกอริทึม ในแนวคิดเชิงคำนวณจึงเป็นการพัฒนากระบวนการหาคำตอบให้เป็นขั้นตอนที่บุคคลหรือคอมพิวเตอร์สามารถนำไปปฏิบัติตามเพื่อแก้ปัญหาได้ อัลกอริทึมที่ดี จะต้องมีความถูกต้อง ต้องมีลำดับขั้นตอนที่ชัดเจน  มีความยืดหยุ่นในการใช้งาน ใช้เวลาในการพัฒนาน้อย และง่ายต่อการทำความเข้าใจ เครื่องมือที่จะช่วยให้การเขียนอัลกอริทึมของโปรแกรมทำได้ง่ายขึ้น ช่วยให้โปรแกรมมีข้อผิดพลาดน้อยลง เช่น การเขียนบรรยาย การเขียนผังงาน  หรือรหัสเทียม จะช่วยให้อัลกอริทึมมีความถูกต้องแม่นยำ และมีข้อผิดพลาดน้อยลง

แหล่งที่มา

เจ๊ะมาดีนา  กรมเมือง.  (2562, 12 สิงหาคม).   การออกแบบและการเขียนอัลกอริทึม.  สืบค้นเมื่อ 12 สิงหาคม 2562,  จาก https://sites.google.com/site/computernanajang/bth-reiyn-
hnwy-kar-reiyn-ru-thi-1-kar-xxkbaeb-laea-kar-kheiyn-xal-kx-ri-thum.

รัตนา  วงศ์ภูงา.  (2562, 12 สิงหาคม).   อัลกอริทึม.  สืบค้นเมื่อ 12  สิงหาคม 2562, จาก https://sites.google.com/a/wwk.ac.th/googlesites/hnwy-thi-2/xal-kx-ri-thum.

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี.  (2562).  เทคโนโลยี (วิทยาการคำนวณ).  สำนักพิมพ์จุฬาลงกรณ์ : กรุงเทพมหานคร.

csunplugged.org.  (2562, 12 สิงหาคม).  กิจกรรมส่งจรวดไปดาวอังคาร.   สืบค้นเมื่อ 12 สิงหาคม 2562,จาก https://csunplugged.org/en/topics/kidbots/unit-plan/sending-a-rocket-to-mars.

Tim Bell, Ian H. Witten and Mike Fellows.  (2562). ซีเอส อันปลั๊กโปรแกรมเสริมสมรรถนะและขยายความสามารถของเด็กระดับประถมศึกษา. สถาบันเทคโนโลยีนานาชาติสิรินธร มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ : ปทุมธานี

Warayuphat Panumphan.   (2562, 12 สิงหาคม).   Algorithm.  สืบค้นเมื่อ 12 สิงหาคม 2562, จากhttp://jsbg.joseph.ac.th/6150/index.php?option=com_content&view=article&id=95&Itemid=95