อัลกอริทึม (Algorithm) คืออะไร มีประโยชน์และการปรับใช้อย่างไร 

อัลกอริทึมคืออะไร?

อัลกอริทึม คือ ชุดคำสั่งที่ทำให้ได้คำตอบ โดยมีวิธีการเขียนอธิบายอัลกอริทึมได้หลัก ๆ 3 วิธี ได้แก่ 

1. Natural Language คือ การเขียนอธิบายอัลกอริทึมโดยใช้ภาษาเขียนที่มนุษย์สื่อสารกันทั่วไป
2. Pseudo code คือ การอธิบายอัลกอริทึมด้วยรหัสลำลองหรือรหัสเทียม
3. Flowchart คือ การอธิบายอัลกอริทึมด้วยแผนภาพ

การนำวิธีการเขียนอัลกอริทึมไปใช้ในการแก้ปัญหานั้น สามารถใช้แก้ปัญหาอื่น ๆ ในชีวิตประจำวันได้ และไม่จำเป็นต้องใช้ในการเขียนโปรแกรมเพียงอย่างเดียว เพื่อให้เกิดการใช้ทรัพยากรและสามารถแก้ไขปัญหาได้อย่างมีประสิทธิภาพที่สุด ดังนั้นคุณพ่อคุณแม่จึงจำเป็นที่จะต้องสอนน้อง ๆ ให้รู้จักวางเเผนการทำงานหรือการแก้ไขปัญหาอย่างเป็นระบบซึ่งเป็นหลักการของการอธิบายอัลกอริทึม ซึ่งจะช่วยให้น้อง ๆ ได้รู้จักการทำงานอย่างเป็นขั้นตอน และได้ทราบถึงขั้นตอนต่าง ๆ ส่งผลให้สามารถตัดทอนขั้นตอนที่ซ้ำซ้อนเกินความจะเป็นออกไป เเละเพิ่มเติมขั้นตอนใหม่ที่มีประสิทธิภาพมากกว่าเข้าไปในการทำงานได้

อัลกอริทึม (Algorithm) หมายถึง

อัลกอริทึม (algorithm) หมายถึงอะไร?

Code Genius จะขอนิยามอย่างกว้าง ๆ ได้ว่า อัลกอริทึม หรือ Algorithm คือ กระบวนการที่สามารถอธิบายวิธีการแก้ปัญหาออกมาอย่างเป็นขั้นตอนที่ชัดเจน โดยกระบวนการอัลกอริทึมนี้จะประกอบด้วย วิธีการดำเนินงานหรือการแก้ไขปัญหาที่เป็นลำดับขั้นตอนชัดเจน รวมถึงขั้นตอนที่ต้องทำซ้ำ จนกระทั่งเสร็จสิ้นกระบวนการทำงาน

และในทางคอมพิวเตอร์ อัลกอริทึมคือ “คำสั่งหรือเงื่อนไขแบบทีละขั้นตอนที่จะทำให้คอมพิวเตอร์หรือระบบปัญญาประดิษฐ์นั้นทำสิ่งที่เรากำหนด” เนื่องจากอัลกอริทึมเป็นขั้นตอนหรือลำดับการประมวลผลในการแก้ปัญหาที่จะช่วยให้ผู้พัฒนาโปรแกรมเห็นขั้นตอนการเขียนโปรแกรมและทำความเข้าใจรวมไปถึงตรวจสอบขั้นตอนต่าง ๆ ได้ง่ายขึ้น

นอกจากนี้ที่มาของคำว่า อัลกอริทึม มาจากชื่อของนักคณิตศาสตร์ชาวเปอร์เซียในยุคศตวรรษที่ 9 ชื่ออะบู อับดิลลาห์ มูฮัมหมัด บิน มูซา อัลคอวาริซมีย์ (Abu Abdillah Muhammad binMusa al-Khawarizmi) ซึ่งต่อมาคำว่าอัลคอวาริซมีย์ (al-Khawarizmi)ได้เพี้ยนเป็นอัลกอริทมี (Algoritmi) ต่อมางานเขียนของ al-Khawarizmi ได้ถูกตีพิมพ์และแปลเป็นภาษาละตินจึงเพี้ยนต่อกลายเป็นอัลกอริทึม(Algorithm) แต่เดิมหมายถึงกฎที่ใช้ในการคิดคำนวณเลขคณิตในช่วงศตวรรษที่ 18 ซึ่งในปัจจุบันคำนี้ได้มีความหมายที่กว้างขึ้นโดยหมายรวมถึงขั้นตอนวิธีการในการแก้ปัญหาต่าง ๆ

ประโยชน์ของอัลกอริทึม (Algorithm) ในการเขียนโปรแกรม

การที่มนุษย์เราสามารถตั้งโปรแกรมคอมพิวเตอร์เพื่อสั่งงานระบบปัญญาประดิษฐ์ได้มีข้อดีคือทำให้ระบบปัญญาประดิษฐ์สามารถทำงานแทนแรงงานคนจำนวนมากได้ อีกทั้งยังช่วยประหยัดค่าใช้จ่ายในการผลิต รวมถึงช่วยลดระยะเวลาในการค้นหาข้อมูลและพัฒนาสิ่งต่าง ๆ ได้อีกด้วย ซึ่งประโยชน์ของอัลกอริทึมก็มีหลายด้าน ดังต่อไปนี้

SEARCHING ALGORITHM (อัลกอริทึมการสืบค้น)

ในอดีตก่อนจะมีคอมพิวเตอร์ เอกสารและข้อมูลต่าง ๆ มักจะถูกจัดเก็บในกล่องที่มีการจัดระบบระเบียบไม่เอื้อต่อการค้นหาข้อมูลเท่าใดนัก เพราะบางกล่องก็มีป้ายบ่งบอกแต่บางกล่องก็อาจถูกหลงลืม ซึ่งทำให้การค้นหาเอกสารและข้อมูลต่าง ๆ ภายในองค์กรเป็นไปได้ยาก ดังนั้น Searching Algorithm ก็จะเป็นกระบวนการที่เข้ามาช่วยแก้ปัญหานี้ เช่น เมื่อเราต้องการเสิร์ชเอนจินในฐานข้อมูลขององค์กรต่าง ๆ หรือต้องการเรียกดูเอกสารที่เก่าเก็บมาก ๆ ในปัจจุบันก็สามารถทำได้ง่าย ๆ หากเรานำ Searching Algorithm มาใช้งาน

SORTING ALGORITHM (อัลกอริทึมการจัดเรียงข้อมูล)

อัลกอริทึมการจัดเรียง คือ การนำข้อมูลจากฐานข้อมูลภายในองค์กรมาจัดเก็บให้เป็นระบบระเบียบในรูปแบบที่ผู้ใช้จะสามารถค้นหาและนำข้อมูลต่าง ๆ มาใช้ได้อย่างสะดวกสบายและรวดเร็วที่สุด เพื่อประหยัดเวลาและเกิดประสิทธิภาพสูงสุดในการทำงาน ไม่ว่าจะเป็นการจัดเรียงโดยเรียงตามลำดับอักษร หรือเรียงจากลำดับตัวเลข 

นอกจากนั้นการเข้าถึงข้อมูลที่ง่ายต่อการใช้งานจะทำให้ผู้ใช้สามารถเข้าใจระบบการจัดเก็บ และเรียกดูข้อมูลได้ง่ายขึ้นซึ่ง Sorting Algorithm คือชุดคำสั่งที่จะช่วยทำให้ข้อมูลถูกจัดเก็บอย่างเป็นระบบระเบียบง่ายต่อการค้นหาหรือเรียกใช้งานนั่นเอง

รูปแบบของอัลกอริทึม (Algorithm)

การเขียนอัลกอริทึมนั้นมีหลากหลายรูปแบบแตกต่างกันไปตามการนำมาใช้งาน และเราสามารถใช้อัลกอริทึมรูปแบบต่าง ๆ ประกอบกันในการออกแบบอัลกอริทึมเพื่อใช้ในการแก้ปัญหาการเขียนโปรแกรมได้ โดยสามารถแบ่งรูปแบบของอัลกอริทึมได้ ดังนี้

อัลกอริทึมแบบลำดับ (Sequential Algorithm)

มีลักษณะการทำงานที่เป็นไปตามขั้นตอน ก่อน-หลัง ต่อเนื่องกันไปเป็นลำดับ โดยการทำงานแต่ละขั้นตอนต้องทำขั้นตอนก่อนหน้าให้เสร็จก่อน จากนั้นจึงจะดำเนินการทำขั้นตอนต่อไปได้

ตัวอย่างอัลกอรึทึมแบบลำดับ การปลูกต้นไม้

1.ขุดหลุมให้พอดีกับขนาดของต้นไม้

2.เตรียมดินและปุ๋ยที่ก้นหลุม

3.นำต้นไม้ที่เราต้องการจะปลูกวางลงหลุม

4.ฝังกลบดินให้แน่นพอประมาณ

5.รดน้ำให้ชุ่ม

อัลกอริทึมแบบทางเลือก (Decision Algorithm)

อัลกอริทึมรูปแบบทางเลือกนี้ มีเงื่อนไขเป็นตัวกำหนดเส้นทางการทำงานของกระบวนการแก้ปัญหา โดยตัวเลือกหรือเงื่อนไขนั้นสามารถมีได้ตั้งแต่ 2 ตัวขึ้นไป

ตัวอย่างอัลกอริทึมแบบทางเลือกจาก Code Genius ประเมินเกณฑ์น้ำหนักในเด็กผู้ชายอายุ 5 ปี

1.ข้อมูลน้ำหนักของเด็กผู้ชายอายุ 5 ปี

2.ตรวจสอบค่าน้ำหนัก

3.ถ้าค่าน้ำหนักน้อยกว่า 15 กิโลกรัม ต่ำกว่าเกณฑ์

4.ถ้าค่าน้ำหนักอยู่ที่ 15-23 กิโลกรัม สมส่วน

5.ถ้าค่าน้ำหนักมากกว่า 23 กิโลกรัม เกินเกณฑ์

6.แจ้งผลกับผู้ปกครอง

อัลกอริทึมแบบทำซ้ำ (Repetition Algorithm)

การเขียนอัลกอริทึมแบบทำซ้ำนี้จะมีความคล้ายกับการเขียนอัลกอริทึมแบบทางเลือก คือ มีการตรวจสอบเงื่อนไข แต่หากพบข้อมูลตรงตามเงื่อนไขที่คำสั่งกำหนด โปรแกรมจะกลับไปทำงานอีกครั้งและวนการทำงานแบบนี้เรื่อย ๆ จนกระทั่งไม่ตรงกับเงื่อนไขที่กำหนดไว้ ขั้นตอนการทำงานนั้นจึงจะเสร็จสิ้นหรือดำเนินการตามขั้นตอนต่อไป

อัลกอริทึมแบบทำซ้ำจาก Code Genius การซื้อมะม่วง 3 กิโลกรัม

1.หยิบถุงพลาสติกเพื่อนำมาใส่มะม่วง

2.เลือกหยิบมะม่วง

3.ตรวจสอบเงื่อนไข (ไม่เท่ากับ 3 กิโลกรัม)

4.ถ้าเงื่อนไขเป็นจริง (มะม่วงน้ำหนักน้อยกว่าหรือมากกว่า 3 กิโลกรัม) เลือกมะม่วงใหม่

5.ถ้าเงื่อนไขเป็นเท็จ (มะม่วงมีน้ำหนักเท่ากับ 3 กิโลกรัม)

6.จ่ายเงินให้กับผู้ขาย

คุณลักษณะการเขียนอัลกอริทึม (Algorithm)

อัลกอริทึมคือ การเขียนอธิบายขั้นตอนการดำเนินงานอย่างชัดเจน ซึ่งการเขียนอธิบายอัลกอริทึมนั้นจะทำให้น้อง ๆ ได้เห็นขั้นตอนการทำงานอย่างชัดเจนและไม่ทำให้สับสน เพราะวิธีการดำเนินงานทุกอย่างจะถูกจัดเรียงเป็นขั้นตอนโดยมีวิธีการและทางเลือกไว้ เมื่อน้อง ๆ นำอัลกอริทึมนั้นมาดำเนินงานจะทำให้การทำงานสำเร็จอย่างรวดเร็ว และทำให้ปัญหาลดลง เนื่องจากถ้าหากเกิดปัญหาขึ้น น้อง ๆ จะสามารถค้นหาต้นเหตุของปัญหาได้อย่างรวดเร็ว ซึ่งการเขียนอธิบายอัลกอริทึมที่ดีควรมีคุณสมบัติดังนี้

1.การเขียนอธิบายอัลกอริทึมที่ดีต้องมีการเรียงลำดับขั้นตอนการทำงาน ทั้งก่อน และหลังให้ชัดเจน รวมถึงการกำหนดเงื่อนไขก็ต้องชัดเจนด้วยเช่นกัน

2.การเขียนอธิบายอัลกอริทึมต้องเขียนให้สามารถเข้าใจลำดับขั้นตอนได้ง่ายและไม่กำกวม

3.การเขียนอธิบายอัลกอริทึมการทำงานด้วยคอมพิวเตอร์ต้องสามารถเข้าใจและทำการประมวลผลได้

4.การทำงานตามลำดับขั้นตอนของอัลกอริทึมจะต้องสิ้นสุดและเสร็จสิ้น เมื่อถึงระยะที่เวลากำหนด

การวิเคราะห์อัลกอริทึม และ เครื่องมือช่วยในการเขียนอัลกอริทึม

การวิเคราะห์อัลกอริทึมมีขั้นตอนและวิธีการ ที่จำเป็นจะต้องทำการแยกแยะระบบว่าเป็นข้อมูลเข้า หรือออก โดยเรียงลำดับขั้นตอนได้ ดังนี้

1. ทำการวิเคราะห์ว่าอะไรเป็นข้อมูลนำเข้า (Input)

2. วิธีการประมวลผลที่จะนำมาซึ่งคำตอบ (Process)

3. จากนั้นข้อมูลที่ได้ประมวลผลแล้วจะถูกส่งเป็นข้อมูลนำออก (Output) หรือผลลัพธ์

การเขียนอัลกอริทึมเป็นการวางแผนการดำเนินงานเกี่ยวกับการแก้ปัญหา โดยจะอธิบายวิธีการและระบุการทำงานที่ชัดเจนเป็นขั้นตอนเพื่อเป็นแนวทางในการเขียนโปรแกรม ซึ่งช่วยให้การเขียนโปรแกรมทำได้ง่ายขึ้น และมีข้อผิดพลาดน้อยลง นอกจากนี้ยังเป็นสิ่งที่ช่วยในการตรวจสอบการทำงานของโปรแกรม ทำให้ทราบขั้นตอนการทำงานของโปรแกรมได้อย่างรวดเร็วและแก้ไขได้อย่างทันท่วงทีเมื่อเกิดปัญหา ซึ่งในการเขียนอัลกอริทึมนี้ก็ต้องอาศัยเครื่องมือที่ช่วยให้เกิดความสะดวกในการใช้งาน

เครื่องมือช่วยในการเขียนอัลกอริทึมที่นิยมใช้ 3 แบบ ได้แก่

1.การเขียนอัลกอริทึมแบบบรรยาย (narrative description) เป็นการแสดงขั้นตอนการทำงานของอัลกอริทึมในลักษณะการบรรยายเป็นข้อความโดยการใช้ภาษาพูด และในการบรรยายอัลกอริทึมนั้นการใช้ภาษาสื่อสารก็ขึ้นอยู่กับความถนัดของผู้เขียนอัลกอริทึม การเขียนอัลกอริทึมแบบบรรยายโดยส่วนใหญ่มักจะเขียนบรรยายขั้นตอนการทำงานโดยแบ่งออกเป็นลำดับข้อ ๆ อย่างเป็นขั้นตอน

การเขียนอัลกอริทึมแบบบรรยาย (narrative description) มีข้อดี คือ มีความง่ายในการเขียนบรรยาย เนื่องจากในภาษาพูดที่ผู้เขียนอัลกอริทึมคุ้นเคยอยู่แล้ว แต่ข้อเสีย คือ การเขียนบรรยายอาจจะมีความยืดเยื้อและยากต่อการทำความเข้าใจ ยากต่อการตรวจสอบ รวมไปถึงเมื่อแปลงเป็นโปรแกรมก็ทำได้ยากเช่นกัน

2.การเขียนอัลกอริทึมแบบผังงาน (flowchart) การเขียนอัลกอริทึมแบบผังงานเป็นการเขียนอัลกอริทึมแสดงขั้นตอนการทำงานในลักษณะของการใช้รูปภาพหรือสัญลักษณ์แทนคำบรรยายอธิบาย ซึ่งสัญลักษณ์เหล่านั้นเป็นสัญลักษณ์ที่เป็นมาตรฐาน ไม่อ้างอิงภาษาใดภาษาหนึ่ง ทำให้เห็นลำดับการทำงานก่อนหลังได้อย่างชัดเจน

การเขียนอัลกอริทึมแบบผังงาน (flowchart) มีข้อดี คือ สามารถทำความเข้าใจและตรวจสอบความถูกต้องได้ง่าย ส่งผลให้นำไปพัฒนาโปรแกรมต่อได้ง่ายเช่นกัน 

3. การเขียนอัลกอริทึมโดยใช้รหัสลำลอง (pseudo code) เป็นการเขียนขั้นตอนอธิบายการทำงานของอัลกอริทึมในลักษณะของคำอธิบายที่มีรูปแบบโครงสร้างชัดเจนแต่ไม่มีกฎที่แน่นอนตายตัว ไม่ขึ้นกับภาษาใดภาษาหนึ่ง มีลักษณะการเขียนคล้ายภาษาคอมพิวเตอร์จึงสามารถเปลี่ยนเป็นภาษาคอมพิวเตอร์เพื่อใช้สั่งการได้ง่าย ดังนั้นโครงสร้างส่วนใหญ่จึงนิยมใช้คำสั่งเฉพาะที่มีอยู่ในคอมพิวเตอร์เพื่อแทนการทำงานต่าง ๆ เช่น Read if Case  หรือ While/Do เป็นต้น โดยโครงสร้างหลัก ๆ จะมีการเขียนจากคำสั่งเริ่มต้น คือคำสั่งที่อยู่บรรทัดแรก และสิ้นสุด คือ คำสั่งที่อยู่บรรทัดสุดท้าย มีการใช้ย่อหน้าในการเขียนการทำงานย่อยที่อยู่ภายใน

สรุป ข้อดี และ ประโยชน์ของการใช้ อัลกอริทึม (Algorithm)

ประโยชน์และข้อดีของการที่น้อง ๆ ได้เรียนรู้วิธีการเขียนอัลกอริทึม หรือ Algorithm คือ ทำให้รู้จักการวางแผนก่อนที่จะดำเนินงานและไม่สับสนกับวิธีและลำดับขั้นตอนในการดำเนินงาน เนื่องจากมีการจัดเรียงและวางแผนไว้อย่างเป็นระบบ เมื่อน้อง ๆ นำการดำเนินงานโดยผ่านการวางแผนมาใช้จะทำให้การทำงานเกิดประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น และเกิดปัญหาน้อยลงและสามารถตรวจสอบได้อย่างรวดเร็ว

code genius มีคลาสที่มีการนำรูปแบบของอัลกอริทึม (Algorithm) มาใช้กับบทเรียนอย่างไร?

สำหรับการเรียนรู้ในรูปแบบกิจกรรมสุดสนุกสำหรับรุ่นเล็ก รวมไปถึงการ Coding ที่จริงจังสำหรับเด็กโตของ Code Genius มีการนำ Algoritm มาใช้ในการให้นักเรียนหาวิธีการแก้ปัญหาในรูปแบบของตัวเอง โดยนอกจากจะได้ผลลัพธ์แล้ว นักเรียนยังจะสามารถอธิบายถึงวิธีการได้มาซึ่งคำตอบด้วย อาจเป็นการพูดอธิบายอย่างเป็นขั้นตอน หรือการเขียนออกมาเป็น Flowchart ทั้งหมดที่กล่าวมาเป็นการใช้ทักษะ Algorithm ทั้งสิ้น ซึ่งเป็นสิ่งที่ Code Genius ของเราให้ความสำคัญเป็นเรื่องแรก ๆ เพราะวิธีการที่จะทำพาไปถึงเป้าหมาย มีความสำคัญมากกว่าหรือเท่ากับเป้าหมาย ในโลกของการ Coding