컴퓨터 공학의 중심, 알고리즘

1.  알고리즘의 정의

알고리즘은 잘 정의된 계산 문제를 해결하기 위한 특정 절차입니다. 알고리즘의 개발 및 분석은 인공 지능, 데이터베이스, 그래픽, 네트워킹, 운영 체제, 보안 등 컴퓨터 과학의 모든 측면에서 기본입니다. 알고리즘 개발은 단순한 프로그래밍 그 이상입니다. 특정 솔루션에 수반되는 하드웨어, 네트워킹, 프로그래밍 언어 및 성능 제약을 포함하여 계산 문제를 해결하는 데 사용할 수 있는 대안에 대한 이해가 필요합니다. 또한 알고리즘이 당면한 문제를 완전하고 효율적으로 해결한다는 의미에서 알고리즘이 "정확하다"는 것이 무엇을 의미하는지 이해해야 합니다. 수반되는 개념은 알고리즘이 효율적으로 실행될 수 있도록 하는 특정 데이터 구조의 설계입니다. 데이터 구조의 중요성은 컴퓨터의 메인 메모리가 0, 1, 2,…로 구성됩니다. 따라서 가장 간단한 데이터 구조는 인접한 요소에 연속적인 정수 "인덱스"로 번호가 매겨지고 요소의 값이 고유 인덱스에 의해 액세스되는 선형 배열입니다. 예를 들어 배열은 이름 목록을 저장하는 데 사용할 수 있으며 배열에서 특정 이름을 효율적으로 검색하고 검색하려면 효율적인 방법이 필요합니다. 예를 들어, 목록을 알파벳 순서로 정렬하면 각 단계에서 검색할 목록의 나머지 부분을 반으로 줄이는 이른바 이진 검색 기술을 사용할 수 있습니다. 이 검색 기술은 전화번호부에서 특정 이름을 검색하는 것과 유사합니다. 책이 알파벳 순서로 되어 있다는 것을 알면 원하는 이름이 포함된 페이지에 가까운 페이지로 빠르게 넘길 수 있습니다. 데이터 목록을 효율적으로 정렬하고 검색하기 위해 많은 알고리즘이 개발되었습니다. 데이터 항목은 메모리에 연속적으로 저장되지만 포인터(여기서 포인터란 기본적으로 구조에서 다음 항목 또는 항목이 발견된 위치를 나타내기 위해 항목과 함께 저장된 메모리 주소를 말합니다)로 연결되어 다음과 유사한 방식으로 데이터를 구성할 수 있습니다. 액세스할 대상이 필요한데 이것은 가장 단순한 구조를 연결 목록이라고 하며, 목록의 한 항목에서 다음 항목으로의 포인터를 따라 비연속적으로 저장된 항목에 미리 지정된 순서로 액세스할 수 있습니다. 목록은 원형일 수 있으며 마지막 항목이 첫 번째 항목을 가리키거나 각 요소에 양방향 포인터가 있어 이중 연결 목록을 형성할 수 있습니다. 항목을 검색, 삽입 및 제거하여 이러한 목록을 효율적으로 조작하기 위한 알고리즘이 개발되었습니다.

2.  알고리즘이 매우 중요한 이유

알고리즘은 컴퓨터 과학의 모든 부분에서 사용됩니다. 그들은 필드의 중추를 형성합니다. 컴퓨터 과학에서 알고리즘은 컴퓨터에 특정 명령 세트를 제공하여 컴퓨터가 계산기를 실행하거나 로켓을 실행하는 등 모든 작업을 수행할 수 있도록 합니다. 컴퓨터 프로그램은 핵심적으로 컴퓨터가 이해할 수 있는 프로그래밍 언어로 작성된 알고리즘입니다. 컴퓨터 알고리즘은 소셜 미디어가 작동하는 방식, 즉 어떤 게시물이 표시되는지, 어떤 광고가 표시되는지 등에 큰 역할을 합니다. 이러한 결정은 모두 알고리즘에 의해 이루어집니다. Google의 프로그래머는 알고리즘을 사용하여 검색을 최적화하고 사용자가 입력할 내용을 예측하는 등의 작업을 수행합니다. 문제 해결에서 컴퓨터 프로그래밍의 큰 부분은 알고리즘을 공식화하는 방법을 아는 것입니다. 알고리즘적 사고 또는 문제를 해결하기 위한 명확한 단계를 정의하는 능력은 다양한 분야에서 매우 중요합니다. 우리는 의식하지 못하더라도 항상 알고리즘과 알고리즘적 사고를 사용하고 있습니다. 알고리즘적 사고를 통해 학생들은 문제를 세분화하고 개별 단계의 관점에서 솔루션을 개념화할 수 있습니다. 알고리즘을 이해하고 구현할 수 있으려면 학생들이 구조적 사고와 추론 능력을 연습해야 합니다. 일반적인 컴퓨터에는 다른 리소스가 있습니다. 그 중 하나는 컴퓨터 메모리입니다. 실행 단계에서 컴퓨터 프로그램은 어느 정도의 메모리를 필요로 합니다. 일부 프로그램은 다른 프로그램보다 더 많은 메모리 공간을 사용합니다. 컴퓨터 메모리 사용량은 사용된 알고리즘에 따라 다릅니다. 올바른 알고리즘 선택은 프로그램이 최소한의 메모리를 사용하도록 합니다. 메모리 외에도 알고리즘은 프로그램에 필요한 처리 능력의 양을 결정할 수 있습니다. 또한, 프로그래밍에는 문제를 해결하는 다양한 방법이 있습니다. 그러나 사용 가능한 방법의 효율성은 다릅니다. 일부 방법은 다른 방법보다 더 정확한 답변을 제공하는 데 적합합니다. 알고리즘은 문제를 해결하는 가장 좋은 방법을 찾는 데 사용됩니다. 그렇게 함으로써 그들은 프로그램의 효율성을 향상시킵니다. 프로그래밍과 관련하여 효율성은 다른 의미로 사용될 수 있습니다. 그 중 하나는 소프트웨어의 정확성입니다. 최고의 알고리즘을 사용하면 컴퓨터 프로그램이 굉장히 정확한 결과를 생성할 수 있습니다. 이것이 사람들이 알고리즘을 배우는 이유입니다.