10 αλγόριθμοι που αλλάζουν τον κόσμο - οι αλγόριθμοι Dummy

Οι αλγόριθμοι σήμερα εμφανίζονται παντού και ίσως να μην καταλάβετε πόσο αποτέλεσμα έχουν στη ζωή σας. Οι περισσότεροι άνθρωποι συνειδητοποιούν ότι τα ηλεκτρονικά καταστήματα και άλλοι χώροι πώλησης βασίζονται σε αλγόριθμους για να καθορίσουν τα πρόσθετα προϊόντα που προτείνουν βάσει προηγούμενων αγορών. Ωστόσο, οι περισσότεροι άνθρωποι δεν γνωρίζουν τις χρήσεις αλγορίθμων στην ιατρική, πολλές από τις οποίες βοηθούν τον γιατρό να αποφασίσει ποια διάγνωση πρέπει να προσφέρει.

Χρησιμοποιώντας ρουτίνες ταξινόμησης

Χωρίς να παραγγελθούν δεδομένα, ο περισσότερος κόσμος θα σταματήσει. Για να χρησιμοποιήσετε δεδομένα, πρέπει να μπορείτε να τα βρείτε. Μπορείτε να βρείτε εκατοντάδες αλγορίθμων ταξινόμησης σε απευθείας σύνδεση.

Ωστόσο, οι τρεις συνηθέστερες ρουτίνες ταξινόμησης είναι οι Mergesort, Quicksort και Heapsort λόγω της ανώτερης ταχύτητας που παρέχουν. Η ρουτίνα ταξινόμησης που λειτουργεί καλύτερα για την εφαρμογή σας εξαρτάται από τα εξής:

• Τι αναμένετε να κάνει η εφαρμογή < Το είδος των δεδομένων που χρησιμοποιείτε
• Οι υπολογιστικοί πόροι που διαθέτετε

Ψάχνετε για πράγματα με ρουτίνες αναζήτησης

Όπως και με ρουτίνες ταξινόμησης, οι ρουτίνες αναζήτησης εμφανίζονται σχεδόν σε κάθε εφαρμογή οποιασδήποτε μορφής σήμερα. Οι εφαρμογές εμφανίζονται παντού, ακόμη και σε μέρη που ίσως να μην σκέφτονται πάρα πολύ, όπως το αυτοκίνητό σας. Η γρήγορη εύρεση πληροφοριών αποτελεί ουσιαστικό μέρος της καθημερινής ζωής. Όπως με τις ρουτίνες ταξινόμησης, οι ρουτίνες αναζήτησης εμφανίζονται σε όλα τα σχήματα και τα μεγέθη. Στην πραγματικότητα, αν υπάρχει τίποτα, υπάρχουν περισσότερες ρουτίνες αναζήτησης από τις ρουτίνες ταξινόμησης, επειδή οι απαιτήσεις αναζήτησης είναι συχνά πιο επίπονες και πολύπλοκες.

Τα πράγματα με τυχαίους αριθμούς

Όλα τα πράγματα θα ήταν πολύ λιγότερο διασκεδαστικά χωρίς τυχαίο. Για παράδειγμα, φανταστείτε να ξεκινάτε το Solitaire και να βλέπετε ακριβώς το ίδιο παιχνίδι κάθε φορά που το ξεκινάτε. Κανείς δεν θα έπαιζε ένα τέτοιο παιχνίδι. Κατά συνέπεια, η παραγωγή τυχαίων αριθμών αποτελεί ουσιαστικό μέρος της εμπειρίας του παιχνιδιού. Στην πραγματικότητα, ορισμένοι αλγόριθμοι απαιτούν πραγματικά κάποιο επίπεδο τυχαιότητας να λειτουργούν σωστά. Επίσης, διαπιστώνετε ότι οι δοκιμές λειτουργούν καλύτερα όταν χρησιμοποιούνται τυχαίες τιμές σε ορισμένες περιπτώσεις.

Οι αριθμοί που λαμβάνετε από έναν αλγόριθμο είναι στην πραγματικότητα ψευδοτυχαίοι, πράγμα που σημαίνει ότι μπορείτε δυνητικά να προβλέψετε τον επόμενο αριθμό σε μια σειρά γνωρίζοντας τον αλγόριθμο και την τιμή του σπόρου που χρησιμοποιείται για τη δημιουργία του αριθμού. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο αυτές οι πληροφορίες είναι τόσο καλά φυλαγμένες.

Πραγματοποίηση συμπίεσης δεδομένων

Η συμπίεση δεδομένων επηρεάζει κάθε πτυχή του υπολογιστή σήμερα.Για παράδειγμα, τα περισσότερα αρχεία γραφικών, βίντεο και ήχου βασίζονται στη συμπίεση δεδομένων. Χωρίς συμπίεση δεδομένων, δεν θα μπορούσατε να αποκτήσετε το απαιτούμενο επίπεδο απόδοσης για να κάνετε εργασίες όπως οι ροές ταινιών.

Ωστόσο, η συμπίεση δεδομένων βρίσκει ακόμη περισσότερες χρήσεις από τις αναμενόμενες. Σχεδόν κάθε Σύστημα Διαχείρισης Βάσεων Δεδομένων (DBMS) βασίζεται στη συμπίεση δεδομένων για να καταστήσει τα δεδομένα κατάλληλα σε ένα λογικό χώρο στο δίσκο. Το Cloud computing δεν θα λειτουργούσε χωρίς συμπίεση δεδομένων, επειδή η λήψη στοιχείων από το cloud σε τοπικά μηχανήματα θα χρειαζόταν πολύ χρόνο. Ακόμη και οι ιστοσελίδες συχνά βασίζονται στη συμπίεση δεδομένων για να λαμβάνουν πληροφορίες από το ένα μέρος στο άλλο.

Διατήρηση μυστικών δεδομένων

Η έννοια της διατήρησης δεδομένων είναι μυστική. Στην πραγματικότητα, είναι ένας από τους παλαιότερους λόγους να χρησιμοποιήσει κάποιον αλγόριθμο. Η λέξη κρυπτογραφία προέρχεται από δύο ελληνικές λέξεις:

kryptós

(κρυφές ή μυστικές) και graphein (γραφή). Στην πραγματικότητα, οι Έλληνες ήταν ίσως οι πρώτοι χρήστες της κρυπτογραφίας και τα αρχαία κείμενα ανέφεραν ότι ο Ιούλιος Καίσαρ χρησιμοποίησε κρυπτογραφημένα μηνύματα για να επικοινωνήσει με τους στρατηγούς του. Το θέμα είναι ότι η διατήρηση των δεδομένων μυστικών είναι μία από τις μακρύτερες μάχες στην ιστορία. Την στιγμή που ένα κόμμα βρίσκει έναν τρόπο να κρατήσει ένα μυστικό, κάποιος άλλος βρίσκει έναν τρόπο να κάνει το μυστικό κοινό με το σπάσιμο της κρυπτογραφίας. Οι γενικές χρήσεις για κρυπτογραφία με γνώμονα τον υπολογιστή σήμερα περιλαμβάνουν: Εμπιστευτικότητα: Εξασφάλιση ότι κανείς δεν μπορεί να δει τις πληροφορίες που ανταλλάσσονται μεταξύ δύο μερών.

• Ακεραιότητα δεδομένων: Μείωση της πιθανότητας κάποιος ή κάτι να αλλάξει το περιεχόμενο των δεδομένων που μεταφέρονται μεταξύ δύο μερών.
• Έλεγχος ταυτότητας: Προσδιορισμός ταυτότητας ενός ή περισσοτέρων μερών.
• Μη ανατροφοδότηση: Μείωση της ικανότητας ενός κόμματος να πει ότι δεν έχει διαπράξει κάποια συγκεκριμένη ενέργεια.
• Αλλαγή του τομέα δεδομένων Ο μετασχηματισμός Fourier και ο γρήγορος μετασχηματισμός Fourier (FFT) κάνουν μια τεράστια διαφορά στον τρόπο με τον οποίο οι εφαρμογές αντιλαμβάνονται δεδομένα. Αυτοί οι δύο αλγόριθμοι μετασχηματίζουν δεδομένα από τον τομέα συχνοτήτων (πόσο γρήγορα το σήμα ταλαντεύεται) στο πεδίο χρόνου (η χρονική διαφορά μεταξύ αλλαγών σήματος). Στην πραγματικότητα, είναι αδύνατο να αποκτήσετε οποιοδήποτε βαθμό υλικού υπολογιστών χωρίς να έχετε περάσει πολύ χρόνο με αυτούς τους δύο αλγορίθμους εκτενώς. Ο συγχρονισμός είναι το παν.

Γνωρίζοντας πόσο συχνά αλλάζει κάτι, μπορείτε να υπολογίσετε το χρονικό διάστημα μεταξύ των αλλαγών και ως εκ τούτου να ξέρετε πόσο καιρό πρέπει να εκτελέσετε μια εργασία πριν από μια αλλαγή στην κατάσταση απαιτεί να κάνετε κάτι άλλο. Αυτοί οι αλγόριθμοι συνήθως εμφανίζονται σε φίλτρα κάθε είδους. Χωρίς τα αποτελέσματα φιλτραρίσματος αυτών των αλγορίθμων, η αναπαραγωγή βίντεο και ήχου πιστά μέσω μιας ροής σύνδεσης θα ήταν αδύνατη.

Ανάλυση συνδέσμων

Η δυνατότητα ανάλυσης σχέσεων είναι κάτι που έχει κάνει τη σύγχρονη υπολογιστική μοναδική. Στην πραγματικότητα, η δυνατότητα να δημιουργηθεί αρχικά μια αναπαράσταση αυτών των σχέσεων και στη συνέχεια να τις αναλύσουμε είναι το θέμα του Μέρος ΙΙΙ αυτού του βιβλίου. Όλη η ιδέα του ιστού, στην πραγματικότητα, είναι να δημιουργήσει συνδέσεις και η συνδετικότητα ήταν μια εκτίμηση στην αρχή αυτού που έχει γίνει ένα παγκόσμιο φαινόμενο.Χωρίς τη δυνατότητα ανάλυσης και αξιοποίησης συνδέσμων, εφαρμογές όπως οι βάσεις δεδομένων και το ηλεκτρονικό ταχυδρομείο δεν θα λειτουργούσαν. Δεν θα μπορούσατε να επικοινωνείτε καλά με φίλους στο Facebook.

Καθώς ο ιστός έχει ωριμάσει και οι άνθρωποι έχουν γίνει περισσότερο σε αρμονία με συσκευές που κάνουν τη συνδεσιμότητα τόσο απλούστερη όσο και πανταχού παρούσα, εφαρμογές όπως το Facebook και οι περιοχές πωλήσεων όπως το Amazon έχουν κάνει μεγαλύτερη χρήση της ανάλυσης συνδέσμων για να κάνουν πράγματα όπως να σας πουλήσουν περισσότερα προϊόντα.

Εντοπισμός μοτίβων δεδομένων

Τα δεδομένα δεν υπάρχουν σε κενό. Όλοι οι παράγοντες επηρεάζουν τα δεδομένα, συμπεριλαμβανομένων των προκαταλήψεων που δείχνουν το πώς οι άνθρωποι αντιλαμβάνονται τα δεδομένα.

Η ανάλυση των μοτίβων βρίσκεται στην πρώτη γραμμή μερικές από τις πιο εκπληκτικές χρήσεις των ηλεκτρονικών υπολογιστών σήμερα. Για παράδειγμα, το πλαίσιο ανίχνευσης αντικειμένων Viola-Jones καθιστά δυνατή την αναγνώριση προσώπου σε πραγματικό χρόνο. Αυτός ο αλγόριθμος θα μπορούσε να επιτρέψει στους ανθρώπους να δημιουργήσουν καλύτερη ασφάλεια σε μέρη όπως τα αεροδρόμια, όπου τα κακά άτομα ασκούν επί του παρόντος το εμπόριο τους. Παρόμοιοι αλγόριθμοι θα μπορούσαν να βοηθήσουν τον γιατρό σας να ανιχνεύσει καρκίνους διαφόρων ειδών πολύ πριν ο καρκίνος είναι ορατός στο ανθρώπινο μάτι. Η προηγούμενη ανίχνευση καθιστά μια πλήρη ανάκτηση υψηλότερη πιθανότητα. Το ίδιο ισχύει και για όλα τα είδη άλλων ιατρικών προβλημάτων (όπως η εύρεση οστικών καταγμάτων που είναι σήμερα πολύ μικρά για να δουν αλλά να προκαλέσουν πόνο εν τούτοις).

Μπορείτε επίσης να βρείτε την αναγνώριση προτύπων που χρησιμοποιείται για πιο εγκάρδιους σκοπούς. Για παράδειγμα, η ανάλυση προτύπου επιτρέπει στους χρήστες να ανιχνεύουν πιθανά προβλήματα κυκλοφορίας πριν εμφανιστούν. Είναι επίσης δυνατό να χρησιμοποιηθεί ανάλυση προτύπων για να βοηθηθούν οι αγρότες να καλλιεργούν περισσότερα τρόφιμα με χαμηλότερο κόστος εφαρμόζοντας νερό και λίπασμα μόνο όταν είναι απαραίτητο. Η χρήση της αναγνώρισης προτύπων μπορεί επίσης να βοηθήσει να μετακινηθούν τα αεροσκάφη γύρω από τα χωράφια, έτσι ώστε ο αγρότης να γίνει πιο αποτελεσματικός από πλευράς χρόνου και μπορεί να λειτουργήσει περισσότερο έδαφος με χαμηλότερο κόστος. Χωρίς αλγόριθμους, αυτά τα είδη μοτίβων, τα οποία έχουν τόσο μεγάλη επίδραση στην καθημερινή ζωή, δεν μπορούν να αναγνωριστούν.

Αντιμετώπιση της αυτοματοποίησης και των αυτόματων αποκρίσεων

Ο αλγόριθμος αναλογικού αναπόσπαστου παραγώγου είναι πολύ μπουκώδης. Απλά προσπαθήστε να το πείτε τρεις φορές γρήγορα! Ωστόσο, είναι ένας από τους πιο σημαντικούς μυστικούς αλγορίθμους για τους οποίους δεν έχετε ακούσει ποτέ, αλλά βασίζεστε καθημερινά. Αυτός ο συγκεκριμένος αλγόριθμος βασίζεται σε ένα μηχανισμό ανάδρασης βρόγχου ελέγχου για την ελαχιστοποίηση του σφάλματος μεταξύ του επιθυμητού σήματος εξόδου και του πραγματικού σήματος εξόδου. Βλέπετε ότι χρησιμοποιείται σε όλο τον χώρο για τον έλεγχο της αυτοματοποίησης και των αυτόματων απαντήσεων. Για παράδειγμα, όταν το αυτοκίνητό σας μπαίνει σε μια ολίσθηση επειδή σπάτε πολύ σκληρά, αυτός ο αλγόριθμος βοηθάει στην εξασφάλιση ότι το αυτόματο σύστημα σπασίματος (ABS) λειτουργεί πραγματικά όπως έχει προβλεφθεί. Διαφορετικά, το ABS θα μπορούσε να αντισταθμίσει υπερβολικά και να κάνει τα πράγματα χειρότερα.

Σχεδόν κάθε μορφή μηχανής χρησιμοποιεί σήμερα τον αναλογικό αναλυτικό παράγωγο αλγόριθμο. Στην πραγματικότητα, η ρομποτική δεν θα ήταν δυνατή χωρίς αυτό. Φανταστείτε τι θα συμβεί σε ένα εργοστάσιο αν όλα τα ρομπότ συνεχώς υπεραντισταθμιστούν για κάθε δραστηριότητα στην οποία ασχολούνταν. Το χάος που θα προκύψει γρήγορα θα πείσει τους ιδιοκτήτες να σταματήσουν να χρησιμοποιούν μηχανές για οποιονδήποτε σκοπό.

Δημιουργία μοναδικών αναγνωριστικών

Φαίνεται σαν να είμαστε όλοι απλά ένας αριθμός.Στην πραγματικότητα, δεν είναι μόνο ένας αριθμός - πολλά και πολλοί αριθμοί. Κάθε μία από τις πιστωτικές μας κάρτες έχει έναν αριθμό, όπως και η άδεια οδήγησης μας, όπως και το κυβερνητικό μας αναγνωριστικό, όπως και όλες οι άλλες επιχειρήσεις και οργανισμοί. Οι άνθρωποι πρέπει πραγματικά να τηρούν τους καταλόγους όλων των αριθμών, επειδή απλά έχουν πάρα πολλά να τα παρακολουθήσουν. Ωστόσο, κάθε ένας από αυτούς τους αριθμούς πρέπει να προσδιορίζει το άτομο με μοναδικό τρόπο σε κάποιο μέρος. Πίσω από όλη αυτή τη μοναδικότητα υπάρχουν διάφορα είδη αλγορίθμων.