Algoritma Nedir? Neden Gereklidir?

Bilgisayar üzerinde bir işlemin yapılabilmesi için bir planlama yapılması ve bu planın için gerekli olan bütün adımların belirlenmesi gerekir. Bu planlamanın terimsel ifadesi ise algoritmadır. Diğer bir ifadeyle ise bazı işlemleri yapması için bilgisayara iletilen işlem basamakları olarak da açıklanır.

Algoritma nedir, sorusunun cevabı oldukça merak edilen bir konudur. Oldukça karmaşık duran bu konu, aynı zamanda bilgisayar üzerinde olmazsa olmaz sistemlerden biridir.

Bir problemin çözülmesi için geliştirilen Algoritma;

Açık,
Yürütülebilir,
Sıralı,
Basit,
Tekrarlanan adımlardan oluşur.

Algoritma Neden Gereklidir?

Hazırlanan algoritmalar hem metin şeklinde, hem sözde kodlar hem de geometrik şekillerde gösterilmektedir. Algoritma nedir, sorusunun cevabının iyi bir şekilde anlaşılabilmesi için algoritmanın ne işe yaradığı konusunda bilgi sahibi olunması gerekir. Hazırlanan başarılı bir algoritma sayesinde;

Program yazmak kolaylaşır.
Hatalı kodlama oranı asgari düzeye iner.
Programın işlem akışı görülür. Böylece program kontrolü kolaylaşır.
Program yazımı pratik hale geldiği için zaman sarfiyatı olmaz.
Sonradan programa ekstra özellik eklenmesi kolaylaşır.
Program hızlı bir şekilde çalışır.
Yazılan program bellekte fazla yer kaplamamalıdır.

Algoritmanın başarılı olabilmesi için tüm ihtimallerin belirtilmesi gerekir ve bu ihtimallerin şansa bırakılmayacak şekilde net olması önemlidir. Ayrıca kağıt halinde belirtilmesi için yazılışı basit olmalıdır.

Algoritma Nasıl Hazırlanır?

Algoritma nedir, nasıl hazırlanır gibi soruların yanıtları karmaşık gibi görünse de aslında oldukça basit ve anlaşılır konulardır. Algoritmalar hazırlanırken;

Öncelikle çözülecek olan problem netleştirilir.
Ardından bu problem iyice incelenir ve bütün olasılıklar irdelenir.
Bu süreçte amaç minimum komutla, minimum sürede en doğru sonuca ulaşılması için çözüm yolu belirlenir.
Yapılacak olan her bir işleme numara verilir.
Problemin çözümü için ihtiyaç duyulan bütün veriler girilir.
Yapılacak işlemler belirtilir.
Son olarak ise bulunan sonuçlar görüntülenerek uygun bir yerde saklanır.

Hazırlanan algoritmanın başarılı sonuçlar verebilmesi için;

Detayların tamamı sıralı bir şekilde anlatılmalıdır.
Bütün işlem adımları esnek olmalıdır. Herhangi bir değişikliğe gerek duyulduğunda güncellemeye uygun olmalıdır.
Program yazımına uygun olmalıdır.
Herhangi bir programlama dilinden bağımsız çalışabilmelidir.

Böylece program sorunsuz bir şekilde çalışır ve program kontrolü sağlanır. Ayrıca algoritma hazırlanırken birçok operatör kullanılmaktadır. Bunlar şu şekildedir:

Matematiksel operatörler
Karşılaştırma operatörleri
Mantıksal işlem operatörleri
Alfasayısal operatörler
Genel işlem operatörleri
Küme işlem operatörleridir.

Algoritma Nedir? İnsan hayatında yapılan planlamanın bilgisayar alanındaki karşılığı olarak kabul edilir. İnsanlar bir işe başlamadan önce mutlaka plan yapar ve planlarını adımlara bölerek başarılı olmayı hedefler. İşte bilgisayar alanında kodlama vb. işlemler yapılırken de algoritma kullanılarak bilgisayardan beklenen işlemlerin gerçekleştirilmesini sağlar. İşlem basamakları olarak da anılan bu kavram problem çözümünde hangi yöntemin seçileceği, kullanılacak araçlar ve elde edilecek sonuçlar noktasında başarılı olunmasını sağlar. Genellikle problem çözme amacıyla üretilen; açık, basit, sıralı ve tekrarı mümkün olan algoritma programlamanın en önemli unsurudur. 3 farklı şekilde hazırlanıp gösterilebilen algoritmalar ihtiyaca göre metin şeklinde, pesudo-codes denilen sözel kodlarla ya da akış çizelgeleri şeklinde ortaya konabilir.

Algoritma Hazırlama Süreci

Temel anlamda problem çözme hedefi ile üretilen bu kavramın başarı elde etmesinde çeşitli etkenler rol oynar. Bu etkenlerden ilki problemin çözümünde kesin sonuç için problemin her yönü ile anlaşılması ve araştırılmasıdır. Aksi takdirde çözüm için üretilecek kodlar başarısız ve yetersiz olacaktır. Başarıya yön veren etkenlerden bir diğeri de en kısa sürede en az komutla en fazla verimin elde edilmesidir. Bu nedenle sonuç odaklı ve sadece çözüme odaklanan kodların üretilmesi önemlidir. Sonrasında algoritma oluşturma aşamasına geçilir. Her adıma bir rakamın verildiği hazırlama sürecinde veri ve yöntemler birleştirilerek bu verilerin kullanım sırası belirlenir. Her şeyin apaçık bir şekilde yapıldığı bu aşamadan sonra sonuç ayrıntılı bir şekilde elde edilir. Algoritma oluşturma sürecinde üretilen algoritmanın programlanmaya müsait olması ve güncellemelere açık olması gerekir.

Algoritma Kavramları

Algoritma’da kullanılan terimleri şu şekilde sıralamak mümkündür;
Tanımlayıcı: Programcının oluşturduğu bütün verilerin açıklanması için kullanılan kelimelere verilen isimdir. Özellikle programın daha anlaşılır olması için tanımlayıcı ifadeler kullanılır. Tanımlayıcı seçiminde harf, rakam ve bazı diğer sınırlamalar bulunduğundan rastgele bir tanımlayıcı seçilemez.

Değişken: Program her başlatıldığında değişen değerler alan bilgilerdir. Programcı isteğine bağlı olarak isimlendirilen değişken tanımlayıcı gibi rastgele isimlendirilemez.

Sabit: Değişkenin tam aksine programda belli ve değişmeyen bilgilerdir.
Sayaç: Bazı programlarda belirli işlemler tekrar eder. Bu nedenle sayaç adı verilen eklentiler kullanılır.

Algoritma Örnekleri

Sıralama Algoritmaları

Sıralama algoritmaları, veri kümelerini belirli bir düzene göre düzenlemek için kullanılır. Hızlı Sıralama (Quick Sort), karmaşıklığı ve hızıyla bilinir. Rastgele seçilen bir “pivot” elemanı etrafında, diziyi pivot’tan küçük ve büyük olmak üzere iki alt diziye bölerek çalışır. Bu işlem, diziler tek bir eleman kalıncaya kadar tekrar eder. Birleştirme Sıralaması (Merge Sort), ise diziyi yarıya böler ve her iki yarıyı da kendi içinde sıralayıp sonra birleştirir. Bu iki sıralama yöntemi, verimlilikleri sayesinde büyük veri kümeleri üzerinde sıklıkla tercih edilir.

Arama Algoritmaları

Arama algoritmaları, bir veri kümesi içinde belirli bir öğenin varlığını kontrol etmek veya öğenin konumunu bulmak için kullanılır. İkili Arama (Binary Search), sıralanmış bir dizide ortadan başlayarak aranan değerin konumunu yarı yarıya daraltarak bulur. Bu yöntem, büyük veri setleri üzerinde çok etkilidir. Doğrusal Arama (Linear Search) ise, dizideki her elemanı baştan sona kadar tek tek kontrol ederek aranan değeri bulur. Basitliği nedeniyle küçük veri kümeleri için uygundur, ancak büyük veri kümelerinde verimsizdir.

Veri Sıkıştırma Algoritmaları

Veri sıkıştırma algoritmaları, bilgiyi daha az yer kaplayacak şekilde kodlayarak verinin depolama alanı ve iletim maliyetlerini azaltmayı amaçlar. Huffman Kodlama, karakterlerin kullanım sıklıklarına göre değişken uzunlukta kodlar atar, böylece sık kullanılan karakterler daha kısa, az kullanılanlar ise daha uzun kodlarla temsil edilir. LZW (Lempel-Ziv-Welch) sıkıştırma ise, tekrar eden dizileri bulup bu dizileri daha kısa bir temsille değiştirerek çalışır. Bu yöntemler, metin, resim ve video dosyalarının sıkıştırılmasında yaygın olarak kullanılır.

Yol Bulma Algoritmaları

Yol bulma algoritmaları, bir noktadan diğerine en iyi veya en kısa yolu bulmak için kullanılır, özellikle harita ve navigasyon sistemlerinde önemlidir. A* (A Yıldız) Algoritması, başlangıç ve hedef noktalar arasında en düşük maliyetli yolu bulmak için hem gerçek uzaklık hem de tahmini uzaklık değerlerini kullanır. Dijkstra’nın Algoritması ise, ağırlıklı graf üzerindeki en kısa yol problemini çözer. Her iki algoritma da çeşitli uygulama alanlarında, özellikle oyun geliştirme ve robotikte yaygın olarak kullanılır.

Algoritma Şekilleri

Döngüler

Döngüler, bir dizi komutun belirli koşullar altında tekrar tekrar çalıştırılmasını sağlar. For Döngüsü, belirli bir sayıda iterasyon için kullanılırken, While Döngüsü belirli bir koşul sağlandığı sürece çalışmaya devam eder. Bu yapılar, veri işleme, otomatik hesaplamalar ve kullanıcı girişlerini işleme gibi görevlerde temel yapı taşlarıdır.

Karar Yapıları

Karar yapıları, belirli koşullara bağlı olarak farklı komut dizilerinin çalıştırılmasını sağlar. If-Else Yapısı, belirli bir koşul doğru ise bir komut dizisi, yanlış ise başka bir komut dizisi çalıştırır. Switch-Case Yapısı ise, bir değişkenin birden fazla değerine göre farklı komutlar çalıştırılmasını sağlar. Bu yapılar, program akışını kontrol etme ve koşullara göre farklı eylemler gerçekleştirme konusunda temeldir.

Fonksiyonlar ve Prosedürler

Fonksiyonlar ve prosedürler, kodun yeniden kullanılabilir parçalar olarak düzenlenmesini sağlar. Yinelemeli Fonksiyonlar kendilerini çağırabilir ve genellikle matematiksel hesaplamalarda, özellikle faktöriyel hesaplama veya Fibonacci dizisi gibi durumlarda kullanılır. Yardımcı Fonksiyonlar, daha büyük bir problemin çözümünde kullanılan küçük işlevleri gerçekleştirir. Bu yapılar, kodun okunabilirliğini ve bakımını kolaylaştırır.

Veri Yapıları ile Çalışmak

Veri yapısı algoritmaları, verileri organize etmek, saklamak ve erişmek için kullanılır. Yığın (Stack), son giren ilk çıkar (LIFO) prensibiyle çalışır ve parantez eşleştirme, geri alma işlemleri gibi durumlarda kullanılır. Kuyruk (Queue), ilk giren ilk çıkar (FIFO) prensibiyle çalışır ve işlem kuyrukları, baskı sıraları gibi uygulamalarda tercih edilir. Bağlı Liste (Linked List), veri elemanlarını bir dizi düğüm aracılığıyla birbirine bağlayarak esnek bir şekilde veri saklar. Bu yapılar, algoritmik problemlerin çözümünde temel araçlardır.

Algoritma Şeması

Akış Diyagramları

Akış diyagramları, bir algoritmanın veya programın adım adım işleyişini grafiksel olarak gösterir. Döngüler, karar noktaları ve işlemler gibi farklı programlama yapılarını çeşitli sembollerle temsil eder. Bu diyagramlar, programın mantığını anlamayı ve hata ayıklamayı kolaylaştırır.

Sahte Kod (Pseudocode)

Sahte kod (Pseudocode), bir algoritmanın adımlarını, gerçek programlama dillerinden bağımsız olarak, anlaşılır bir biçimde açıklar. Bu, algoritmanın mantığını geliştirmek ve tasarım aşamasında fikirleri ifade etmek için kullanılır. Sahte kod, programcıların fikirlerini netleştirmelerine ve algoritmanın gerçek kodunu yazmadan önce potansiyel sorunları tespit etmelerine yardımcı olur.

Grafiksel Gösterimler

Grafiksel gösterimler, veri yapıları ve algoritmaların işleyişini görsel olarak temsil etmek için kullanılır. Ağaç yapıları, verileri hiyerarşik bir şekilde gösterirken; graf yapıları, düğümler arasındaki ilişkileri kenarlarla ifade eder. Bu gösterimler, veri yapılarının ve algoritmaların anlaşılmasını ve analiz edilmesini kolaylaştırır.