Bazen de bir işletme veya yönetimin otomasyonunu sağlamak amacı ile bu tip problemler tanımlanır.

Transkript

1 Problem Nedir? Bir işlemin, otomasyonun ya da bilimsel hesaplamanın bilgisayarla çözülmesi fikrinin ortaya çıkmasına problem denir. Bu tip fikirlerde insanların bu sorunları beyinle çözmeleri ya imkânsızdır ya da çok zor ve zaman alıcıdır. Bu tip bir sorunu bilgisayarla çözebilme fikrinin ortaya çıkması bir bilgisayar probleminin ortaya çıkmasına neden olmuştur. Bazen de bir işletme veya yönetimin otomasyonunu sağlamak amacı ile bu tip problemler tanımlanır. Problem Çözme Problemi çözebilmek için öncelikle sorunun çok net olarak programcı tarafından anlaşılmış olması gerekir. Tüm ihtiyaçlar ve istekler belirlenmelidir. Gerekiyorsa bu işlem için birebir görüşmeler planlanmalı ve bu görüşmeler gerçekleştirilmelidir. Problemin Çözümüne ilişkin zihinsel alıştırmalar yapılır. Bu alıştırmaların Bilgisayar çözümüne yakın olması hedeflenmelidir. Bir sorunun tabii ki birden fazla çözümü olabilir. Bu durumda bilgisayar ile en uygun çözüm seçilmelidir. Çünkü bazen pratik çözümler bilgisayarlar için uygun olmayabilir. Bilgisayar yazılımlarının genel amacı; var olan bir problemi çözmektir. Problem, tüm bilim alanlarında hatta gündelik yaşamda karşılaştığımız ve kendisine özel çözüm yolları olan bir kavramdır. Bizde problemleri, bir bilgisayar yazılımcısının düşünme ve çözme mantığı ile aşmaya çalışacağız. Problem Çözme Tekniği (Descartes e göre): 1. Doğruluğu kesin olarak kanıtlanmadıkça, hiçbir şeyi doğru olarak kabul etmeyin; tahmin ve önyargılardan kaçının. 2. Karşılaştığınız her güçlüğü mümkün olduğu kadar çok parçaya bölün. 3. Düzenli bir biçimde düşünün; anlaşılması en kolay olan şeylerle başlayıp yavaş yavaş daha zor ve karmaşık olanlara doğru ilerleyin. 4. Olaya bakışınız çok genel, hazırladığınız ayrıntılı liste ise hiçbir şeyi dışarıda bırakmayacak kadar kusursuz ve eksiksiz olsun. Problem çözme sırası: 1. Problemi anlama (Understanding, Analyzing), 2. Bir çözüm yolu geliştirme (Designing), 3. Algoritma ve program yazma (Writing), 4. Tekrar tekrar test etme (Reviewing) Bir problemi çözmek için yazılacak programda, genel olarak, aşağıdaki yazılım geliştirme aşamaları uygulanmalıdır.

2 Şekilde de görüldüğü üzere adımlardan birinde bir sorunla karşılaşılırsa bu sorunu çözebilmek için bir önceki adıma geri dönmek gerekecektir. Bu geri dönüş bazen bir kaç adım olabilir. Sistem Analizi: Sorunun çözülebilmesi için tamamen anlaşılmasını sağlayan çalışmalardır. Tasarım: İsteklerle ilgili olarak belirlenen bir takım çözümlerin tanımlanmasıdır. Algoritma: Çözümün adımlarla ifade edilmesidir. Akış Çizgesi: Algoritmanın şekillerle ifade edilmesidir. Programlama Stili: Her yiğidin yoğurt yiyişi farklıdır. Aynı şekilde her programcı programındaki mantığı farklı kurar bu her programcının kendine özgün bir stili var anlamına gelir. Ancak bunun yanında her programcının programın sağlığı bakımından dikkat etmesi gereken şeyler vardır. Örneğin kodlar açık olmalıdır. Kullanılan değişkenler kullanıldıkları amacı anlatır tarzda isimlendirilmelidir. Program içi dokümantasyona mutlaka önem verilmelidir. Programlama Dili Seçimi: Çözümün netleşmesinden sonra yapılacak işlemleri kolay bir şekilde bilgisayar ortamına aktaracak dilin seçilmesidir. Önemli olan bu dilin özelliklerinin programcı tarafından iyi bilinmesidir. Programın Yazılması: Seçilen programlama dilinin kuralları kullanılarak program yazılmaya başlanır. Bu amaçla çoğunlukla sade bir metin editörü kullanılır. Bazı durumlarda Syntax Highlighting denilen bir özelliğe sahip olan daha akıllı editörler de kullanılabilir. Bazen de editör ile programlama dilinin derleyicisinin, bağlayıcısının hatta hata ayıklayıcısının iç içe bulunduğu IDE (Integrated Development Environment) denilen türde derleyiciler kullanılır. Derleme: Programlama Dili ile yazılmış programın yazım hatalarının olup olmadığının kontrol edilmesini ve ara kod olarak obje kodun üretilmesini sağlama adımıdır. Bağlama: Derlenmiş ara kod diğer kütüphane ve parça programlarla birleştirilerek makine dilinde programın oluşturulması adımıdır. Ancak bazı IDE ortamlarda ve derleyicilerde Derleme ve Bağlama bir bütündür ve beraberce halledilirler. Programcının ayrıca bir bağlama işlemi yapması gerekmez işlemi yapması gerekmez. Çalıştırma: Oluşturulan makine dili programının çalıştırılması adımıdır. Yukarıdaki adımların hepsi yolunda gittiyse program sorunsuz olarak çalışabilmelidir. Test: Programın mantıksal olarak test edilmesini sağlar ve içerik olarak her ihtimal için doğru sonuçlar üretip üretmediğini kontrol etmenizi sağlar. Yazılım Geliştirme Aşamaları: 1. Problemin Analizi: Tasarım: Problemi çözmek için kullanılacak çözüm adımlarını gösteren bir liste yapılması gereklidir. Bir problemin çözüm adımlarını gösteren bu listeye algoritma denir. Böyle bir liste tasarlanırken, ilk önce problemin ana adımları çıkarılır; daha sonra her adım için, gerekiyorsa, daha ayrıntılı bir çözüm tasarlanır. 2. Kodlama: Kâğıt üzerinde geliştirilen algoritma, programcının tercih ettiği bir programlama diline çevrilir. 3. Test etme: Program değişik girdiler ile çalıştırılarak ürettiği sonuçlar kontrol edilerek test işlemi gerçekleştirilir. Sonuçlar beklendiği gibi ise, programın doğru çalıştığı kanıtlanmış olunur; değilse doğru çalışmayan kısımları tespit edilerek düzeltilir. 4. Belgeleme: Bütün bu çalışmaların belli bir dosyalama sistemi içinde belgeler halinde saklanmasının sağlandığı aşamadır.

3 5. Bakım: Programın güncel koşullara göre yeniden düzenlenmesini içeren bir konudur. Oluşan hataların giderilmesi, yeni eklemeler yapılması ya da programın teknolojisinin yenilenmesi gibi işlemlerdir. Algoritmanın Tarihi ALGORİTMA Algoritma sözcüğü, Özbekistan'ın Harezm, bugünkü Türkmenistan'ın Khiva kentinde doğmuş olan, IX. yüzyılda cebir alanındaki çalışmalarını kitaba dökerek matematiğe büyük bir katkı sağlayan, Ebu Abdullah Muhammed İbn Musa el Harezmî adındaki İran'lı âlimden kaynaklanır. "Hisab el-cebir ve el-mukabala الجبر و المقابلة) "(حساب kitabı dünyanın ilk cebir kitabı ve aynı zamanda ilk algoritma koleksiyonunu oluşturur. Latince çevirisi Avrupa'da çok ilgi görür. Âlimin ismini telaffuz edemeyen Avrupalılar "algorizm" sözcüğünü "Arap sayıları kullanarak aritmetik problemler çözme kuralları" manasında kullanırlar. Bu sözcük daha sonra Algoritma ya dönüşür. Algoritma Nedir? Kelime anlamı olarak algoritma, bir amaç için oluşturulan yöntemin sonuç elde edilinceye kadar sürdürülmesidir. Başka bir deyişle algoritma, belirli bir kurala bağlı olarak yapılan her türlü hesaplamaya verilen isimdir. Matematikte ise algoritma bir sorunun yanıtını ya da da bir problemin çözümünü sonlu sayıda aşmada veren sistematik yöntemdir. Algoritma, sezgisel çözümlemeye ve deneme-yanılmaya karşıt olan bir yöntemdir. Algoritmalar özel durumlara çözüm sunmazlar, genel çözümlerin işlem adımlarını içerirler. Algoritma ve Bilgisayar Hayatı kolaylaştırmak için geliştirilen bilgisayarların temel amacı, doğadaki problemleri çözebilmektir. Problemlerin bilgisayarlara aktarılmasında algoritmalar bir köprü konumundadır. Bir problemin bilgisayar modelini oluşturabilmek için önce problemi anlayarak analiz etmek ve çözüm yollarını ortaya koymak gerekir. Diğer bir deyişle problemin ve çözümün algoritması geliştirilir. Bir bilgisayar, problemin nasıl çözüleceği konusunda insanlara yardımcı olamaz. Sadece insanların çözüm için gösterdiği yollardan giderek istenenleri hatasız olarak uygular. Bilgisayarın doğru sonuca ulaşabilmesi için kendisine gösterilen çözüm yolunda hiçbir belirsizlikle karşılaşmaması gerekir. Bu nedenle hazırlanacak algoritmada her türlü detay önceden düşünülmeli ve karşılaşılabilecek değişik durumlarda bilgisayarın çözüme nasıl devam edeceği bildirilmiş olmalıdır. Bir algoritma sonluluk, kesinlik ve genellik özelliklerine sahip olmalıdır. Bir problem çözülürken biri algoritmik, diğeri herustic (sezgisel) olarak adlandırılan iki yaklaşım vardır. Algoritmik yaklaşımda, çözüm için olası var olan (daha önceden geliştirilmiş olan) yöntemlerden en uygun olanı seçilir ve yapılması gerekenler adım adım ortaya koyulur; böyle bir yöntemde her şey apaçık ortadadır. Herustic yaklaşımda ise, çözüm açıkça ortada değildir; problemin çözümü tasarımcının o andaki deneyimi, birikimi ve o andaki düşüncesine göre şekillendirilir. Genel olarak, program tasarımcısı, algoritmik yaklaşımla çözemediği ancak çözmek zorunda olduğu problemler için farkında olmadan heuristic yaklaşımla çözdüğü görülmektedir. Bir problemin algoritmik yaklaşımla çözülebilmesi için eğitim gerekir; yani tasarımcı var olan veri yapılarını, veri modellerini ve bunlar üzerinde geliştirilmiş algoritmaları bilmelidir ki, bunlar arasında çözüm için en uygun seçimi yapabilsin. Eğer temel yapılar ve yaklaşımlar yeteri kadar bilinmiyorsa algoritmik çözüm pek yapılamaz; onun yerine istemeden de olsa heuristic yaklaşımın yolu tutulur. Genel olarak kendi kendini yetiştiren ve eğitimi zayıf olan tasarımcılar bu yolu tutarlar; mecburen(!) Algoritmik Yaklaşım: Algoritma, herhangi bir sorunun çözümü için izlenecek yol anlamına gelmektedir. Çözüm için yapılması gereken işlemler hiçbir alternatif yoruma izin vermeksizin sözel olarak ifade edilir. Diğer bir deyişle algoritma, verilerin,

4 bilgisayara hangi çevre biriminden girileceğinin, problemin nasıl çözüleceğinin, hangi basamaklardan geçirilerek sonuç alınacağının, sonucun nasıl ve nereye yazılacağının sözel olarak ifade edilmesi biçiminde tanımlanabilir. Algoritma hazırlanırken, çözüm için yapılması gerekli işlemler, öncelik sıraları göz önünde bulundurularak ayrıntılı bir biçimde tanımlanmalıdırlar. Bir algoritma için aşağıdaki ifadelerin mutlaka doğrulanması gereklidir. Her adım son derece belirleyici olmalıdır. Hiç bir şey şansa bağlı olmamalıdır. Belirli bir sayıda adım sonunda algoritma sonlanmalıdır. Algoritmalar karşılaşılabilecek tüm ihtimalleri ele alabilecek kadar genel olmalıdır. Algoritmalar iki farklı şekilde kâğıt üzerinde ifade edilebilirler; 1. Pseudo Code (Kaba Kod veya Yalancı Kod veya Sözde Kod), bir algoritmanın yarı programlama dili kuralı, yarı konuşma diline dönük olarak ortaya koyulması/ tanımlanmasıdır. Bu şekilde gösterim algoritmayı genel hatlarıyla yansıtır. 2. Akış şeması, algoritmanın görsel/şekilsel olarak ortaya koyulmasıdır. Problemin çözümü için yapılması gerekenleri, başından sonuna kadar, geometrik şekillerden oluşan simgelerle gösterir. 1. Pseudo Code (Kaba Kod veya Yalancı Kod veya Sözde Kod): Kaba-kod (PseudoCode), bir algoritmanın yarı programlama dili kuralı, yarı konuşma diline dönük ortaya koyularak ifade edilmesidir. Kaba-kod, problemin adı üzerinde kabaca tasarlanmasıdır. Gerçek kod ise, algoritmanın herhangi bir programlama diliyle, belirli bir veri yapısı üzerinde gerçekleştirilmiş halidir. Bir algoritmanın gerçek kodu, yalnızca, tasarlandığı veri yapısı üzerinde koşar; veri yapısı değiştirildiğinde algoritmanın gerçek kodu üzerinde oynamalar yapılmalıdır. Örneğin, elemanları bir dizi üzerinde tutulan kümenin sıralanması için gerçekleştirilen gerçek kod, elemanlar bağlantı liste şeklinde tutulan bir kümenin elemanlarını sıralamaz. Bağlantılı lisenin veri yapısı dizi şeklinde tutulmasından faklıdır. Bir algoritma kaba-kod ile verilirse, algoritmanın davranışı daha kolay gösterilir ve her türlü veri yapısına fazla zahmet edilmeden uyarlanabilir. Bu nedenle algoritma tasarımcıları geliştirdikleri algoritmaları kaba-kod şeklinde gösterirler. Kaba-kod verilen bir algoritma, genel olarak veri yapıları ve algoritmaları konusuna hâkim bir program tasarımcısı tarafından kolayca gerçekleştirilir. Örnek: Verilen bir sıcaklık derecesine göre suyun durumunu belirten bir sözde program yazınız. Örnek Giriş/Çıkış -Bu Program, Sıcaklığa göre suyun durumunu gösterir -Su, Buz, Buhar Lütfen derece cinsinden sıcaklığı giriniz: 140 -BUHAR elde edeceksiniz. İstenilen programın Pseudo Kodu: 1. Program açıklama mesajı yaz. 2. Kullanıcın sıcaklığı girmesi için bir uyarı mesajı yaz. 3. Girilen Sıcaklığı Oku. 4. Eğer Sıcaklık < 0 ise Durum= Buz 5. Eğer Sıcaklık >= 100 ise Durum= Buhar 6. Değilse Durum = Su 7. Sonucu Yaz.

5 2. Akış Diyagramları (Şemaları) (Flow Charts): Akış şeması, algoritmanın görsel/şekilsel olarak ortaya koyulmasıdır; problemin çözümü için yapılması gerekenleri, başından sonuna kadar, geometrik şekillerden oluşan simgelerle gösterir. Her simge, genel olarak, yapılacak bir işi veya komutu gösterir. Akış şemaları, özellikle görsel öğrenme veya anlamaya yatkın program tasarımcıları için veya algoritmik düşünceyi tam oturtamamış veya algoritmik düşünce tarzına geçiş yapmamış tasarımcılar için iyi bir yöntemdir. Program tasarımcılarının, deneyim kazandıkça, daha çok kaba-kod ile tasarım yaptıkları görülmektedir. Ancak, akış şemasının beyninde canlandıramayan programcılarında, doğrudan kaba-kod tasarımı yapmaları oldukça güçtür. NOT: Akış şemaları, özellikle program tasarımına yeni başlayanlar için sayısal algoritmik düşüncenin başlangıç noktasıdır denilebilir ve algoritmayı tasarlayan ile kodlayanın farklı olacağı projelerde önemli bir araçtır. Ancak deneyimli program tasarımcıları daha çok algoritmanın kaba-kodunun tasarımıyla uğraşmaktadırlar. Uygulamada çoğunlukla, yazılacak programlar için önce programın ana adımlarını (bölümlerini) gösteren genel bir bakış akış şeması hazırlanır. Daha sonra her adım için ayrıntılı akış şemalarının çizimi vardır. En basit şekliyle dikdörtgen kutulardan ve oklardan oluşur. Akış şeması sembolleri ANSI (American National Standards Institute) standardı olarak belirlenmiş ve tüm dünyada kullanılmaktadır. Her simge, yapılacak bir işi veya komutu gösterir. Akış şemalarının hazırlanmasında aşağıda yer alan simgeler kullanılır.