ما أهمية خوارزميات البحث المختلفة

لا يمر يومٌ إلا ونضطر للبحث عن شيءٍ ما عبر الإنترنت أو الحاسوب الشخصي، وكما نعلم هناك الكثير من البيانات المُخزّنة، بحيث عندما يطلب المستخدم بعض البيانات، يتعين على الكمبيوتر البحث في ذاكرته وإتاحتها للمستخدم، وللبحث في الذاكرة بهذه السرعة يستخدم الكمبيوتر تقنياتٍ خاصةً به تسمى خوارزميات البحث وهي موضوعنا اليوم.

خوارزمية البحث هي الإجراء التدريجي المستخدم لتحديد موقع بياناتٍ محددةٍ بين مجموعةٍ من البيانات، ويُعتبَر إجراءً أساسيًا في الحوسبة وعلم الكمبيوتر.

تستخدم جميع خوارزميات البحث مفتاح البحث من أجل القيام بالإجراء، ومن المتوقع أن ترجع خوارزميات البحث بحالة نجاح أو فشل، أي البيانات المنطقية أو “Boolean” والتي تخضع احتمالين فقط هما: True (صح) أو False (خطأ).

عند البحث عن البيانات، يكمن الاختلاف بين التطبيق السريع والتطبيق البطيء في غالب الأحيان، حسب خوارزمية البحث المُستخدمة، حيث تتوفر خوارزميات بحثٍ مختلفةٌ حسب الأداء والكفاءة، كما أن البيانات نفسها تؤثر على الخوارزمية التي يتم استخدامها.

تم تصميم خوارزميات البحث، للتحقق من وجود عنصرٍ أو استرداد عنصرٍ من أي بنية بياناتٍ يتم تخزينه فيها، وبناءً على نوع عملية البحث، يتم تصنيف هذه الخوارزميات بشكلٍ عام في فئتين:

تشكل خوارزميات البحث المختلفة جزءًا مهمًّا للعديد من البرامج، فهي تُستَخدم ضمن عدة مجالاتٍ، مثل البحث عن السجل الخاص بك ضمن قاعدة بيانات مصلحة الضرائب، كما تقوم خوارزميات البحث الأخرى بإتاحة حلولٍ افتراضيةٍ، مثل تلك التي تبحث عن أفضل تحركات الشطرنج.

على الرغم من أن المبرمجين يمكنهم الاختيار من بين العديد من خوارزميات البحث، ولكن بالمجمل يختارون الخوارزمية التي تتوافق مع حجم وهيكل قاعدة البيانات لتوفير تجربة استخدامٍ سهلةٍ.

البحث الخطي هو الخوارزمية المفضلة للقوائم القصيرة، لأنها بسيطةٌ وتتطلب الحد الأدنى من التعليمات البرمجية لتطبيقها، تبحث خوارزمية البحث الخطي في عنصر القائمة الأول لمعرفة ما إذا كنت تبحث عنه أم لا، وإذا كان كذلك، فقد انتهيت، وإذا لم يكن كذلك، فإنها تبحث في العنصر التالي وعلى هذا المنوال.

يعد البحث الثنائي الخوارزمية المُستخدمة لقواعد البيانات الكبيرة ذات السجل المُرتب حسب المفتاح الرقمي، كالمرشحين ضمن قاعدة بيانات مصلحة الضرائب التي تم إدخالها بواسطة رقم الضمان الاجتماعي وسجلات إدارة المرور المرتبطة بأرقام رخصة القيادة، حيث تبدأ الخوارزمية في منتصف قاعدة البيانات، فإذا كان الرقم المطلوب أكبر من الرقم الأوسط، فسيستمر البحث إلى النصف العلوي من قاعدة البيانات، أما إذا كان الرقم المطلوب أصغر من الرقم الأوسط، فسيستمر البحث إلى النصف السفلي من قاعدة البيانات.

كما نرى هذا البحث أكثر تعقيدًا من البحث الخطي، لكن بالنسبة لقواعد البيانات الكبيرة، فهو أسرع بكثيرٍ من البحث الخطي.

يعمل البحث الشجري فقط إذا كانت بينة البيانات تتوافق مع البنية الشجرية، حيث تبدأ قاعدة البيانات من جذرٍ و تنتقل إلى عددٍ قليلٍ من العناصر، وكلٌّ منها ينتقل إلى عددٍ قليلٍ من العناصر وما إلى ذلك حتى يكون لدينا البنية الشجرية، مثالٌ واحدٌ على هذا النمط هو لعبة الشطرنج، حيث أن ضع الرقعة المُعتاد هو الجذر، بينما تمثل التحركات القانونية من هذا الموضع خطوةً واحدةً بعيدةً عن الجذر، وهكذا حتى يجد اللاعب وضع الذي يجعله في أفضل وضع.

يعد هذا البحث هو أحد وسائل الذكاء الاصطناعي، حيث أن هذه الخوارزمية تبحث عن "الحل الأمثل" معبرةً عنه كسلسلةٍ من البيانات، مثل قائمة الأبعاد الداخلية لمحركٍ نفاثٍ يوفر أقصى قوة دفع.

يبدأ البحث بمجموعةٍ عشوائيةٍ من السلاسل والاختبارات لكل واحدةٍ، مع الحفاظ على أفضلها للحصول على الجيل التالي، يستمر البرنامج بتكرار هذه العملية حتى تصل إلى سلسلة حلولٍ مثاليةٍ.

نحن في عصر الخوارزميات فهي تحل مهامنا اليومية، التي لن نكون قادرين على حلها لوحدنا، كما أنها تجعل حياتنا أكثر راحةً وقد تتمكن في المستقبل من التنبؤ بسلوكنا.