Thuật toán là gì? Thuật toán có vai trò quan trọng như thế nào trong lập trình? Có bao nhiêu loại thuật toán được sử dụng trong lập trình? Nếu như bạn đang thắc mắc về những vấn đề như thế này thì đừng bỏ qua bài viết sau đây để hiểu rõ hơn về thuật toán.
Thuật toán là gì?
Hiện nay, các đơn vị công ty, doanh nghiệp công nghệ, điện tử,… đều quan tâm đề cập đến thuật toán trong phỏng vấn giống như là một cửa ải lớn buộc ứng viên vượt qua. Đây cũng chính là một trong nhiều cách hay giúp nhà tuyển dụng và sàng lọc, kiểm tra mức độ tư duy logic của ứng viên.
Thuật toán là gì? Hiểu theo một cách đơn giản, thuật toán chính là danh sách các hướng dẫn và quy tắc mà máy tính mà cần thực hiện để hoàn thành một tác vụ. Về mặt bản chất, các thuật toán cũng chính là một loạt các chỉ dẫn được tuân thủ theo từng bước để làm điều gì đó khá là hữu ích hoặc giải quyết một vấn đề.
Ví dụ, bạn cũng có thể coi một công thức nấu ăn chính là một thuật toán để làm một chiếc bánh. Và các chìa khóa là “thuật toán” để có thể giải quyết “vấn đề” là chiếc hòm. Khi bạn không có chìa khóa hoặc dùng sai chìa khóa, bạn sẽ có thể không thể mở được chiếc hòm kho báu. Hoặc bạn cũng sẽ phải dùng “bạo lực” để phá vỡ chiếc hòm. Điều đó sẽ khiến báu vật bên trong bị sứt mẻ, méo mó, bị thiếu toàn vẹn. Mỗi chiếc hòm sẽ cần một loại chìa khóa khác nhau, không hề có chiếc chìa khóa nào mở được tất cả các loại hòm, cũng như không có thuật toán nào giải quyết được cho mọi vấn đề.
Các thuật toán về máy tính hoạt động thông qua đầu vào và đầu ra. Họ sẽ lấy đầu vào và áp dụng từng bước của thuật toán dành cho thông tin đó để tạo ra đầu ra.
Đặc trưng của các loại thuật toán là gì?
Nó được đặc trưng bởi cả 5 yếu tố, bao gồm:
Tính xác định
Thuật toán để xác định là các thuật toán thực hiện một số các bước cố định và luôn kết thúc với trạng thái chấp nhận hoặc là từ chối với cùng một kết quả. Những loại thuật toán có kết quả ngẫu nhiên sẽ được gọi là không xác định.
Tính tổng quát
Thuật toán có thể được gọi là có tính tổng quát khi áp dụng ngay được cho mọi trường hợp chứ không phải chỉ áp dụng được cho 1 – 2 trường hợp cụ thể nào đó. Ví dụ, cả bài toán giải phương trình bậc 2 bằng công thức Delta đảm bảo được tính chất kiểu này vì nó luôn giải được với mọi giá trị là a, b, c bất kỳ.
Tuy nhiên, không phải là lúc nào tính tổng quát cũng sẽ được đảm bảo. Trên thực tế, có cả những thời điểm, người ta sẽ chỉ xây dựng các loại thuật toán cho một dạng bài toán đặc trưng.
Tính hiệu quả
Tính hiệu quả của các thuật toán liên quan đến lượng tài nguyên để tính toán được sử dụng. Nó xem xét lượng thời gian và cả dung lượng cần thiết để chạy một thuật toán cụ thể.
Tính đúng
Thuật toán sẽ cần đảm bảo tính đúng đắn, nghĩa là sau khi đã đưa dữ liệu vào nó có thể hoạt động và đưa ra kết quả đúng như ý muốn. Tuy nhiên, đây cũng chính là tính chất khó đạt tới nhất. Điều này sẽ tương tự như khi ta giải một bài toán, tất cả mọi chúng ta đều mong đưa ra một đáp án đúng, nhưng không phải lúc nào cũng đạt được.
Việc chứng minh cho tính đúng đắn của thuật toán rất quan trọng. Đối với rất nhiều vấn đề, không thể khẳng định được độ tin cậy của một thuật toán cho đến khi mà nó đưa ra đầu ra chính xác cho mỗi đầu vào hợp lệ.
Tính hữu hạn
Một thuật toán thì sẽ nên có số bước hữu hạn và kết thúc sau một khoảng thời gian thực hiện nhất định. Khi không đáp ứng ngay được đặc điểm này, nó sẽ có thể bị lặp vô tận, không cho kết quả như là chúng ta mong muốn. Tính hữu hạn cũng chính là tính chất dễ bị vi phạm nhất, thường do sai sót khi trình bày.
| B1. Hỏi về giá trị của n.
B2. S = 0 B3. i = 1 B4. Nếu i = n+1 thì chuyển sang bước B8, ngược lại sang bước B5 B5. Cộng thêm i vào S B6. Cộng thêm 2 vào i B7. Quay lại với bước B4. B8. Tổng cần tìm sẽ chính là S. |
Bạn hãy quan sát theo bước 4 của ví dụ trên, tại đây ta sẽ muốn kết thúc thuật toán khi giá trị i vượt quá n. Tuy nhiên, nếu như thay vì viết “nếu i lớn hơn n” thì ta sẽ viết “nếu i = n+1”. Theo toán học, “i = n+1” đồng nghĩa với “i lớn hơn là n”. Tuy nhiên, cần phải lưu ý rằng, không phải lúc nào điều kiện “i = n+1” cũng xảy ra.
i = 1 là một số lẻ thì sau mỗi bước, i được tăng thêm là 2 nên i luôn là số lẻ.
- Trường hợp n là một loại số chẵn thì n+1 là số lẻ, nên sau một số bước i = n+1.
- Trường hợp n là một loại số lẻ thì n+1 là số chẵn. Vì i là số lẻ, nên cho dù qua bao nhiêu bước i vẫn không bằng là n+1. Khi đó, các loại thuật toán này sẽ bị lặp vô tận.
Tại sao bạn cần phải sử dụng thuật toán?
Bạn sẽ có thể trở thành một lập trình viên mà bạn không học thuật toán, nhưng nếu như các bạn muốn trở thành một lập trình viên giỏi thì việc bạn phải học thuật toán là điều không thể bỏ qua. Lý do đó chính là bởi thuật toán mang đến rất nhiều lợi ích.
Nâng cao được hiệu quả của một chương trình máy tính
Trong lập trình, có rất nhiều cách khác nhau để giải quyết vấn đề. Và cũng có hiệu quả của các phương pháp cũng không hề là giống nhau. Một số các loại phương pháp đưa ra câu trả lời chính xác, nhanh hơn hẳn so với những phương pháp khác. Và đối với các thuật toán được sử dụng để tìm ra cách giải quyết vấn đề tốt nhất.
Tiết kiệm tài nguyên
Máy tính hiện tại sử dụng nhiều tài nguyên nguyên khác nhau. Một trong số đó chính xác là bộ nhớ. Trong giai đoạn thực thi, mỗi một chương trình máy tính sẽ yêu cầu một lượng bộ nhớ quan trọng nhất định. Một số chương trình sử dụng nhiều các không gian lưu trữ hơn những chương trình khác.
Việc lựa chọn được đúng thuật toán sẽ đảm bảo chương trình sử dụng được ít không gian lưu trữ hơn, đồng nghĩa với một việc tiết kiệm dung lượng bộ nhớ.
Tiết kiệm chi phí
Chọn đúng các thuật toán giúp cải thiện tốc độ hoạt động của các chương trình, tiết kiệm được dung lượng bộ nhớ. Điều đó đồng nghĩa với công việc bạn đang tiết kiệm chi phí.
12 thuật toán cơ bản mà một lập trình viên cần biết
Sau đây sẽ là các thuật toán cơ bản lập trình viên cần phải biết để hỗ trợ tốt hơn cho công việc của mình. Cùng tìm hiểu ngay để biết được các thuật toán đó là gì nhé.
Thuật toán Hashing
Hashing chính là một trong những thuật toán tham gia vào trong các quá trình phát hiện và xác định dữ liệu thích hợp thông qua các key và ID. Vai trò chính của các hashing là phát hiện lỗi, quản lý một bộ nhớ cache, mật mã và tra cứu, cụ thể đó chính là hàm hashing được tích hợp vào các khóa và cho ra các giá trị chính xác nhất.
Hàm hashing cũng còn được sử dụng như một định danh duy nhất phù hợp cho các tập dữ liệu và các phép tính toán cho người dùng để có thể tạo ra các giá trị dữ liệu không trùng lặp. Thường thì đơn vị hàm hashing được sử dụng trong các loại bộ định tuyến để lưu trữ địa chỉ IP.
Thuật toán tìm kiếm
Thuật toán tìm kiếm sẽ được áp dụng cho dãy cấu trúc dữ liệu theo tuyến tính hay cấu trúc dữ liệu đồ họa. Đây còn được gọi như là thuật toán tìm kiếm nhị phân, giúp cho các đơn vị nhà phát triển dễ dàng tìm kiếm các hiệu quả trên những đơn vị tập dữ liệu đã được sắp xếp với hàm phức tạp thời gian của O (log N).
Cơ chế phù hợp của thuật toán tìm kiếm nhị phân là phân chia danh sách thành mỗi hai nửa cho đến khi thấy được mục đích yêu cầu, sau đó sẽ dùng nó để gỡ lỗi, đặc biệt những lỗi liên quan đến git bisection.
Thuật toán sắp xếp
Các nhà phát triển thường sẽ sử dụng thuật toán này để đặt dữ liệu theo cách có tổ chức. Các thành phần riêng biệt cơ bản của thuật toán QuickSort là nhiều các phần dữ liệu được dùng để so sánh với nhau liên quan nhằm xác định thứ tự tương ứng của chúng.
Mức độ phức tạp nhất hiện có thời gian của O (nlogn) được sử dụng để thực hiện vào việc so sánh. Tuy nhiên, Radix Sort hiện đang có kỹ thuật xử lý nhanh hơn QuickSort, lý do chính là vì nó sắp xếp các phần tử trong một mô hình tuyến tính phù hợp với độ phức tạo thời gian O (n). Các thuật toán dùng để sắp xếp khác như: sắp xếp đếm, sắp xếp để có thể hợp nhất và sắp xếp nhóm.
Thuật toán lập trình động
Thuật toán lập trình động sẽ thường là một hàm được dùng với mục đích là giúp giải quyết các vấn đề phức tạp liên quan đến các trí tuệ thông qua quá trình tách các vấn đề thành các loại bài toán con nhỏ hơn. Sau khi đã giải quyết các loại bài toán rồi thì thực hiện xây dựng trở lại thành một vấn đề phức tạp hơn sẽ đòi hỏi bộ nhớ của các kết quả nhỏ hơn để đưa ra được câu trả lời cho vấn đề phức tạp ban đầu.
Thuật toán trong con đường lập trình có thể tích hợp để ghi nhớ, thông qua đó thì sẽ cho phép lưu trữ các vấn đề đã được giải quyết ngay trước đó. Trường hợp là lần tiếp theo xuất hiện thì các vấn đề sẽ được giải quyết nhanh hơn rất nhiều.
Thuật toán Dijkstra
Một vấn đề phù hợp cực kỳ quan trọng khác mà các nhà phát triển để làm việc là tìm đường dẫn. Đồ thị hóa một cách riêng cực kỳ linh hoạt để mô tả được tất cả các loại vấn đề liên quan đến mạng lưới của các đối tượng riêng biệt.
Thuật toán Dijkstra chính là một cách tìm đường đi nhanh nhất hiện có giữa hai nút trong biểu đồ. Đây cũng chính là một nền tảng của hầu hết các công việc đã được thực hiện trong việc tìm kiếm ra đường đi và được sử dụng trong mọi thứ, từ chỗ trí tuệ nhân tạo đến thiết kế trò chơi.
Thuật toán phân tích liên kết
Thuật toán phân tích liên kết là thuật toán được ứng dụng chủ yếu trong lĩnh vực an ninh mạng, thuật toán nào cung cấp khả năng về tương quan trong cùng một tên miền cùng với nhiều thực thể khác nhau.
Phân tích liên kết được sử dụng ma trận phức tạp và biểu diễn đồ họa có liên quan nhằm liên kết các căn cứ tương tự trong cùng một miền theo hiện tại. Loại thuật toán cơ bản theo kiểu này được dùng trong các công cụ như Google, Facebook, Twitter.
Thuật toán Mô-đun
Các thuật toán để mã hóa phức tạp nếu được phân tích dựa trên những thuật toán mô-đun sẽ trở nên đơn giản và dễ dàng hơn rất nhiều. Đối với môn số học mô-đun, các thông số hiện tại sẽ đang xử lý chỉ là số nguyên và các phép toán chủ yếu được dùng như là cộng, trừ, nhân và chia.
Thuật toán phân tích cú pháp và xâu chuỗi ký tự
Có thể nói rằng quy trình tạo xâu luôn đặc biệt quan trọng đối với các miền và phân tử mạng. Để giúp thuật toán xâu chuỗi ký tự có thể phát huy hết khả năng thì các xâu phải khớp đúng trong cùng một chuỗi dài hoặc khi xác nhận chuỗi bằng các cách phân tích cú pháp qua giới hạn đã được xác định ngay từ trước. Thuật toán phân tích cú pháp và xâu chuỗi các ký tự được dùng chỉ yếu trong quá trình phát triển web cho URL.
Thuật toán biến đổi Fourier
Thuật toán biến đổi Fourier hiện tại được biết đến như là một trong những thuật toán theo cách làm đơn giản nhưng rất mạnh. Loại thuật toán dành riêng cho lập trình này được dùng để có thể chuyển đổi tín hiệu ngay từ tên miền thời gian sang miền tần số và làm ngược lại.
Hiện tại, các loại mạng kỹ thuật số phù hợp như wifi, internet, máy tính, điện thoại, các vệ tinh, bộ định vị cũng đều sử dụng thuật toán để có thể biến đổi Fourier để vận hành.
Thuật toán mã hóa Huffman
Mã hóa Huffman chính là nền tảng của nén văn bản hiện đại. Nó sẽ hoạt động bằng cách xem xét tần suất các ký tự khác nhau cùng xuất hiện trong một văn bản và có thể sắp xếp chúng trong một cây dựa trên tần suất này.
Thuật toán các tập hiện địa không giao nhau
Thuật toán các loại tập không giao nhau là một cấu trúc dữ liệu được đóng vai trò như một cấu trúc trợ giúp một thuật toán sẽ được dùng để biểu diễn nhiều tập hợp ở ngay trong mảng riêng lẻ. Và mỗi mục riêng chính là một phần tử của nhiều tập hợp.
Do đó, các loại bộ tách rời được đại diện cho các phần tử sẽ được kết nối với nhau trong cùng một thuật toán đồ thị hay là thực hiện phân đoạn của một hình ảnh.
Hệ số tích phân
Thuật toán hệ số tích phân hiện nay là một thuật toán cung cấp hướng dẫn theo từng bước cho bạn về cách lấy các thừa số nguyên tố phù hợp của một số tổng hợp. Hệ số tích phân cũng sẽ giúp bạn giải quyết các vấn đề phức tạp trong các nền tảng mã hóa yêu cầu các bạn phải giải quyết các số nguyên phức hợp lớn.
Lời khuyên tốt nhất dành cho những lập trình viên
Dưới đây sẽ là một số lời khuyên giúp các lập trình viên giúp nâng cao năng lực và có cơ hội trở thành các nhân sự tại công ty mơ ước.
- Tham gia vào trong các cuộc thi dành cho lập trình viên nói chung và các thuật toán nói riêng, chẳng hạn như cuộc thi về Google Code Jam, Facebook Hacker Cup,… Khi bạn tham gia các cuộc thi này, bạn không chỉ có thêm được nhiều kiến thức mà còn có cơ hội trở thành nhân viên của các công ty lớn.
- Khi tham gia vào cuộc phỏng vấn, bạn đừng ngại việc đặt câu hỏi để phải làm rõ vấn đề. Đôi khi nhà tuyển dụng sẽ cố tình đưa ra câu hỏi không đầy đủ để có thể đánh giá khả năng nhìn nhận vấn đề của ứng viên.
- Khi code, bạn cũng cần giải thích tại sao bạn code như vậy. Bằng cách này thì sẽ thay vì mất thời gian suy đoán về ý tưởng của bạn, leader/ người hợp tác có thể ngay lập tức cho bạn biết suy nghĩ đó đúng hay sai, cần cải thiện ở đâu.
Giải đáp nhanh một số câu hỏi liên quan đến thuật toán
Những vấn đề nổi bật dưới đây sẽ giúp bạn hiểu hơn về thuật toán.
Thuật toán có phải là đại số không?
Câu trả lời chính là KHÔNG phải. Đại số đề cập tới các lý thuyết về phương trình; trong khi đó các thuật toán nói về các quy tắc đề giải quyết các vấn đề theo từng bước.
Thuật toán nào là phổ biến nhất?
Thuật toán hiện được sử dụng phổ biến nhất chính là thuật toán xếp hạng tìm kiếm của Google.
Thuật toán làm việc có giống trí tuệ nhân tạo không?
Thuật toán chính là một phần của AI. AI lại chính là một nhóm các thuật toán có thể sửa đổi được các thuật toán của chính nó và sẽ có thể tạo ra các thuật toán mới để đáp ứng với đầu vào và các dữ liệu đã thay đổi.
Thế nào mới được xem là một thuật toán tốt?
Một thuật toán có thể được coi là tốt khi giúp máy tính giải quyết vấn đề nà một cách chính xác, trong thời gian ngắn và có thể tốn ít dung lượng bộ nhớ.
Hi vọng bạn đọc đã có thể hiểu được thuật toán là gì và biết thêm các thông tin bổ ích thông qua bài viết. Chúc bạn thành công học hỏi, trau dồi kiến thức về thuật toán để có thể trở thành một lập trình viên xuất sắc.