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Algoritmo

algoritmo immagine illustrativa di un algoritmo

Cos’è un Algoritmo

Un algoritmo è una procedura utilizzata per risolvere un problema o eseguire un calcolo. Gli algoritmi agiscono come un elenco esatto di istruzioni che eseguono azioni specifiche passo dopo passo in routine basate su hardware o software.

Indice

Gli algoritmi sono ampiamente utilizzati in tutte le aree dell’IT. In matematica, programmazione informatica e informatica, un algoritmo di solito si riferisce a una piccola procedura che risolve un problema ricorrente. Gli algoritmi sono anche utilizzati come specifiche per l’esecuzione dell’elaborazione dei dati e svolgono un ruolo importante nei sistemi automatizzati.

Un algoritmo potrebbe essere utilizzato per ordinare insiemi di numeri o per attività più complicate, come consigliare contenuti utente sui social media. Gli algoritmi in genere iniziano con input iniziali e istruzioni che descrivono un calcolo specifico. Quando il calcolo viene eseguito, il processo produce un output.

Come funzionano gli algoritmi?

Gli algoritmi funzionano seguendo un set di istruzioni o regole per completare un’attività o risolvere un problema. Possono essere espressi come linguaggi naturali, linguaggi di programmazione, pseudocodice, diagrammi di flusso e tabelle di controllo. Le espressioni in linguaggio naturale sono rare, poiché sono più ambigue. I linguaggi di programmazione vengono normalmente utilizzati per esprimere algoritmi eseguiti da un computer.

Gli algoritmi utilizzano un input iniziale insieme a un set di istruzioni. L’input è il dato iniziale necessario per prendere decisioni e può essere rappresentato sotto forma di numeri o parole. I dati di input vengono sottoposti a un set di istruzioni, o calcoli, che possono includere processi aritmetici e decisionali. L’output è l’ultimo passaggio di un algoritmo e viene normalmente espresso come più dati.

Ad esempio, un algoritmo di ricerca prende una query di ricerca come input e la esegue attraverso un set di istruzioni per cercare in un database gli elementi pertinenti alla query. Il software di automazione funge da altro esempio di algoritmi, poiché l’automazione segue un set di regole per completare le attività. Molti algoritmi costituiscono il software di automazione e tutti lavorano per automatizzare un dato processo.

Quali sono i diversi tipi di algoritmi?

Esistono diversi tipi di algoritmi, tutti progettati per svolgere attività diverse:

  • Algoritmo del motore di ricerca. Questo algoritmo prende stringhe di ricerca di parole chiave e operatori come input, cerca nel suo database associato le pagine web pertinenti e restituisce i risultati.
  • Algoritmo di crittografia. Questo algoritmo di elaborazione trasforma i dati in base ad azioni specifiche per proteggerli. Un algoritmo a chiave simmetrica, come il Data Encryption Standard, ad esempio, utilizza la stessa chiave per crittografare e decrittografare i dati. Se l’algoritmo è sufficientemente sofisticato, nessuno che non abbia la chiave può decrittografare i dati.
  • Algoritmo greedy. Questo algoritmo risolve i problemi di ottimizzazione trovando la soluzione localmente ottimale, sperando che sia la soluzione ottimale a livello globale. Tuttavia, non garantisce la soluzione più ottimale.
  • Algoritmo ricorsivo. Questo algoritmo si richiama ripetutamente finché non risolve un problema. Gli algoritmi ricorsivi si richiamano con un valore inferiore ogni volta che viene invocata una funzione ricorsiva.
  • Algoritmo di backtracking. Questo algoritmo trova una soluzione a un dato problema in approcci incrementali e lo risolve un pezzo alla volta.
  • Algoritmo dividi et impera. Questo algoritmo comune è diviso in due parti. Una parte divide un problema in sottoproblemi più piccoli. La seconda parte risolve questi problemi e poi li combina per produrre una soluzione.
  • Algoritmo di programmazione dinamica. Questo algoritmo risolve i problemi dividendoli in sottoproblemi. I risultati vengono quindi archiviati per essere applicati a futuri problemi corrispondenti.
  • Algoritmo di forza bruta. Questo algoritmo itera ciecamente tutte le possibili soluzioni a un problema, cercando una o più soluzioni a una funzione.
  • Algoritmo di ordinamento. Gli algoritmi di ordinamento vengono utilizzati per riorganizzare le strutture dati in base a un operatore di confronto, che viene utilizzato per decidere un nuovo ordine per i dati.
  • Algoritmo di hashing. Questo algoritmo prende i dati e li converte in un messaggio uniforme con un hashing.
  • Algoritmo randomizzato. Questo algoritmo riduce i tempi di esecuzione e le complessità basate sul tempo. Utilizza elementi casuali come parte della sua logica.

 

Quali sono gli esempi di algoritmi?

L’apprendimento automatico è un buon esempio di algoritmo, in quanto utilizza più algoritmi per prevedere i risultati senza essere programmato esplicitamente per farlo.

Il Machine learning utilizza l’apprendimento supervisionato o l’apprendimento non supervisionato. Nell’apprendimento supervisionato, gli scienziati dei dati forniscono algoritmi complessi con dati di formazione etichettati e definiscono le variabili che desiderano che l’algoritmo valuti per le correlazioni.

Vengono specificati sia l’input che l’output dell’algoritmo. L’apprendimento automatico non supervisionato coinvolge algoritmi che si addestrano su dati non etichettati e li setacciano per cercare modelli che possono essere utilizzati per raggruppare i punti dati in sottoinsiemi. La maggior parte dei tipi di apprendimento profondo, comprese le reti neurali, sono algoritmi non supervisionati.

Anche l’apprendimento automatico utilizzato nell’intelligenza artificiale si basa su algoritmi. Tuttavia, i sistemi basati sull’apprendimento automatico possono avere pregiudizi intrinseci nei dati che alimentano l’algoritmo di apprendimento automatico. Ciò potrebbe comportare sistemi inaffidabili e potenzialmente dannosi.

Sebbene gli algoritmi siano ampiamente utilizzati in informatica, intelligenza artificiale e scenari di apprendimento automatico, sono impiegati frequentemente anche nella vita di tutti i giorni.

Di seguito sono riportati alcuni esempi di algoritmi utilizzati nella vita reale:

  • Seguire una ricetta. Le ricette forniscono una serie di passaggi per raggiungere un obiettivo particolare, come preparare muffin ai mirtilli o preparare la salsa di spaghetti da zero. Le ricette mirano a produrre risultati coerenti e ad aiutare le persone, indipendentemente dal loro background, a creare un piatto specifico seguendo istruzioni dettagliate. In questo modo, le ricette rispecchiano gli algoritmi informatici, che delineano i passaggi per generare risultati riproducibili.
  • Allacciare le scarpe. Allacciare le scarpe è un altro esempio di come seguire un algoritmo. Ad esempio, esiste un numero finito di passaggi che portano a un nodo tradizionale delle scarpe correttamente annodato, spesso definito nodo “coniglio” o “loop, swoop and pull”.
  • Riconoscimento facciale. Il riconoscimento facciale è ampiamente utilizzato negli accessi iPhone e nei filtri Snapchat e Instagram. Funziona proiettando i tratti del viso da una foto o un video su una mappa biometrica utilizzando un algoritmo. Il programma cerca quindi una corrispondenza tra questa mappa e un database di volti per confermare l’identificazione dell’utente. Se il riconoscimento facciale viene utilizzato per i filtri di Snapchat o Instagram, non è necessario cercare nel database perché l’algoritmo crea semplicemente una mappa del viso e vi applica il filtro.
  • Segnali stradali. I segnali stradali utilizzano algoritmi intelligenti per gestire il flusso del traffico. Questi algoritmi raggruppano diversi algoritmi o movimenti, come andare dritto o svoltare a destra, in fasi, il che aiuta a garantire sicurezza ed efficienza. Ad esempio, quando un automobilista si avvicina a un semaforo rosso, il segnale stradale sta passando attraverso queste fasi. Valutando il volume del traffico, un algoritmo decide quando è sicuro per il veicolo procedere.
  • Ordinamento di documenti e file. Questo è un ottimo esempio di come gli algoritmi possono essere utilizzati per vari compiti e scopi, come l’ordinamento alfabetico dei file, per numero di parole, per data o per qualsiasi altra specifica. Quando qualcuno organizza i propri documenti personali o professionali in base a una serie di istruzioni, sta applicando il pensiero algoritmico per semplificare il processo di organizzazione utilizzando piccole attività.
  • Cercare un libro in biblioteca. Trovare un libro in biblioteca è come seguire un algoritmo o un piano passo dopo passo. Ad esempio, ci sono diversi modi per farlo, come usare il sistema informatico della biblioteca o cercare etichette sugli scaffali che mostrano il genere, l’argomento o l’autore del libro. Indipendentemente dal metodo scelto, se può essere spiegato e fatto da altri, allora può essere classificato come un algoritmo.