خوارزميات غيرت العالم
خوارزميات غيرت العالم

خوارزميات غيرت العالم

أصبح للخوارزميات دور كبير في حياتنا يبدأ من اقتراحات نتائج البحث عبر محركات البحث في الإنترنت أو المحتوى الذي يظهر لنا على وسائل التواصل الاجتماعي، إلى مسائل ذات أهمية أكبر، مثل مساعدة الأطباء على تقدير خطورة مرض السرطان وغيره.

تنويه مرجع هذا المقال من كتاب Nine Algorithms That-Changed Future

ماهي الخوارزميات

في الرياضيات وعلوم الكمبيوتر ، الخوارزمية (algorithm ) عبارة عن تسلسل محدود من التعليمات المحددة جيدًا والقابلة للتنفيذ بواسطة الكمبيوتر ، عادةً لحل فئة من المشكلات المحددة أو لإجراء عملية حسابية.

وسميت الخوارزمية بهذا الاسم نسبة إلى العالم أبو جعفر محمد بن موسى الخوارزمي الذي ابتكرها في القرن التاسع الميلادي.

دائمًا ما تكون الخوارزميات واضحة وتُستخدم كمواصفات لإجراء العمليات الحسابية ومعالجة البيانات والاستدلال الآلي والمهام الأخرى.

في ما يلي ، تم ذكر خوارزميات غيرت العالم:

Search engine indexing (محرك البحث وكيف يستخرج النتائج المطابقة)

جميعنا نستخدم محركات البحث عشرات المرات في اليوم الواحد، وقد نضجر في حال لم نستطيع الحصول على ما نريد في أول ثواني بعد عملية البحث، ولكن هل تسائلت يوماً كيف يعمل هذا المحرك وكيف يستخرج النتائج المطابقة التي تريدها؟ هل تسائلت كيف يمكن أن يرتب محرك البحث تلك النتائج بحيث يظهر ذلك المحرك النتائج الأقرب Relevant لاستعلامك؟

خوارزميات غيرت العالم
خوارزميات غيرت العالم

اذا نظرت للصورة اعلاه سوف تجد مثال لترسانه من ال Data Center التي توجد في اي شركة تختص بالعمل في مجال محركات البحث، كل من هذه الداتا سنتر تحتوى على مئات أو الالاف السيرفرات بالاضافه الى تجهيزات الشبكة وغيرها من الاجهزة، ولكن كل هذه التجهيزات والأجهزة بدون خوارزمية لاسترجاع تلك المعلومات Information Retrieval سوف تكون بلا قيمة أو فائده تذكر.

نتحدث هنا عن الخوارزمية المستخدمه في كل مرة تقوم بعملية البحث ، وهي تبدأ بعد كتابتك للكلمة التي تريد البحث عنها وضغط زر البحث لكي تبدأ أول مرحلتين هما مرحلة البحث عن الصفحات التي احتوت على ما تريد Matching ومرحلة ترتيب تلك النتائج واظهار الصفحات الأكثر صلة بموضوعك Ranking سيتم الحديث عن خوارمية Page Rank والتي رفعت قوقل للقمة في النقطة التالية.

شركة Google لم تكن الأولى في خدمة محركات بحث، بل سبقتها عده شركات مثل Infoseek و Lycos في منتصف التسعينيات وتبعتهم AltaVista والتي كانت رائجه ذلك الوقت بسبب قوة محركها الذي استطاع البحث على كل الصفحات في الويب وسرعة استخراجه للمعلومات، والسؤال كيف تم ذلك، الجواب بكلمة واحدة هي الفهرسة Index.

اذاً فلولا هذه الخوارزمية لما كنا نستطيع البحث بهذه السرعة في حياتنا اليومية لمعلومات اكثر راجع المصدر.

شاهد ايضاً لماذا يُعتبر جوجل أفضل محرك بحث ؟ تعرف على السبب

Page Rank (خوازرمية الرانك Page Rank وكيف تعمل)

أحد أهم العوامل التي ساهمت لصعود محرك البحث Google على حساب المحركات الآخرى القديمة مثل AltaVista و Lycos هو في استخدام خوارزمية ال Page Rank (على الرغم من أن Google ظهرت بعد أربع سنوات فقط من ظهور تلك المحركات في 1998، ولكنها استطاعت في زمن وجيز اجتيازهم حتى أن مجلة PC Magazine في 1998 صنفت ذلك المحرك بأنه من أفضل 100 موقع على الانترنت).

وكما أن اسم الخوارزمية يبين عملها Ranking الا أنه ايضاً كان جزء من اسم أحد المؤسيين (Larry Page) حيث نشر وهو زميله ورقه علمية بعنوان “The Anatomy of a Large-scale Hypertextual Web Search Engine” وتحدثوا عن تلك الخوارزمية وعن نظام Google في ذلك الوقت 1998 وكانت هذه أول ظهور للخوارزمية Page Rank والتي تقوم باظهار النتائج القريبة من استعلامك من بين كل النتائج التي احتوت على نتائج مقاربة Matching للاستعلام.

الفكرة بدئت من ال Hyperlink أو الرابط وهي كما تعلم الروابط التي تنقلك من صفحة لأخرى عندما تقوم بالضغط عليها، والHyperlink بالمناسبة أحد الأفكار القديمة 1945 حيث نشر أحد المهندسين Vannevar Bush ورقه علمية “As We May Think” وتحدث عن عدة تقنيات ومنها جهاز أسماه memex والذي يستطيع حفظ الملفات وفهرستها وأحتوى على فكرة الفهرسه التلقائيه حتى يستطيع الفهرس الانتقال من ملف لأخر ويقوم بفهرسته كما في فكرة الروابط Hyperlink.

بالرغم من بساطة فكرة ال Hyperlink والتي نراه كل يوم على المواقع، الا أنها من الأمور المهمه في محركات البحث وبالتحديد في خوارزمية ال Page Rank.

خوارزميات Error Correction Codes

هذه الأيام نحن معتادون على الوصول لأجهزة الحاسب كلما كنا في حاجة لها، الأمر لم يكن كذلك بالنسبة ل Richard Hamming الباحث الذي كان يعمل في معامل بل في 1940م، حيث أن جهاز الشركة الذي يحتاجه للعمل يستخدم ايضاً بواسطة أقسام أخرى في الشركة، ولا يستطيع الوصول له الا في عطل اخر الأسبوع Weekends، يمكنك ان تتخيل مدى الإحباط الحاصل بعد كتابتك للبرنامج وبسبب حدوث خطأ واحد يتطلب منك ان تقوم باعادة كتابة البرنامج مرة اخرى، يقول هامنغ:

خوارزميات غيرت العالم
Richard_Hamming

“بعد أسبوعين من العمل جئت ووجدت أن برنامجي وحسباتي توقفت وكأن شيئاً لم يكن، لقد اثار ذلك ازعاجي لأنه ذهب عمل أسبوعين، وقد تساءلت: إذا كان الجهاز يمكن الكشف عن الخطأ، فلماذا لا يمكن تحديد موقع الخطأ ومن ثم تصحيحه؟”

وكما هو المثل الحاجة أم الاختراع، فقد قام هامنغ فيما بعد بإنشاء اول خوارزمية لتصحيح الأخطاء Error Correction Code، وهي خوارزمية تقوم باكتشاف الخطأ وتصحيحه على النظام، وبدون هذه الفكرة فإن أنظمة الحواسيب والاتصالات لن تكون بنفس السرعة drastically slower، والموثوقية less reliable مثل ما نراه ونستخدمه في كل يوم.

Pattern Recognition (التعرف على الأنماط)

هو أحد فروع تعلم الآلة الذي يستخدم خوارزمية التعلم الآلي للتعرف على أنماط البيانات أو انتظام البيانات في سيناريو معين، لاتخاذ إجراءات مثل تصنيف البيانات إلى فئات مختلفة بشكل تلقائي، دون الحاجة إلى تدخل بشري.

يهدف التعرف على الأنماط إلى معالجة البيانات الأولية، وتصنيفها، وتحويلها إلى نمط يمكن للجهاز استخدامه. ويمكن أن تتنوع هذه البيانات من الأحرف والأشكال المطبوعة في الصور إلى أشكال الموجات الإلكترونية والإشارات الرقمية.

ويمكن من خلال التعرف على الأنماط حل مشاكل تصنيف البيانات من خلال استخدام خوارزميات التصنيف المختلفة، والتعرف على الأجسام من زوايا مختلفة وبدقة عالية حتى لو كانت مخفيّة بشكل جزئي.

من اهم الأمثلة على الـ Pattern Recognition

  • التعرف على الكلام، والوجوه، والبصمات.
  • التشخيص الطبي التلقائي.

Data compression (ضغط البيانات)

من منا لا يستخدم برامج ضغط الملفات مثل Winrar 7zip، و Power Iso. غالباً معظم الملفات التي نقوم بتحميلها عن طريق الإنترنت تكون في شكل ملفات مضغوطة لنفك ضغطها لاحقاً، هل تساءلت كيف يتم ضغط الملفات؟!! كيف تمكن ملف حجمه 80 ميجا أن يتحول لملف 20 ميجا دون فقدان أي بيانات؟!!! أوليس سحراً ؟!! على حد علمي هوفمان مبتكر احدى خوارزميات الضغط لم يكن ساحراً.

تُعتبر خوارزمية هوفمان من أهم خوارزميات ضغط الملفات التي تعمل على مستوى البت (Bit) على عكس خوارزميات ضغط الملفات التي تعمل على مستوى البايت (Byte) .

خوارزمية هوفمان توفر من 20% إلى 90% من حجم الملف!! ذلك إعتماداً على نوع الملف نفسه، حيث أن خورازمية هوفمان تعمل بكفاءة عالية وتوفر كثيراً من حجم الذاكرة فلولا خوارزميات الضغط هذه لكنا احتجنا الى مساحات تخزين هائلة.

Databases (اتساق البيانات Consistency)

تعد إدارة اتساق البيانات لقاعدة البيانات واحدة من أهم التقنيات الأساسية ، وهي أيضًا ضمان لضمان أن قاعدة البيانات تلبي “الاتساق” في خصائص ACID الأساسية لقاعدة البيانات. مع تطور التكنولوجيا الموزعة ، تتطور الحلول والتقنيات الخاصة باتساق البيانات باستمرار.

تخيل معي ان لديك جدولين يرتبطان ببعضهما عن طريق Foreign Key Constraint المفترض ان الجدول الابن لا يمكن باي حال من الاحوال ان يحتوي على قيمة في عمود ال Foreign Key غير متواجدة في الجدول الاب , اليس كذلك؟

هذا هو معنى ال Consistency وهو ان كل البيانات المتواجدة في قاعدة البيانات متسقة مع بعضها وتحترم كل ال Rules و ال Constrains المتواجدة داخل قاعدة البيانات.

في مجال البيانات الضخمة ، لم يعد ضمان البيانات مضمونًا بالأجهزة ، ولكن عن طريق البرامج ، عن طريق كتابة البيانات إلى نُسخ متعددة في نفس الوقت ، لضمان سلامة البيانات. عندما تقوم قاعدة البيانات بكتابة السجلات إلى نسخ متعددة في نفس الوقت ، فإن كيفية التأكد من أن بيانات كل نسخة متسقة تسمى “تناسق البيانات”.

Digital Signature (التوقيع الرقمي)

التوقيع الرقمي أصبح في الوقت الراهن من أكثر المواضيع بحثاُ وأهمية لدى كثير من مالكي العملات الرقمية والبيانات الهامة ورسائل البريد الإلكتروني، حيث يستند التوقيع الرقمي على أنواع مختلفة من التشفير لتوفير الحماية الكبيرة للبيانات الرقمية الهامة ومنع تعرضها للاختراق والسرقة خاصة بيانات العملات الرقمية والتبادل التجاري الرقمي.

يعتبر التوقيع الرقمي بمثابة آلية تشفير يتم استخدامه للتحقق والتأكد من سلامة وأمان البيانات الرقمية والتي تعتبر في الغالب نسخة رقمية للتواقيع المكتوبة بخط اليد لكن على مستوى أعلى وأرقي وبدرجة عالية من الأمان والتعقيد، كما يمكن تعريف التوقيع الرقمي للعملات الرقمية بأنه عبارة عن رمز مصاحب للرسالة أو المستند أو الوثائق بشكل عام حيث يعتبر هذا الرمز بمثابة دليل قوي بأن الرسالة أو المستند أو بيانات العملات الرقمية لم تتعرض لأي محاولات تعديل أو اختراق خلال رحلة الوصول من المرسل إلى المستقبل.

استخدامات التوقيع الرقمي

  • تقنية البلوكشين: حيث يمكن لمالكي العملات الرقمية الاستفادة من فوائد التوقيع الرقمي عبر أنظمة خاصة بالتوقيع الرقمي تضمن لهم الملكية الشرعية للعملات الرقمية الخاصة بهم تحديداً البلوكشين وأنهم الوحيدين القادرين على التوقيع على مختلف المعاملات المالية إلا في حال تعرض مفاتيحهم الخاصة للخطر والاختراق.
  • مجال تكنولوجيا المعلومات: حيث يمكن الاستعانة بالتوقيع الرقمي لتعزيز درجة أمن وأمان أنظمة الاتصالات عبر الشبكة العنكبوتية الانترنت.
  • المجال الصحي: حيث تمتلك التوقيعات الرقمية القدرة على منح السجلات الطبية والوصفات العلاجية ميزة عدم الاختراق أو التعديل عليها.
  • المجال القانوني: ويمكن لرجال القانون والمحاميين التمتع بفوائد التوقيع الرقمي والاستخدام الأمثل لها في العقود التجارية، والتوقيع على الأوراق الحكومية والاتفاقيات القانونية كذلك.
  • المجال المالي: وفوائد التوقيع الرقمي تشمل كذلك أصحاب رؤوس الأموال والمستثمرين وذلك عبر استخدام التوقيع الرقمي في التدقيق، واتفاقيات العروض المالية وكذلك تقارير النفقات المالية.