Bí mật của Thuật toán: Cơ hội và Quyết định

Bạn đã nghe đến thuật toán, nhưng bạn thực sự hiểu rõ về nó ra sao và tầm quan trọng của nó trong lập trình? Hãy khám phá ngay cùng HR Insider.

Thuật toán là gì?

Thuật toán là chìa khóa để mở hòm kho báu của mỗi bài toán. Sử dụng đúng thuật toán giúp bạn tiết kiệm thời gian và công sức.

Sử dụng chìa khóa đúng thuật toán để nhanh chóng đạt được mục tiêu. Mỗi bài toán đều cần một loại chìa khóa riêng, tương tự như thuật toán.

Tìm hiểu thêm:

• Lập trình viên làm gì? 10 Bí mật thành công của lập trình viên
• Trình đối tượng có gì đặc biệt? 5 ngôn ngữ lập trình phổ biến
• Kỹ sư phần mềm thực sự là ai? 8 kỹ năng cần có của kỹ sư phần mềm
• Lập trình nhúng có ý nghĩa gì? Mức lương & Kỹ năng quan trọng nhất
• Chuyên viên phần mềm là gì? Mức lương hiện nay và yêu cầu công việc
• Lập trình trò chơi là gì? Cơ hội việc làm và mức thu nhập 2023

Tại sao cần sử dụng thuật toán?

Tối ưu hóa việc tìm kiếm

Thuật toán là hướng dẫn để tìm kiếm kết quả tối ưu nhất cho một vấn đề. Các lập trình viên thường sử dụng thuật toán để tìm ra đường đi ngắn nhất để giải quyết vấn đề.

Ví dụ, Google Map, Grab, Uber thường áp dụng thuật toán để tìm đường đi ngắn nhất và thuận tiện nhất cho khách hàng di chuyển.

Google là một ví dụ khác, với thuật toán được cải thiện liên tục, cung cấp thông tin về mọi lĩnh vực với tốc độ trả kết quả vô cùng nhanh chóng.

Do an toàn cao

Các thuật toán sẽ được mã hóa thành chuỗi ký tự khi truyền và nhận dữ liệu, tăng cường bảo mật trước các hacker và thể hiện tính an toàn của chúng.

Các đặc điểm nổi bật của thuật toán

Mỗi thuật toán đều có những đặc điểm riêng biệt giúp phân biệt chúng. Vậy những đặc điểm đó là gì? Hãy xem chi tiết ở dưới đây:

Tính chính xác

Tính chính xác và có thể thực thi của thuật toán được gọi là tính chính xác. Trong lĩnh vực kỹ thuật phần mềm, thuật toán phải tuân thủ một loạt bước rõ ràng và thực thi theo thứ tự chính xác để đạt được kết quả mong muốn. Do đó, mọi thuật toán đều phải có các bước xác định trước và được thiết lập từ đầu.

Tính cực đại

Số lượng bước hữu hạn của thuật toán và khả năng kết thúc được gọi là “tính cực đại”. Tính hữu hạn của số lượng bước của thuật toán là một điều hiển nhiên. Tính “kết thúc” hoặc hữu hạn là một tính chất mà mỗi thuật toán cần tuân thủ. Mỗi thuật toán được thiết kế để thực hiện một công việc cụ thể và cho ra kết quả khi công việc đó hoàn thành. Nếu thuật toán không tuân thủ tính cực đại, nó có thể lặp vô hạn hoặc kẹt và không cho ra kết quả cuối cùng.

Tính chính xác

Trong quá trình giải quyết vấn đề, chúng ta luôn mong muốn đạt được kết quả chính xác. Và mục tiêu của mỗi thuật toán là tìm ra kết quả chính xác cho vấn đề cụ thể đang đặt ra. Mặc dù tính chính xác là một yếu tố hiển nhiên, nhưng đôi khi không dễ dàng đạt được nó. Bởi vì trong thực tế, có những vấn đề cần nghiên cứu và thử nghiệm nhiều lần trước khi tìm ra thuật toán hoàn hảo để đưa ra kết quả chính xác.

Tính toàn diện

Tính toàn diện của một thuật toán ám chỉ khả năng áp dụng của nó cho mọi tình huống của một vấn đề, chứ không chỉ một số trường hợp cụ thể. Nói cách khác, một thuật toán giống như một công thức toán học, có thể áp dụng cho nhiều trường hợp. Tuy nhiên, trong thực tế, có những thuật toán được phát triển để giải quyết một vấn đề cụ thể hoặc một tình huống cụ thể. Do đó, không phải tất cả các thuật toán đều cần có tính toàn diện, mà phải tùy thuộc vào ngữ cảnh sử dụng.

Tính tiết kiệm thời gian

Tính tiết kiệm thời gian của một thuật toán là một yếu tố được xem xét để lựa chọn cách giải quyết cho một vấn đề dựa trên thực tế. Đánh giá tính tiết kiệm thời gian của thuật toán dựa trên các tiêu chí như lượng tính toán, thời gian và không gian cần thiết để thực hiện thuật toán. Ngoài ra, một tiêu chí khác được sử dụng để đánh giá tính tiết kiệm thời gian là độ phức tạp và logic của thuật toán.

Cách thức viết một thuật toán

Dưới đây là cách thức để viết một thuật toán mà bạn có thể tham khảo để hiểu rõ hơn:

Phân tích và lập kế hoạch thuật toán

Bước đầu tiên là phân tích vấn đề một cách cẩn thận và đề xuất một kế hoạch thiết kế thuật toán. Để hoàn thành bước này, bạn cần hiểu biết về cấu trúc dữ liệu và giải thuật, đặc biệt là 5 chiến thuật thiết kế thuật toán như Chia để trị – divide and conquer, Giải thuật tham ăn – Greedy Method.

Kiểm tra tính hiệu quả của thuật toán

Sau khi hoàn thiện việc thiết kế thuật toán, chúng ta cần thực hiện kiểm tra tính đúng đắn của nó bằng cách triển khai thuật toán trên máy tính. Sau đó, nhập dữ liệu vào theo định dạng tương thích và kiểm tra. Quá trình này giúp đảm bảo thuật toán hoạt động mượt mà trên mọi nền tảng lập trình.

Đánh giá tính hiệu quả của thuật toán

Để biết xem thuật toán có hiệu quả hay không, chúng ta cần đánh giá nó. Đánh giá hiệu quả của thuật toán thường dựa trên thời gian thực thi và lượng bộ nhớ sử dụng. CPU phải dành thời gian để thực thi thuật toán, trong khi bộ nhớ lưu trữ dữ liệu và các chương trình thực thi.

Thực hiện kiểm thử cho chương trình

Quá trình kiểm thử chương trình thường được thực hiện bởi các chuyên viên kiểm thử và chia thành hai giai đoạn chính là gỡ lỗi (debugging) và phân tích hiệu suất (profiling). Gỡ lỗi là quá trình chạy chương trình với dữ liệu mẫu để xác định và sửa lỗi, trong khi phân tích hiệu suất là quá trình đo thời gian và dung lượng bộ nhớ của chương trình.

Hoàn thiện và áp dụng

Sau khi đã hoàn tất các bước trên, chúng ta sẽ kiểm tra lại một lần nữa để đảm bảo thuật toán không còn lỗi hay sai sót nào. Cuối cùng là áp dụng thuật toán để giải quyết vấn đề hay bài toán đang gặp phải.

Tổng hợp 12 loại thuật toán cơ bản cần biết

Dưới đây là tổng hợp các thuật toán cơ bản mà lập trình viên cần biết để hỗ trợ cho công việc của mình:

Thuật toán Hashing

Hashing là thuật toán tham gia vào quá trình phát hiện và xác định dữ liệu thích hợp thông qua khóa và ID. Vai trò chính của hashing là phát hiện lỗi, quản lý bộ nhớ cache, mã hóa và tra cứu. Hàm hashing được tích hợp vào khóa và cho ra các giá trị chính xác nhất.

Hàm hashing còn được áp dụng như một định danh duy nhất cho các tập dữ liệu và phép tính toán, giúp tạo ra các giá trị dữ liệu không trùng lặp. Thông thường, hàm hashing được dùng trong các bộ định tuyến để lưu trữ địa chỉ IP.

Thuật toán tìm kiếm

Thuật toán tìm kiếm thường áp dụng cho cấu trúc dữ liệu tuyến tính hoặc đồ thị. Đây là thuật toán tìm kiếm nhị phân giúp nhà phát triển dễ dàng tìm kiếm hiệu quả trên dữ liệu đã được sắp xếp với thời gian phức tạp là O(log N).

Cơ chế của thuật toán tìm kiếm nhị phân là chia danh sách thành hai nửa cho đến khi tìm thấy mục cần tìm. Sau đó, dùng nó để gỡ lỗi, đặc biệt là trong các vấn đề liên quan đến git bisection.

Thuật toán sắp xếp

Các nhà phát triển sử dụng thuật toán này để sắp xếp dữ liệu theo cách có tổ chức. Các thành phần cơ bản của thuật toán QuickSort là các phần dữ liệu được so sánh để xác định thứ tự tương ứng của chúng.

Mức độ phức tạp thời gian của O(nlogn) được sử dụng để so sánh. Tuy nhiên, Radix Sort có kỹ thuật xử lý nhanh hơn QuickSort. Lý do là nó sắp xếp các phần tử trong một mô hình tuyến tính với độ phức tạo thời gian O(n). Các thuật toán sắp xếp khác như: sắp xếp đếm, sắp xếp hợp nhất và sắp xếp nhóm.

Thuật toán lập trình động

thuật toán lập trình động là một hàm được dùng để giải quyết các vấn đề phức tạp thông qua quá trình tách các vấn đề thành các bài toán con nhỏ hơn. Sau khi giải quyết được các bài toán con, kết quả được kết hợp lại để giải quyết vấn đề gốc. Điều này giúp tiết kiệm bộ nhớ và thời gian xử lý.

thuật toán trong lập trình giúp ghi nhớ và tái sử dụng các giải pháp đã được tìm ra trước đó. Khi gặp các vấn đề tương tự, việc giải quyết sẽ nhanh chóng hơn nhiều.

Thuật toán Dijkstra

Một vấn đề quan trọng mà các nhà phát triển thường gặp phải là tìm đường đi ngắn nhất trong mạng lưới các đối tượng. Đồ thị được sử dụng để mô tả các vấn đề liên quan đến mạng lưới đối tượng.

Thuật toán Dijkstra là phương pháp tìm đường đi ngắn nhất giữa hai điểm trong đồ thị. Đây là công cụ cơ bản cho nhiều ứng dụng, từ trí tuệ nhân tạo đến thiết kế trò chơi.

Thuật toán phân tích liên kết

Thuật toán phân tích liên kết thường được sử dụng trong lĩnh vực mạng để liên kết các thực thể trong cùng một tên miền.

Phân tích liên kết được sử dụng để kết nối các thực thể tương tự trong một miền hiện tại, thường được áp dụng trong các dịch vụ như Google, Facebook, Twitter.

Thuật toán Mô-đun

Các thuật toán mã hóa phức tạp có thể trở nên đơn giản hơn nhiều nếu sử dụng thuật toán mô-đun. Ví dụ, trong số học mô-đun, chỉ cần xử lý số nguyên và các phép toán cơ bản như cộng, trừ, nhân, chia.

Thuật toán phân tích cú pháp và xâu ký tự 

Quy trình tạo xâu luôn quan trọng đối với mạng và phân tử. Để thuật toán xâu ký tự hoạt động tốt, xâu cần khớp trong chuỗi dài hoặc được phân tích cú pháp qua giới hạn đã xác định. thuật toán này thường được sử dụng trong phát triển web cho URL.

Thuật toán biến đổi Fourier 

Thuật toán biến đổi Fourier là một trong những công cụ mạnh mẽ dùng để chuyển đổi tín hiệu giữa miền thời gian và miền tần số.

Các mạng kỹ thuật số như wifi, internet, máy tính, điện thoại, vệ tinh, bộ định vị,... đều sử dụng thuật toán biến đổi Fourier để hoạt động.

Thuật toán mã hóa Huffman

Thuật toán mã hóa Huffman là cốt lõi của việc nén văn bản hiện đại. Nó hoạt động bằng cách phân tích tần suất xuất hiện của các ký tự trong văn bản và tổ chức chúng thành một cây dựa trên tần suất đó.

Thuật toán các tập không giao nhau

Thuật toán các tập không giao nhau là một cấu trúc dữ liệu giúp biểu diễn nhiều tập hợp khác nhau trong một mảng riêng lẻ. Mỗi mục trong mảng đại diện cho một phần tử của các tập hợp và các bộ tách rời đại diện cho các phần tử kết nối với nhau trong cùng một đồ thị hay phân đoạn.

Hệ số tích phân

Thuật toán hệ số tích phân cung cấp hướng dẫn chi tiết về cách tìm thừa số nguyên tố của một số tổng hợp. Nó hỗ trợ giải quyết các vấn đề phức tạp trong lĩnh vực mã hóa yêu cầu, đặc biệt là khi làm việc với các số nguyên lớn.