คอมพิวเตอร์กับการแก้ปัญหา
การทำงานของเครื่องคอมพิวเตอร์ จะทำตามโปรแกรมที่เขียนขึ้นมาทุกประการ ดังนั้นการนำเครื่องคอมพิวเตอร์มาช่วยสำหรับการแก้ปัญหา จึงต้องมีโปรแกรมสำหรับการแก้ปัญหานั้น เพื่อสั่งการให้เครื่องคอมพิวเตอร์ทำงานตามต้องการ ผู้ที่ทำการเขียนโปรแกรมจึงต้องทราบถึงวิธีการของการแก้ปัญหาที่ต้องการแก้ไขทุกขั้นตอน จากนั้นจึงทำการเรียบเรียงลำดับขั้นตอนวิธีการทำงานตั้งแต่ขั้นตอนแรกจนถึงขั้นตอนสุดท้าย แล้วนำขั้นตอนวิธีที่ได้เรียบเรียงขึ้นมาเขียนเป็นโปรแกรมคอมพิวเตอร์ต่อไป
การเขียนโปรแกรมคอมพิวเตอร์ โดยไม่ได้มีการเตรียมการไว้ก่อน โดยทำการเขียนโปรแกรมตามความคิดในขณะนั้น ไม่ได้มีการวางแผนหรือการจดบันทึกขั้นตอนวิธีการทำงานของโปรแกรมที่เขียนขึ้นสำหรับเป็นเอกสารอ้างอิง เป็นวิธีการที่ไม่ถูกต้อง จะทำให้เสียเวลาในการเขียนโปรแกรมเพิ่มมากขึ้น
หากต้องการปรับปรุงพัฒนาการทำงานของโปรแกรมในภายหลัง จะมีความยุ่งยาก ต้องใช้เวลาสำหรับการทำความเข้าใจกับขั้นตอนวิธีการทำงานของโปรแกรม ถ้าโปรแกรมไม่มีความซับซ้อนมากนัก เวลาที่ใช้สำหรับการศึกษาถึงวิธีขั้นตอนวิธีการในการแก้ปัญหาจะใช้เวลาไม่มาก แต่ถ้าโปรแกรมนั้นมีความสลับซับซ้อนมากขึ้น การศึกษาถึงขั้นตอนวิธีการในการทำงาน จะยิ่งใช้เวลาเพิ่มมากขึ้น การเขียนเอกสารประกอบการทำงานของโปรแกรม ทำให้การปรับปรุงพัฒนาการทำงานของโปรแกรมในภายหลัง สามารถทำได้สะดวกยิ่งขึ้น
กระบวนการในการแก้ปัญหา
ซึ่งประกอบด้วย 4 ขั้นตอน ดังนี้
1. การวิเคราะห์และกำหนดรายละเอียดของปัญหา
การวิเคราะห์และกำหนดรายละเอียดของปัญหา (State the problem) ขั้นตอนนี้เป็นขั้นตอนแรกสุดก่อนที่จะลงมือแก้ปัญหา แต่ผู้แก้ปัญหามักจะมองข้ามความสำคัญของขั้นตอนนี้อยู่เสมอ จุดประสงค์ของขั้นตอนนี้ คือการทำความเข้าใจกับปัญหาเพื่อแยกให้ออกว่าข้อมูลที่กำหนดมาในปัญหาหรือเงื่อนไขของปัญหาคืออะไร และสิ่งที่ต้องการคืออะไร อีกทั้งวิธีการที่ใช้ประมวลผล ในการวิเคราะห์ปัญหาใด กล่าวโดยสรุปมีองค์ประกอบในการวิเคราะห์ ดังนี้
1.1 การระบุข้อมูลเข้า ได้แก่ การพิจารณาข้อมูลและเงื่อนไขที่กำหนดมาในปัญหา
1.2 การระบุข้อมูลออก ได้แก่ การพิจารณาเป้าหมายหรือสิ่งที่ต้องหาคำตอบ
1.3
การกำหนดวิธีประมวลผล ได้แก่
การพิจารณาขั้นตอนวิธีหาคำตอบหรือข้อมูลออก
2. การเลือกเครื่องมือและออกแบบขั้นตอนวิธี
การเลือกเครื่องมือและออกแบบขั้นตอนวิธี (Tools and Algorithm development) ขั้นตอนนี้เป็นขั้นตอนของการวางแผนในการแก้ปัญหาอย่างละเอียดถี่ถ้วน หลังจากที่เราทำความเข้าใจกับปัญหา พิจารณาข้อมูลและเงื่อนไขที่มีอยู่ และสิ่งที่ต้องการหาในขั้นตอนที่ 1 แล้ว เราสามารถคาดคะเนวิธีการที่จะใช้ในการแก้ปัญหา ขั้นตอนนี้จำเป็นต้องอาศัยประสบการณ์ของผู้แก้ปัญหาเป็นหลัก หากผู้แก้ปัญหาเคยพบกับปัญหาทำนองนี้มาแล้วก็สามารถดำเนินการตามแนวทางที่เคยปฏิบัติมา
ขั้นตอนนี้จะเริ่มจากการเลือกเครื่องมือที่ใช้ในการแก้ปัญหา โดยพิจารณาความเหมาะสมระหว่างเครื่องมือกับเงื่อนไขต่างๆ ของปัญหาซึ่งหมายรวมถึงความสามารถของเครื่องมือในการแก้ปัญหาดังกล่าว และสิ่งที่สำคัญคือความคุ้นเคยในการใช้งานเครื่องมือนั้นๆ ของผู้แก้ปัญหา
อีกสิ่งหนึ่งที่สำคัญในการแก้ปัญหา
คือยุทธวิธีที่ใช้ในการแก้ปัญหาหรือที่เราเรียกว่า
ขั้นตอนวิธี (algorithm) ในการแก้ปัญหา หลังจากที่เราได้เครื่องมือช่วยแก้ปัญหาแล้ว
ผู้แก้ปัญหาต้องวางแผนว่าจะใช้เครื่องมือดังกล่าวเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ถูกต้องและดีที่สุด
การออกแบบขั้นตอนวิธีในการแก้ปัญหา ผู้แก้ปัญหาควรใช้แผนภาพหรือเครื่องมือในการแสดงขั้นตอนการทำงานเพื่อให้ง่ายต่อความเข้าใน
เช่น ผังงาน (flowchart) ที่จำลองขั้นตอนวิธีการแก้ปัญหาในรูปของสัญลักษณ์ รหัสลำลอง (pseudo code) ซึ่งเป็นการจำลองขั้นตอนวิธีการแก้ปัญหาในรูปของคำบรรยาย
การใช้เครื่องมือช่วยออกแบบดังกล่าวนอกจากแสดงกระบวนการที่ชัดเจนแล้ว
ยังช่วยให้ผู้แก้ปัญหาสามารถหาข้อผิดพลาดของวิธีการที่ใช้ได้ง่ายและแก้ไขได้อย่างรวดเร็ว
3. การดำเนินการแก้ปัญหา
การดำเนินการแก้ปัญหา (Implementation) หลังจากที่ได้ออกแบบขั้นตอนวิธีเรียบร้อยแล้ว
ขั้นตอนนี้เป็นขั้นตอนที่ต้องลงมือแก้ปัญหาโดยใช้เครื่องมือที่ได้เลือกไว้
หากการแก้ปัญหาดังกล่าวใช้คอมพิวเตอร์เข้ามาช่วยง่าน
ขั้นตอนนี้ก็เป็นการใช้โปรแกรมสำเร็จหรือใช้ภาษาคอมพิวเตอร์เขียนโปรแกรมแก้ปัญหา
ขั้นตอนนี้ต้องอาศัยความรู้เกี่ยวกับเครื่องมือที่เลือกใช้ซึ่งผู้แก้ปัญหาต้องศึกษาให้เข้าใจและเชี่ยวชาญ
ในขณะที่ดำเนินการหากพบแนวทางที่ดีกว่าที่ออกแบบไว้ก็สามารถปรับเปลี่ยนได้
4. การตรวจสอบและปรับปรุง
การตรวจสอบและปรับปรุง (Refinement) หลังจากที่ลงมือแก้ปัญหาแล้ว ต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าวิธีการนี้ให้ผลลัพธ์ที่ถูกต้อง โดยผู้แก้ปัญหาต้องตรวจสอบว่าขั้นตอนวิธีที่สร้างขึ้นสอดคล้องกับรายละเอียดของปัญหา ซึ่งได้แก่ ข้อมูลเข้า และข้อมูลออก เพื่อให้มั่นใจว่าสามารถรองรับข้อมุเข้าได้ในทุกกรณีอย่างถูกต้องและสมบูรณ์ ในขณะเดียวกันก็ต้องปรับปรุงวิธีการเพื่อให้การแก้ปัญหานี้ได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุด
ขั้นตอนทั้ง 4 ขั้นตอนดังกล่าวข้างต้น เป็นเสมือนขั้นบันได (stair) ที่ทำให้มนุษย์สามารถประสบความสำเร็จในการแก้ปัญหาต่างๆ
ได้
รวมทั้งการเขียนหรือพัฒนาโปรแกรมคอมพิวเตอร์เพื่อแก้ปัญหาก็ต้องใช้กระบวนการตามขั้นตอนทั้ง
4 นี้เช่นกัน
