หลักการแก้ปัญหาด้วยคอมพิวเตอร์
ในชีวิตประจำวันทุกคนต้องเคยพบกับปัญหาต่างๆ ไม่ว่าจะเป็นปัญหาด้านการเรียน การงาน การเงิน หรือแม้แต่ในการเล่นเกม จนอาจกล่าวได้ว่าการแก้ปัญหาเป็นกิจกรรมพื้นฐานอย่างหนึ่งของมนุษย์ เมื่อพบกับปัญหาแต่ละคนมีวิธีที่จะจัดการหรือแก้ปัญหาเหล่านั้นแตกต่างกันไป ซึ่งแต่ละวิธีการอาจเหมือนหรือแตกต่างกัน ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับความรู้ ความสามารถ และประสบการณ์ของแต่ละบุคคล อย่างไรก็ตาม เมื่อได้มีการนำวิธีการแก้ปัญหาต่างๆมาวิเคราะห์ จะพบว่าวิธีการเหล่านี้สามารถสรุปเป็นทฤษฎีซึ่งมีรูปแบบที่แน่นอนได้ และปัญหาบางลักษณะอาจต้องอาศัยความรู้ในระดับสูงเพื่อแก้ไขได้อย่างสมบูรณ์แบบ ในบทนี้ผู้เรียนจะได้ศึกษาเกี่ยวกับหลักและวิธีการแก้ปัญหาด้วยคอมพิวเตอร์ และ การนำภาษาโปรแกรมคอมพิวเตอร์และเครื่องมือต่างๆ มาช่วยในการแก้ปัญหา โดยทั่งไปการแก้ปัญหาหนึ่งอาจทำได้หลายวิธี ตัวอย่างเช่น ปัญหาจากการเล่นเกมทายใจก็สามารถแก้ได้หลายวิธีเช่นกัน เพียงแต่ว่าแต่ละวิธีที่แตกต่างกันจะทำให้ผู้เล่นเกมแก้ปัญหาได้ช้าเร็วไม่เท่ากัน ตัวอย่าง เกมทายใจ
คือเกมให้ผู้เล่นทายตัวเลข 3 ตัว ในการเล่นเกมต้องใช้ผู้เล่น 2 คน คนที่หนึ่งคือ ผู้กำหนด เป็นคนกำหนดเลข 3 ตัวที่ไม่ซ้ำกัน โดยเลือกจากกลุ่มตัวเลข 1-9 และอีกคนหนึ่งคือผู้ทาย เป็นผู้ทายตัวเลข 3 ตัวที่ไม่ซ้ำกันที่ผู้กำหนดได้กำหนดไว้แล้ว หลังจากที่ผู้ทายทายเลขแต่ละครั้ง ผู้กำหนดต้องให้รายละเอียดว่าตัวเลขที่ทายมานั้นถูกต้องกี่ตัว และในกรณีที่ตัวเลขที่ทายมาถูกตำแหน่งด้วยก็ต้องบอกว่าถูกตำแหน่งกี่ตัว เช่น ถ้าตัวเลขที่กำหนดไว้เป็น 815 และผู้ทายทายว่า 123 ผู้กำหนดต้องแจ้งว่าตัวเลขที่ทายนั้นถูก 1 ตัว และไม่มีตัวใดถูกตำแหน่ง ตารางที่ 1 เป็นตารางแสดงข้อมูลการเล่นเกม
คือเกมให้ผู้เล่นทายตัวเลข 3 ตัว ในการเล่นเกมต้องใช้ผู้เล่น 2 คน คนที่หนึ่งคือ ผู้กำหนด เป็นคนกำหนดเลข 3 ตัวที่ไม่ซ้ำกัน โดยเลือกจากกลุ่มตัวเลข 1-9 และอีกคนหนึ่งคือผู้ทาย เป็นผู้ทายตัวเลข 3 ตัวที่ไม่ซ้ำกันที่ผู้กำหนดได้กำหนดไว้แล้ว หลังจากที่ผู้ทายทายเลขแต่ละครั้ง ผู้กำหนดต้องให้รายละเอียดว่าตัวเลขที่ทายมานั้นถูกต้องกี่ตัว และในกรณีที่ตัวเลขที่ทายมาถูกตำแหน่งด้วยก็ต้องบอกว่าถูกตำแหน่งกี่ตัว เช่น ถ้าตัวเลขที่กำหนดไว้เป็น 815 และผู้ทายทายว่า 123 ผู้กำหนดต้องแจ้งว่าตัวเลขที่ทายนั้นถูก 1 ตัว และไม่มีตัวใดถูกตำแหน่ง ตารางที่ 1 เป็นตารางแสดงข้อมูลการเล่นเกม
จะเห็นว่าการแก้ปัญหาดังกล่าวข้างต้น นอกจากจะใช้วิธีลองผิดลองถูกในการทายครั้งแรกๆ แล้วยังมีการใช้เหตุผลประกอบการแก้ปัญหาซึ่งเราเรียกวิธีการดังกล่าวว่า “วิธีขจัด” (method of elimination) คือ จะแยกข้อมูลออกเป็นกรณีที่เป็นไปไม่ได้ทิ้ง จนเหลือกรณีที่เป็นไปได้ รูปแบบของการใช้เหตุผลประกอบการแก้ปัญหาอาจแตกต่างกันขึ้นอยู่กับเงื่อนไข ในบางปัญหาอาจจะขจัดให้เหลือกรณีเดียวไม่ได้ แต่อาจจะทำให้เหลือกรณีน้อยที่สุด
(1)การวิเคราะห์และกำหนดรายละเอียดของปัญหา
ขั้นตอนแรกของการแก้ปัญหาใดๆก็ตามจะต้องเริ่มต้นด้วยการทำความเข้าใจกับปัญหาให้ ถ่องแท้ เพื่อวิเคราะห์เงื่อนไขของปัญหาให้ชัดเจน รวมไปถึงข้อมูลที่จำเป็นในการแก้ปัญหาและรูปแบบหรือลักษณะของผลลัพธ์หรือคำตอบที่ต้องการโดยเหล่านี้จะเป็นประโยชน์ในการเลือกวิธีการ แก้ปัญหาต่อไปกล่าวโดยสรุป การวิเคราะห์และกำหนดรายละเอียดของปัญหามีองค์ประกอบดังนี้
ขั้นตอนแรกของการแก้ปัญหาใดๆก็ตามจะต้องเริ่มต้นด้วยการทำความเข้าใจกับปัญหาให้ ถ่องแท้ เพื่อวิเคราะห์เงื่อนไขของปัญหาให้ชัดเจน รวมไปถึงข้อมูลที่จำเป็นในการแก้ปัญหาและรูปแบบหรือลักษณะของผลลัพธ์หรือคำตอบที่ต้องการโดยเหล่านี้จะเป็นประโยชน์ในการเลือกวิธีการ แก้ปัญหาต่อไปกล่าวโดยสรุป การวิเคราะห์และกำหนดรายละเอียดของปัญหามีองค์ประกอบดังนี้
1.1 การระบุข้อมูลออก
ข้อมูลออกหรือคำตอบ คือสิ่งที่โจทย์ต้องการในการแก้ปัญหาด้วยคอมพิวเตอร์จำเป็นต้องระบุให้ชัดเจนว่าสิ่งที่ต้องการให้เป็นผลลัพธ์ของปัญหาคืออะไร และต้องการให้แสดงออกในรูปแบบใด เช่น การประมวลผลข้อมูลการเบิกถอนเงินจากเครื่องเอทีเอ็มต้องมีการแสดงข้อมูลออกเป็นจำนวนเงินที่ถอนไป และจำนวนเงินคงเหลือในบัญชี อีกทั้งยังต้องออกแบบการจัดวางข้อมูลเหล่านี้เพื่อพิมพ์ลงในใบบันทึกรายการด้วย
ตัวอย่างข้อมูลออก
1.2 การระบุข้อมูลเข้า
ข้อมูลเข้าคือ ข้อมูลเริ่มต้นหรือเงื่อนไขที่โจทย์กำหนดมาให้ตั้งแต่แรก ในการแก้ปัญหา ผู้แก้ปัญหาจะต้องใช้ข้อมูลเหล่านี้ในการประมวลผู้เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ตามที่ต้องการ ตัวอย่าง เช่น การเบิกถอนเงินด้วยบัตรเอทีเอ็มข้างต้น ผู้ถอนเงินต้องมีข้อมูลระบุตัวตนว่าเป็นเจ้าของบัญชีตัวจริง ได้แก่ บัตรเอทีเอ็ม และรหัสประจะตัว 4 หลักและยังต้องระบุข้อมูลให้ครบถ้วนว่าต้องการเบิกถอนจากบัญชีใดเป็นจำนวนเงินเท่าใด เป็นต้น
ตัวอย่างข้อมูลเข้า
1.3 รายละเอียดของปัญหา
รายละเอียดของปัญหา คือ การพิจารณาความต้องการของปัญหา ให้แสดงการวิเคราะห์ และกำหนดรายละเอียดของการหาค่าเฉลี่ยนของจำนวนเต็ม 5 จำนวนองค์ประกอบของขั้นตอน การวิเคราะห์และกำหนดรายละเอียดของปัญหาสามารถแสดงได้ดังนี้
รายละเอียดของปัญหา คือ การพิจารณาความต้องการของปัญหา ให้แสดงการวิเคราะห์ และกำหนดรายละเอียดของการหาค่าเฉลี่ยนของจำนวนเต็ม 5 จำนวนองค์ประกอบของขั้นตอน การวิเคราะห์และกำหนดรายละเอียดของปัญหาสามารถแสดงได้ดังนี้
(2)การเลือกเครื่องมือและวิธีออกแบบขั้นตอนวิธีในการแก้ปัญหา
การเลือกเครื่องมือและออกแบบขั้นตอนวิธี (Tools and Algorithm Development) ขั้นตอนนี้เป็น ขั้นตอนของการวางแผนในการแก้ปัญหาอย่างละเอียดถี่ถ้วน หลังจากที่เราทำความเข้าใจกับปัญหา พิจารณาเงื่อนไขและข้อมูลที่มีอยู่ และสิ่งที่ต้องการหาในขั้นตอนที่ 1 แล้ว เราสามารถคาดคะเนวิธีการที่จะใช้ในการแก้ปัญหา ขั้นตอนนี้จำเป็นต้องอาศัยประสบการณ์ของผู้แก้ปัญหาเป็นหลัก หากผู้แก้ปัญหาเคยพบกับปัญหาทำนองนี้มาแล้วก็สามารถดำเนินการตามแนวทางที่ เคยปฏิบัติมา ขั้นตอนนี้จะเริ่มจากการเลือกเครื่องมือที่ ใช้ในการแก้ปัญหา โดยพิจารณาความเหมาะสมระหว่างเครื่องมือกับเงื่อนไข ต่าง ๆ ของปัญหา ซึ่ง หมายรวมถึงความสามารถของเครื่องมือในการแก้ปัญหาดังกล่าว และสิ่งที่สำคัญที่สุดคือความคุ้นเคยในการใช้งานเครื่องมือนั้น ๆ ของผู้แก้ปัญหา อีกสิ่งหนึ่งที่สำคัญในการแก้ปัญหา คือ ยุทธวิธีที่ใช้ในการแก้ปัญหา หรือที่เราเรียกว่า “ขั้นตอนวิธี” (Algorithm) ในการแก้ปัญหา หลังจากที่เราได้เครื่องมือช่วยแก้ปัญหาแล้ว ผู้แก้ปัญหาต้องวางแผนว่าจะใช้เครื่องมือดังกล่าวเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ถูก ต้องและดีที่สุด การออกแบบขั้นตอนวิธีในการแก้ปัญหา ผู้แก้ปัญหาควรใช้แผนภาพหรือเครื่องมือในการแสดงขั้นตอนการทำงาน เพื่อให้ง่ายต่อความเข้าใจ เช่น ผังงาน (Flowchart) ที่จำลองขั้นตอนวิธีการแก้ปัญหาในรูปของสัญลักษณ์ รหัสจำลอง (Pseudo Code) ซึ่งเป็นการจำลองขั้นตอนวิธีการแก้ปัญหาในรูปของคำบรรยาย การใช้เครื่องมือช่วยออกแบบดังกล่าวนอกจากแสดงกระบวนการที่ชัดเจนแล้วยังช่วยให้ผู้แก้ปัญหาสามารถหาข้อผิดพลาด ของวิธีการที่ใช้ได้ง่าย และแก้ไขได้อย่างรวดเร็ว
ตัวอย่างเครื่องมือในการแก้ปัญหา
สำหรับปัญหาที่มีขั้นตอนในการแก้ปัญหาอย่างซับซ้อน หรือต้องมีการแก้ปัญหาในลักษณะเดิมซ้ำอีกหลายครั้ง จำเป็นต้องใช้คอมพิวเตอร์เป็นอุปกรณ์ในการแก้ปัญหา โดยเขียนโปรแกรมเพื่อรับข้อมูลเข้าไปประมวลผล และยังต้องเลือกว่าจะใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์ภาษาใด ซึ้งขึ้นอยู่กับความ คุ้นเคยในการใช้งานของผู้เขียนโปรแกรม และลักษณะเฉพาะของแต่ละภาษาที่เหมาะสมกับปัญหานั้นๆ
ในการแก้ปัญหาโดยใช้คอมพิวเตอร์นั้น การออกแบบวิธีแก้ปัญหาอย่างเป็นขั้นตอนและง่ายต่อการทำความเข้าใจสำคัญมาก เพราะจะทำให้สามารถเขียนโปรแกรมจากขั้นตอนที่ได้ออกแบบไว้อย่างง่ายดาย เครื่องมือที่ใช้เพื่อการออกแบบขั้นตอนวิธี เช่น รหัสลำลอง (pseudocode) ซึ่งเป็นการจำลองขั้นตอนวิธีแก้ปัญหา โดยการอธิบายด้วยคำพูดที่เข้าใจได้ง่ายเป็นขั้นๆหรือผังงาน (flowchart) ซึ่งเป็นการใช้สัญลักษณ์ในการแสดงรายละเอียดและลำดับของแต่ละขั้นตอนที่ใช้แก้ปัญหา ข้อดีอีกประการหนึ่งของการใช้เครื่องมือเหล่านี้ช่วยในการออกแบบวิแก้ปัญหาคือ จะทำให้สามารถตรวจสอบความ ถูกต้อง หาจุดผิดพลาด และแก้ไขขั้นตอนในการแก้ปัญหาที่ซับซ้อนได้รวดเร็ว นักเขียนโปรแกรมจึงควรฝึกฝนการใช้งานเครื่องมือเหล่านี้ให้เชี่ยวชาญ
(3) การดำเนินการแก้ปัญหา
การดำเนินการแก้ปัญหา เป็นขั้นตอนการใช้โปรแกรมประยุกต์หรือเขียนโปรแกรมขึ้นเองโดยใช้ภาษาคอมพิวเตอร์ ซึ่งต้องอาศัยความเชี่ยวชาญเฉพาะในการใช้โปรแกรมหรือภาษาคอมพิวเตอร์นั้นๆ ขั้นตอนนี้จะเสร็จได้เร็วหรือช้าขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย เช่น ความชัดเจนและถูกต้องของวิธีแก้ปัญหาที่ได้ออกแบบไว้ และสามารถในการเขียนหรือใช้งานโปรแกรมหรือภาษาคอมพิวเตอร์ที่เลือกในขั้นตอนนี้ ผู้พัฒนาควรคำนึงถึงความยืดหยุ่นของโปรแกรมที่ได้ออกแบบขึ้นด้วย เพื่อให้สามารถรองรับการ เปลี่ยนแปลงที่อาจเกิดขึ้นในอนาคต เช่น การเปลี่ยนแปลงข้อมูลเข้า การเปลี่ยนรูปแบบของข้อมูลออกหรือวิธีการประมวลผลที่เปลี่ยนไป นอกจากนี้โปรแกรมควรต้องรองรับการขยายตัวในอนาคตได้อีกด้วย
ตัวอย่างการแก้ไขปัญหาด้วยคอมพิวเตอร์
(4) การตรวจสอบและปรับปรุงวิธีการ
ในขั้นตอนเป็นการตรวจสอบเพื่อให้แน่นใจว่าวิธีการแก้ปัญหารวมโปรแกรมที่พัฒนาขึ้นให้
ผลลัพธ์ถูกต้อง โดยต้องตรวจสอบว่าขั้นตอนวิธีที่สร้างขึ้นสอดคล้องกับรายละเอียดของปัญหา ซึ่งได้แก่ข้อมูลเข้า และข้อมูลออกที่ได้ระบุไว้ อีกทั้งยังสามารถรองรับข้อมูลเข้าอื่นๆ ที่มีลักษณะเดียวกันได้หลังจากที่โปรแกรมทำงานได้ผลตามที่ต้องการแล้วอาจต้องมีการปรับปรุงให้วิธีการในการแก้ปัญหามีประสิทธิภาพที่สุด โดยยังคงความถูกต้องของผลลัพธ์เช่นเดิม ในขั้นตอนการปรับปรุงนี้ ควรจะมีทั้งการปรับปรุงขั้นตอนการทำงานของวิธีแก้ปัญหาให้ดีขึ้น และปรับโปรแกรมที่เขียนขึ้นให้มีเทคนิค การประมวลผลที่มีประสิทธิภาพขึ้น
ผลลัพธ์ถูกต้อง โดยต้องตรวจสอบว่าขั้นตอนวิธีที่สร้างขึ้นสอดคล้องกับรายละเอียดของปัญหา ซึ่งได้แก่ข้อมูลเข้า และข้อมูลออกที่ได้ระบุไว้ อีกทั้งยังสามารถรองรับข้อมูลเข้าอื่นๆ ที่มีลักษณะเดียวกันได้หลังจากที่โปรแกรมทำงานได้ผลตามที่ต้องการแล้วอาจต้องมีการปรับปรุงให้วิธีการในการแก้ปัญหามีประสิทธิภาพที่สุด โดยยังคงความถูกต้องของผลลัพธ์เช่นเดิม ในขั้นตอนการปรับปรุงนี้ ควรจะมีทั้งการปรับปรุงขั้นตอนการทำงานของวิธีแก้ปัญหาให้ดีขึ้น และปรับโปรแกรมที่เขียนขึ้นให้มีเทคนิค การประมวลผลที่มีประสิทธิภาพขึ้น
2. เครื่องมือที่ใช้ในการออกแบบและขั้นตอนวิธีในการแก้ปัญหา
การออกแบบวิธีในการแก้ปัญหาเป็นกระบวนการที่ต้องอาศัยประสบการณ์ ความรู้ความเข้าใจ ในปัญหา และความคิดอย่างมีเหตุผลและเป็นขั้นตอนแล้ว ยังต้องอาศัยเครื่องมือที่จะช่วยถ่ายทอดความคิดออกมาเป็นลายลักษณ์อักษร หรือเป็นแผนภาพซึ่งจะช่วยให้สามารถแก้ปัญหาได้ดีโดยเฉพาะปัญหาที่ยุ่งยากซับซ้อนอีกทั้งยังเป็นแนวทางให้ผู้ที่เกี่ยวข้องหรือผู้ดำเนินการปรับปรุงในอนาคตเข้าในวิธีแก้ปัญหาที่เราพัฒนาขึ้นได้ง่าย เครื่องมือที่ใช้ในการออกแบบวิธีแก้ปัญหามี 2 ลักษณะคือ
2.1 รหัสลำลอง
รหัสลำลองเป็นการใช้คำบรรยายเพื่ออธิบายขั้นตองวิธีในการแก้ปัญหา การเขียนรหัสลำลอง ไม่มีรูปแบบที่แน่นอน ขึ้นอยู่กับประสบการณ์และความถนัดของผู้เขียน ซึ่งอาจจะเขียนอย่างละเอียดหรือย่อ และในบางครั้งที่อาจอธิบายในลักษณะคล้ายคำพูดหรืออาจจะเขียนในรูปแบบคล้ายภาพโปรแกรม ก็ได้เช่นกัน การใช้รหัสลำลองในการออกแบบวิธีแก้ปัญหามีข้อดีคือ เขียนง่ายผู้เขียนคำนึงถึงเพียงแต่วิธีแก้ปัญหา โดยไม่ต้องกังวลว่าจะเขียนผิดรูปแบบหรือไม่และถ้าผู้เขียนมีความชำนาญแล้ว การเขียนรหัสลำลองในรูปแบบคล้ายกับภาษาโปรแกรมจะทำให้สามารดัดแปลงไปเป็นโปรแกรมคอมพิวเตอร์ได้โดยง่าย แสดงถึงการใช้รหัสลำลองในการถ่ายทอดความคิดเพื่อแก้ปัญหาทั่วไป และปัญหาทางคณิตศาสตร์
2.2ผังงาน
ผังงานเป็นการอธิบายขั้นตอนวิธีการแก้ปัญหาโดยใช้รูปสัญลักษณ์มาเรียงต่อกันสัญลักษณ์แต่ ละแบบจะมีถึงความหมายถึงกระบวนการที่แตกต่างกัน โดยจะมีคำอธิบายสั้นๆเพิ่มเติมในสัญลักษณ์ ความหมายของสัญลักษณ์ต่างๆ ที่ใช้ในผังงานที่ถูกกำหนดโดยสถาบันมาตรฐานแห่งชาติอเมริกา (The American NationalStandard Institute : ANSI)เพื่อให้สามารถสื่อความหมายได้ตรงกัน ซึ่งมีรายละเอียดของสัญลักษณ์และความหมายที่ควรทราบ
สัญลักษณ์และความหมายของผังงาน
ในการเขียนผังงานมีหลักการ คือ ให้เลือกสัญลักษณ์แทนกระบวนการที่ถูกต้องและเขียนข้อความสั้นๆ แทนสิ่งที่ต้องกระทำลงในรูปสัญลักษณ์ แล้วนำมาเรียงต่อกัน เชื่อมแต่ละสัญลักษณ์ด้วยลูกศร โดยทั่วไปแล้ว จะเรียงลำดับของสัญลักษณ์ไว้จากบนลงล่าง ตามลำดับช่องการทำงาน หรือ อาจจะใช้หัวลูกศรระบุลำดับก่อนหลังของการทำงานก็ได้ การเชื่อมต่อสัญลักษณ์ต่างๆ ของผังงาน อาจทำให้มีการตัดกันของเส้นลูกศรจนอาจเกิดความสับสนได้ ผู้เขียนจึงควรเลือกใช้สัญลักษณ์จุดเชื่อมต่อในหน้าเดียวกัน โดยระบุตัวอักษรเดียวกันเพื่อหมายถึงการเชื่อมสองจุดของผังงานเข้าด้วยกัน แต่ถ้าผังงานใหญ่เกินหน้ากระดาษ ให้เลือกใช้สัญลักษณ์จุดเชื่อมต่อหน้ากระดาษ เพื่อเชื่อมระหว่างสองจุดของ ผังงานที่ข้ามไปอยู่คนละหน้ากัน
3. โครงสร้างการโปรแกรม
ก่อนการเขียนโปรแกรม ผู้พัฒนาโปรแกรมจะต้องเลือกภาษาคอมพิวเตอร์ ที่จะนำมาใช้ช่วยงานโดยพิจารณาจากปัจจัยต่างๆ ในการทำงาน เช่น ลักษณะของปัญหา ความถนัดของนักเขียนโปรแกรม สภาพแวดล้อมในการทำงานของระบบคอมพิวเตอร์ เป็นต้น เนื่องจากในปัจจุบันมีภาษาคอมพิวเตอร์ ให้เลือกได้หลายภาษา เช่น ภาษาปาสคาล ภาษาซี ภาษาจาวา และภาษาเดลฟาย ถึงแม้แต่ละภาษาจะมีรูปแบบและหลักการในการสร้างงานที่แตกต่างกันแต่ทุกภาษาจะต้องมีโครงสร้างควบคุมหลักทั้ง 3 แบบ ได้แก่ โครงสร้างแบบลำดับ (sequential structure) โครงสร้างแบบทางเลือก (selection structure) และโครงสร้างแบบวนซ้ำ(repetition structure)
3.1 โครงสร้างแบบลำดับ ( sequential structure )
โปรแกรมที่ทำงานเป็นขั้นตอนเพื่อแก้ปัญหาจะทำงานตามคำสั่งที่เขียนไว้ตามลำดับ ตั้งแต่ คำสั่งแรกไปจนถึงคำสั่งสุดท้าย โดยที่คำสั่งในที่นี้อาจเป็นคำสั่งเดี่ยวๆ หรือเป็นคำสั่งเชิงซ้อนที่มีหลาย คำสั่งย่อยประกอบกันในลักษณะเป็นโครงสร้างแบบทางเลือกหรือแบบวนซ้ำก็ได้โครงสร้างแบบ เรียงลำดับเมื่อเขียนเป็นผังงาน และมีกระบวนการทำงานพื้นฐานอยู่ 3 ชนิด ได้แก่
-การคำนวณ เป็นกระบวนการที่คอมพิวเตอร์ทำการคำนวณ ประมวลผล ซึ่งจะรวมไปถึงการกำหนดค่าให้กับตัวแปร เพื่อให้สามารถนำค่าของตัวแปรนั้นมาใช้ในภายหลังได้
- การรับข้อมูลเข้า เป็นกระบวนการรับข้อมูลจากอุปกรณ์ของหน่วยรับเข้า เช่น คีย์บอร์ด เพื่อนำค่าไปกำหนดให้กับตัวแปร และเก็บไว้ในหน่วยความจำ
- การส่งข้อมูลออก เป็นกระบวนการนำค่าของข้อมูลไปแสดงผลยังอุปกรณ์ของหน่วยส่งออก เช่น จอภาพหรือเครื่องพิมพ์ ข้อมูลที่จะส่งออกโดยทั่งไปจะเป็นค่าคงที่ หรือค่าของตัวแปร
ในการดำเนินการเพื่อแก้ปัญหาด้วยคอมพิวเตอร์ กระบวนการเหล่านี้ต้องถูกแปลงให้อยู่รูปของคำสั่งหลายคำสั่งประกอบกันเพื่อให้ทำงานตามขั้นตอนที่ได้ออกแบบไว้ เช่น กระบวนการการคำนวณในการเพิ่มค่าของตัวแปร counter ขึ้นอีกหนึ่ง จะใช้คำสั่ง“counter<counter + 1” กระบวนการรับข้อมูลเข้าเพื่อเก็บไว้ในตัวแปร x จะใช้คำสั่ง “input x” และกระบวนการส่งข้อมูลออกไปยังจอภาพเพื่อแสดงผลของตัวแปร average จะใช้คำสั่ง “print avereage” เป็นต้น
ตัวอย่าง แสดงการวิเคราะห์และกำหนดรายละเอียดของการหาค่าเฉลี่ยของจำนวนเต็ม 5 จำนวน ได้แก่ 0 3 4 8 และ 12
จากองค์ประกอบในการวิเคราะห์และกำหนดรายละเอียดของปัญหา
(1) การระบุข้อมูลเข้า
ในที่นี้โจทย์กำหนดให้หาค่าเฉลี่ยของจำนวนเต็ม 5 จำนวน ดังนั้น ข้อมูลเข้าได้แก่ จำนวน 0 3 4 8 และ 12
(2) การระบุข้อมูลออก
จากโจทย์สิ่งที่เป็นคำตอบของปัญหาคือ ค่าเฉลี่ย (X) ของจำนวนทั้งห้า
(3) การกำหนดวิธีประมวลผล
จากสิ่งที่โจทย์ต้องการ “ค่าเฉลี่ย” หมายถึง ผลรวมของจำนวนทั้ง 5 หารด้วย 5 ดังนั้น ขั้นตอนของการประมวลผลประกอบด้วย
3.1) รับค่าจำนวนทั้ง 5 จำนวน
3.2) นำจำนวนเต็มทั้ง 5 มาบวกเข้าด้วยกัน
3.3) นำผลลัพธ์จากข้อ 3.2) มาหารด้วย 5
ตัวอย่าง แสดงการวิเคราะห์และกำหนดรายละเอียดของการหาค่า X เมื่อ X คือจำนวนเต็มจำนวนหนึ่งในกลุ่มจำนวนเต็ม 5 จำนวน ที่มีค่าเฉลี่ยเป็น 10 และจำนวนอีก 4 จำนวนได้แก่ 3 4 8 และ 12
จากองค์ประกอบในการวิเคราะห์และกำหนดรายละเอียดของปัญหา
(1) การระบุข้อมูลเข้า
จากโจทย์ข้อมูลเข้า ได้แก่
1.1) จำนวนอีก 4 จำนวน คือ 3 4 8 12
1.2) ค่าเฉลี่ยของจำนวนทั้ง 5 จำนวน คือ 10
(2) การระบุข้อมูลออก
จากโจทย์สิ่งที่เป็นผลลัพธ์ คือ ค่า X
(3) การกำหนดวิธีประมวลผล
จากโจทย์และความหมายของ “ค่าเฉลี่ย” เราสามารถสรุปขั้นตอนของการประมวลผลได้ดังนี้
3.1) หาค่าผลรวมของจำนวนเต็มทั้ง 5 โดยนำค่าเฉลี่ยคูณด้วยจำนวนของเลขจำนวนเต็ม นั่นคือ 10 x 5 = 50
3.2) จากความหมายของ “ผลรวม” จะได้ 3+4+8+12+X = 50
3.3) แก้สมการ 27+X = 50 (จะได้ X = 23 ซึ่งคือผลลัพธ์)
3.2 โครงสร้างแบบทางเลือก (selection structure)
ปัญหาบางอย่างต้องการการตัดสินใจ เพื่อเลือกว่าจะใช้วิธีการใด โดยต้องมีการตรวจสอบว่าเงื่อนไขที่ใช้ในการตัดสินใจว่าเป็นจริงหรือเท็จ ถ้าเป็นจริงจะไปเลือกทำคำสั่งชุดหนึ่ง แต่ถ้าเป็นเท็จจะไปเลือกทำคำสั่งอีกชุดหนึ่ง ซึ่งชุดคำสั่งเหล่านี้จะประกอบด้วยโครงสร้างแบบลำดับนั่นเอง
3.3 โครงสร้างแบบวนซ้ำ (repetition structure)
ในการแก้ปัญหาบางอย่างอาจต้องมีการทำงานในบางคำสั่งหรือบางชุดของคำสั่งซ้ำกันมากกว่าหนึ่งรอบขึ้นไป โครงสร้างแบบมีการวนซ้ำนี้จะต้องมีการตัดสินใจร่วมกันอยู่ด้วยเสมอ เพื่อเป็นเงื่อนไขที่จะตัดสินใจว่าเมื่อใดจะวนซ้ำ หรือเมื่อใดจะถึงเวลาหยุดการวนซ้ำ การวนซ้ำแบบที่ต้องตรวจสอบเงื่อนไขที่จะให้วนซ้ำก่อนที่จะทำงานตามชุดคำสั่งในโครงสร้างแบบวนซ้ำ เรียกว่า การวนซ้ำแบบ while ซึ่งจะสังเกตได้ว่าถ้าเงื่อนไขไม่เป็นจริงตั้งแต่แรก คำสั่งในโครงสร้างแบบวนซ้ำจะไม่ถูกเรียกให้ทำงานเลย แต่การวนซ้ำแบบที่มีการตรวจสอบเงื่อนไขที่จะให้วนซ้ำหลังจากที่ได้ทำงานตามชุดคำสั่ง ในโครงสร้างแบบวนซ้ำไปรอบหนึ่งแล้ว เรียกว่า การวนซ้ำแบบ until สำหรับตัวอย่างของการวนซ้ำ เช่น การรับค่าตัวเลขเข้ามาหลายค่าเพื่อคำนวณหาผลรวม ในตัวอย่างที่ 4 ถือเป็นการวนซ้ำแบบ until
สิ่งที่ควรระวังในการใช้งานขั้นตอนวิธีแบบมีการวนซ้ำคือ ต้องตรวจสอบว่าได้กำหนดเงื่อนไขอย่างรัดกุมและถูกต้อง มิเช่นนั้นแล้วอาจเกิดกรณีของการวนซ้ำไม่รู้จบ (infinite loop) หรือกรณีที่วนซ้ำไม่ได้ตามจำนวนรอบที่ต้องการ
.gif)
ตัวอย่าง
อ้างอิง
www.sites.google.com
