سلسلة تعلم الخوارزميات: ما هي خرائط التدفق ؟ وما معاني رموزها؟

ما هي خرائط التدفق ؟

تُعرف خرائط التدفق «flowcharts» بأنها مخططات توضح تسلسل الخوارزمية من البداية حتى النهاية وهي عبارة عن تمثيل مرئي لتسلسل الخطوات والقرارات اللازمة لأداء المهمة المحددة.

تجدر الإشارة إلى أنه لا توجد معلومات واضحة حول مخترع هذه الخرائط ولكن أول معيار موحد لخرائط التدفق قدّمها الزوجان “فرانك وليليان جيلبرت” في عام 1921 في عرض تقديمي لأعضاء الجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين بعنوان:” مخططات العمليات: الخطوات الأولى في إيجاد أفضل طريقة للقيام بالعمل”.

بعد ذلك، في ثلاثينيات القرن الماضي، قام المهندس الصناعي “ألان إتش موجينسن” بتدريب بعض المشاركين في مؤتمرات تبسيط العمل في نيويورك. بدأ المشاركون من هذا المؤتمر مثل “أرت سبياتجر” و”بِن جراهام” في استخدام خرائط التدفق في مجالات تخصصهم، مما ساعد في نشر استخدام مخطط التدفق.

كانت هذه الخرائط وسيلةً شائعةً لوصف خوارزميات الحاسوب ولا تزال تستخدم لهذا الغرض. يمكن اعتبار التقنيات الحديثة مثل مخططات لغة النمذجة الموحدة «UML activity diagrams» على أنها امتداد لخرائط التدفق.

في سبعينيات القرن الماضي، انخفضت شعبية خرئط التدفق عندما أصبحت طرفيات الحاسوب التفاعلية ولغات البرمجة من الجيل الثالث أدواتً شائعةً للتجارة، إذ يمكن التعبير عن الخوارزميات بشكل أكثر إيجازًا كرمز مصدر في مثل هذه اللغة، بالإضافة إلى التعقيد الشديد الناتج عن استخدام خرائط التدفق لوصف الخوارزميات التي تحتوي على أوامر التنقل والقفز.

من اليسار الزوجان فرانك وليليان ومن اليمين المهندس ألان موجينسن وبن جراهام

الرموز المستخدمة في تمثيل خرائط التدفق

• رمز طرف المخطط: ويُمثل بإطار بيضاوي .
• الإدخال أو الإخراج: ويُمثل بشكل متوازي الأضلاع ويستخدم لإدخال البيانات أو لعرض النتائج .
• العملية أو المعالجة: تُمثل بإطار مستطيل ويستخدم للعمليات الحسابية أو عمليات المعالجة.
• اتخاذ القرار: ويُمثل بشكل معين ويشير إلى وجود تفرع في العملية لاتخاذ قرار معين.
• خطوط الاتجاه: تشير إلى اتجاه سير العملية.

الرموز المستخدمة في خرائط التدفق

توجد العديد من الأنواع لخرائط التدفق المستخدمة في تمثيل الخوارزميات كخرائط التدفق التتابعية البسيطة وهذا النوع يخلو من التكرارات والتفرعات بعكس خرائط التكرار البسيط والمعقد وخرائط التفرع التي تتضمن اختيار القرارات وفيما يلي مثال توضحي بسيط لخريطة تدفق تحوي كل من التكرار والتفرع في نفس الوقت. دعنا نطلق على هذا المخطط اسم خريطة التدفق للاستيقاظ من النوم كما هو موضح بالصورة التالية.

خريطة التدفق للاستيقاظ من النوم

التركيب اللغوي والجُمل والتعبيرات في لغات البرمجة

يُعرف التركيب اللغوي «syntax» بأنه القواعد التي توضح كيفية استخدام لغة فكما للغات البشرية قواعد نحوية خاصة بها، يوجد كذلك لغات قواعد خاصة بكتابة الجمل في لغات البرمجة.

إن أخطأت سهوًا في كتابة جملة ما ستظهر لك رسالة «syntax error» والتي تدل على أن هنالك خطأ نحوي في الكود البرمجي فمثلا في برنامج الماتلاب يوجد الأمر الشهير «clc» الذي يقوم بمسح نافذة الأوامر.

في حالة كتابة «cls» بدلًا عن «clc» سيتظهر لك رسالة «syntax error». وأيضًا في لغة البايثون  «Python»، تُكتب كلمة “print” دائمًا بأحرف صغيرة ثم يتبعها وسيط – الشيء الذي تريد طباعته-. إذا لم تكتب (“print (“Hello World تمامًا كما هو موضح هنا، فستتلقى خطأً في التركيب اللغوي للجملة.

تختلف الجمل تبعًا للغات البرمجة وأيضًا في لغة البرمجة نفسها هناك جمل بسيطة وجمل معقدة وبشكل عام تحتوي الجملة الواحدة على واحد أو أكثر من العناصر التالية:

• بيانات الإدخال: – على سبيل المثال، اسأل المستخدم سؤالاً أو اجمع قيمة من جهاز استشعار.
• بيانات المعالجة: – على سبيل المثال، أضف قيمتين معًا أو اتخذ قرارًا عندما تصل القيمة إلى مبلغ معين.
• بيانات الإخراج: – عرض بعض النتائج أو تشغيل صوت.

التعبيرات: يتم استخدام التعبيرات داخل الجُمل عند التعامل مع القيم. على سبيل المثال، 2 + 2 هو تعبير يُرجع قيمة 4. أما في برنامج حاسوبي، من الممكن أن يكون ذلك تعبيرًا لحساب عمرك. وبهذا نصل إلى نهاية مقالنا الذي تحدثنا فيه عن خرائط التدفق والتعابير والتراكيب اللغوية في البرمجة.لقراءة الجزء الأول من سلسلسة تعلم الخوارزميات اضغط هنا.

المصادر
zenflowchart
medium
BBC