A matematika nyelve

Ha számítógépekkel akarunk dolgozni, akkor először is lefordítjuk a világ tényeit, adatait számokra, a matematika nyelvére, majd betápláljuk őket a gépbe. Egy algoritmus olyan utasítások sorozata, melyek megmondják a számítógépnek, hogy hogyan lehet ezeket a betáplált adatokat, matekra lefordított tényeket, hasznos információvá alakítani.

A tények tehát adatok, hasznos információ alatt pedig olyasmit értünk, aminek mi emberek hasznát vehetjük. Vagy gépekkel kapcsolatos utasítások, vagy egy újabb algoritmus bevitele, és természetesen első körben ezek is matematikai fogalmakban, számok formájában érkeznek.

Ha hasznos algoritmusokat szeretnénk elképzelni, gondolhatunk a google maps útvonal-keresőjére ami a megfelelő számkészletek rendezésével dolgozik, egy egészségügyi diagnosztikai rendszerre, vagy az információ képernyőkön történő megjelenítésére.

A nagymama színre lép

Ha még mindig homályos a dolog, képzeljünk el valamit, amivel a legtöbben találkoztunk már, és gyártsunk is gyorsan belőle egy egyszerű algoritmust. Arra nem árt odafigyelni, hogy akár szeretett nagymamánk is értse a létrejövő folyamatot és magyarázatát, vagyis a ránk leső legnagyobb veszély a túlbonyolítás.

Bemenet

A számítógép a működéséhez alapvetően bemeneti (input) információra vár tőlünk. Maradva a nagymamánál, gondoljuk át, hogy ha főzni szeretnénk valamit ebédre, milyen információra lesz szükségünk? Először is tudnunk kell, milyen hozzávalók állnak rendelkezésére a hűtőben, és a spájzban.

Fontolóra vehetjük, hogy mit szeret enni a család, kinek mi a kedvence, milyen alapanyagból mennyi van itthon, az unalmasság elkerülése érdekében azt, hogy mit készítettünk már a héten, hogy milyen konyhai eszközeink vannak, és így tovább.

Mindezt adatok formájában is kifejezhetjük, melyek lényegében egyszerű számok vagy szavak gyűjteményei. Például a családtagok ízlése valószínűleg megoszlik az édesszájúak és a húsimádók között, ami egy arányszám lesz. Az alapanyag mennyiségek darabszámban, kilogrammban vagy grammban adhatóak meg, a potenciális receptek pedig feloszthatóak “nemrég volt” és “ezer éve nem készült” kategóriákra.

Átalakítás

Most jön az algoritmusok lelke, a számítás. A számítások számtanból,  döntéshozatalból és ismétlésekből állnak. De hogyan kapcsolódik mindez a főzéshez? 

Az első döntésekhez olyan matematikai műveleteket kell végeznünk a bemeneti számokkal, mennyiségekkel, melyeket a nagymama is elvégez minden egyes alkalommal, még olyankor is, ha nem használ hozzá mérleget, csak a két mindentudó kezét.

Az, hogy melyik étel készül majd, függ az évszaktól, az adott recept gyakoriságától konyhánkban, és az unokákkal készített szóbeli felmérés eredményétől (Mit ennél ma kicsikém?). A számítógép mindebből annyit érzékel, hogy, „ha tavasz van, ha a főételt már megfőztük, ha van itthon friss saláta, és a 8 éves Petike is igent mondott a görög salira, akkor válassza a fetasajtot, az olívabogyót, olívaolajat, kígyóuborkát, paradicsomot, citromlevet és lila hagymát, valamint sót borsot és kakukkfüvet, és a megfelelő keverőtálakat, eszközöket”.

Miután mindezt összesítette, persze elő is kell készíteni a hozzávalókat. Ez nyilvánvalóan kulcsfontosságú része az algoritmusunknak. A számítógép számára az ismétlődés úgy fejezhető ki, hogy „minden hozzávalót készíts elő”.

Kimenet

Az algoritmus utolsó lépése a kimenet, ez gyakorlatilag a válasz arra a problémára, feladatra, amire kifejlesztettük. A számítógép számára a kimenet általában további adatsor, épp mint a bemenet esetében. Ez teszi lehetővé a számítógépek számára, hogy az algoritmusokat bonyolult láncokban összefűzve, még több algoritmust készítsenek.

A kimenet természetesen magában foglalhatja a létrejött új információ prezentálását is, például egy monitoron vagy bármilyen képernyőn történő megjelenítését, hangzó jelek előállítását, vagy bármely más kommunikációs formát.

A nagymama világában ez azt jelenti, hogy az alapanyagok előkészítése után elkészíti az ételt, és feltálalja az asztal körül ülő családtagoknak az ebédlőben. Lehet, hogy valaki még egy ételfotót is kitesz az Instagramra, hogy eldicsekedjen a jó sorsával.

Gépi tanulási algoritmusok

Ha túlságosan bonyolult a döntéshozatali folyamat, a modern algoritmusok egy speciális kategóriájára lehet szükség, melyeket gépi tanulási algoritmusoknak hívunk. Ezek múltbeli döntéshozatali példák halmaza alapján „tanulnak, fejlődnek” . A gépi tanulás alkalmazása az ajánlások, előrejelzések és az információk kikeresése területein ma már mindennaposnak számít.

A nagymama és a család példájánál maradva, az összes minőségi mutatónak ez az igazi titka. A nagymama azért főz olyan csodálatosan, mert - a gépi tanulás algoritmusának analógiájával szólva -  emlékszik azokra, a múltbeli döntésekre, melyek fantasztikusan finom, sokat dicsért ételeket eredményeztek.

Pontosan tudja ki mit szeret a családban, sőt, az ételfotókat készítő családtagok is fejben tartják, hogy melyik képre érkezett a legtöbb "lájk", és mindenki ezeket az információkat felhasználva hozza meg a legjobbnak vélt döntéseit.

Összefoglalva tehát, egy algoritmus az a folyamat, melynek során a számítógép bemeneti adatai kimeneti adatokká változnak. Egyszerű koncepció, és minden elektronikai készülék, amit naponta használunk számos ilyen algoritmust tartalmaz.

Ha közben a vasárnapi ebéd is elkészült, jó étvágyat kívánunk hozzá!

(Kép: Unsplash)