ملخص الخوارزميات: المخططات الانسيابية وهياكل التحكم ولغات البرمجة — أولى ثانوي

مقدمة

الوحدة الثانية عشرة: البرمجة — الموضوع 12-1

وصفة عمل الكيك خطوات مرتبة: اخلط، ثم اخبز، ثم تحقق هل نضجت؟ إن لم تنضج انتظر قليلًا وأعد التحقق. هذه الوصفة خوارزمية. والكمبيوتر لا يفعل شيئًا إلا باتباع خوارزمية مكتوبة بلغة يفهمها. في هذه الوحدة ننتقل من استخدام البرامج إلى كتابتها.

أهداف التعلم

أن تعرّف الخوارزمية.
أن تمثل خوارزمية بمخطط انسيابي باستخدام رموزه الصحيحة.
أن تميز هياكل التحكم الثلاثة: التسلسل والتكرار والتفرع.
أن تعرّف لغة البرمجة ولغة الآلة، وتذكر أمثلة للغات البرمجة واستخداماتها.

شرح الدرس

مفهوم الخوارزمية

الخوارزمية (Algorithm): طريقة أو إجراء (خطوات مرتبة) لحل مشكلة معينة.

وتمثَّل الخوارزميات بصريًّا برسوم بيانية أهمها:

1) المخطط الانسيابي (Flowchart): يوضح تدفق عملية واحدة خطوة بخطوة. ورموزه:

الرمز (الشكل)	الاسم	المعنى
شكل بيضاوي (مستطيل بحواف دائرية)	Terminal	البداية أو النهاية
مستطيل	Process	عملية أو معالجة
متوازي أضلاع	Data	إدخال البيانات أو إخراجها
معين	Conditional branch	تفرع حسب شرط (نعم/لا)
شكل يشبه الشاشة (طرف مدبب وطرف منحنٍ)	Display	عرض على الشاشة
شكل بداية التكرار ونهايته (مضلع بحواف مشطوفة)	Repeat	بداية التكرار ونهايته
خط بسهم	Line	اتجاه تدفق البيانات والتحكم

2) مخطط النشاط (Activity diagram): مناسب لتمثيل العمليات المتوازية التي تحدث في الوقت نفسه أو بين أكثر من طرف، مثل تعامل العميل مع ماكينة الصراف الآلي: العميل يدخل البطاقة والرقم السري، والماكينة تتحقق، ثم يدخل المبلغ، فتصرف الماكينة النقود. ومن رموزه: البداية، والنهاية، والتحكم، والانتقال، والتفرع الشرطي، والعملية المتوازية، والإرسال.

هياكل التحكم

يمكن التعبير عن أي خوارزمية باستخدام ثلاثة هياكل تحكم مع الإدخال والإخراج:

الهيكل	عمله
الهيكل التسلسلي (Sequential)	ينفذ العمليات بالترتيب واحدة بعد الأخرى.
هيكل التكرار (Repeating)	يكرر العملية ما دام الشرط متحققًا.
هيكل التفرع (Branching)	يختار بين عمليتين حسب تحقق الشرط أو عدمه.

لغة البرمجة

لغة البرمجة (Programming language): لغة تُستخدم للتعبير عن الخوارزميات بطريقة يمكن للكمبيوتر فهمها.
البرمجة (Programming): إنشاء برنامج (الكود المصدري) بلغة برمجة.
تُكتب البرامج بلغة برمجة ثم تُترجم إلى لغة الآلة (Machine Language): تعليمات من الأصفار والآحاد يفهمها الكمبيوتر مباشرة.

أمثلة للغات البرمجة:

اللغة	ما يميزها
Python	تستخدم في الذكاء الاصطناعي والإحصاء، وتنفذ المهام بأقل عدد من الأسطر البرمجية.
JavaScript	تعمل داخل متصفح الويب، فهي مثالية للأغراض المتعلقة بالويب.
Scratch	لغة برمجة مرئية تعليمية تعتمد على سحب الكتل (Blocks)، وهي منطقية وسهلة الفهم.

أمثلة وتطبيقات

مثال: خوارزمية الخروج من البيت

البداية.
استيقظ صباحًا.
هل الجو ممطر؟ إذا كانت الإجابة نعم فخذ مظلة.
اخرج من البيت.
النهاية.

مخطط انسيابي: البداية، ثم الاستيقاظ صباحًا، ثم معين "هل الجو ممطر؟"؛ إذا نعم: خذ مظلة ثم اخرج من البيت، وإذا لا: اخرج من البيت مباشرة، ثم النهاية

استخدمنا هنا هيكل التفرع (المعين)، وبقية الخطوات تسلسلية.

مثال (إشارة المرور للمشاة): “إذا كانت الإشارة خضراء فاعبر، وإلا فتوقف” تُمثل بمعين شرطه “هل الإشارة خضراء؟” وله فرعان: نعم ← اعبر، لا ← توقف. وهذا هيكل تفرع.

مثال (تكرار): “اطرق الباب حتى يُفتح” هيكل تكرار: نكرر الطرق ما دام الباب مغلقًا.

ملاحظات مهمة

لكل مخطط انسيابي بداية واحدة ونهاية، والأسهم تحدد اتجاه السير.
المعين يخرج منه مساران دائمًا (نعم/لا)، ويُكتب فيه سؤال.
الكمبيوتر لا يفهم Python مباشرة؛ بل تُترجم إلى لغة الآلة أولًا.

المفاهيم الأساسية

الخوارزمية: خطوات مرتبة لحل مشكلة.
المخطط الانسيابي يمثل تدفق عملية واحدة، ومخطط النشاط يناسب العمليات المتوازية.
هياكل التحكم: التسلسل، والتكرار، والتفرع.
لغة البرمجة تعبر عن الخوارزمية، وتترجم إلى لغة الآلة (أصفار وآحاد).
Python للذكاء الاصطناعي والإحصاء، وJavaScript للويب، وScratch لغة مرئية تعليمية.

ملخص الدرس

الخوارزمية خطوات مرتبة لحل مشكلة، ونمثلها بالمخطط الانسيابي لعملية واحدة أو بمخطط النشاط للعمليات المتوازية. وتُبنى كل خوارزمية من ثلاثة هياكل تحكم: التسلسل والتكرار والتفرع. ثم نكتبها بلغة برمجة مثل Python أو JavaScript أو Scratch، فتُترجم إلى لغة الآلة التي ينفذها الكمبيوتر.

أسئلة للتدريب

عرّف الخوارزمية، واكتب خوارزمية لعمل كوب شاي.
ما شكل رمز كل من: البداية والنهاية، والعملية، والتفرع الشرطي في المخطط الانسيابي؟
متى نفضّل مخطط النشاط على المخطط الانسيابي؟
حدد هيكل التحكم في كل مما يلي: “اغسل يديك ثم تناول الطعام”، “إذا نجحت فاحتفل وإلا فذاكر أكثر”، “كرر قراءة الفقرة حتى تحفظها”.
ما لغة الآلة؟ ولماذا تحتاج البرامج إلى ترجمة؟