Thuật Toán Là Gì? Top 12 thuật toán trong lập trình phổ biến nhất hiện nay

Là một thuật ngữ phổ biến trong lĩnh vực công nghệ thông tin những năm gần đây, thuật toán là khái niệm khá quen thuộc với nhiều người dùng, đặc biệt là lập trình viên. Vậy thuật toán là gì, có tất cả bao nhiêu thuật toán? Hãy cùng BKNS đi giải mã ngay trong bài viết dưới đây nhé.

Thuật toán là gì?

Thuật toán là gì? Thuật toán, còn được gọi là giải thuật, có nhiều định nghĩa khác nhau. Một cách đơn giản, thuật toán là một tập hợp hữu hạn các hướng dẫn rõ ràng, có thể được thực hiện bằng máy tính, thường được sử dụng để giải quyết một loạt vấn đề hoặc thực hiện một phép tính.

Để dễ hiểu hơn, hãy tưởng tượng mỗi bài toán như một chiếc hòm chứa kho báu, và “giải thuật” là chìa khóa chính. Nếu sử dụng chìa khóa không đúng, bạn vẫn có thể mở được hòm, nhưng sẽ mất nhiều thời gian và công sức, hoặc kho báu bên trong có thể bị hỏng, không còn nguyên vẹn.

Việc sử dụng chính xác chìa khóa sẽ giúp bạn nhanh chóng lấy được kho báu. Tuy nhiên, mỗi hòm sẽ đòi hỏi một loại chìa khóa khác nhau, tương tự như mỗi vấn đề cần có các giải thuật riêng biệt.

Không có chìa khóa nào có thể mở tất cả các hòm kho báu, và cũng không có giải thuật nào có thể giải quyết toàn bộ các bài toán.

12 thuật toán cơ bản lập trình viên cần biết 

Là một lập trình viên, bạn cần biết những khái niệm dưới đây. Cùng BKNS tìm hiểu xem những thuật toán căn bản dưới đây gồm những gì nhé.

Thuật toán Hashing

Hashing là một trong những thuật toán tham gia vào quá trình phát hiện và xác định dữ liệu thích hợp thông qua key và ID. Vai trò chính của hashing là phát hiện lỗi, quản lý bộ nhớ cache, mật mã và tra cứu, cụ thể hàm hashing được tích hợp vào khóa và cho ra các giá trị chính xác nhất.

Hàm hashing còn được sử dụng như một định danh duy nhất cho các tập dữ liệu và các phép tính toán cho người dùng để tạo ra các giá trị dữ liệu không trùng lặp. Thường hàm hashing được sử dụng trong các bộ định tuyến để lưu trữ địa chỉ IP.

Thuật toán tìm kiếm

Thuật toán tìm kiếm được áp dụng cho các cấu trúc dữ liệu tuyến tính và cấu trúc dữ liệu đồ họa. Nó còn được gọi là thuật toán tìm kiếm nhị phân và hỗ trợ nhà phát triển tìm kiếm hiệu quả trên các tập dữ liệu đã được sắp xếp, với thời gian phức tạp O(log N).

Thuật toán tìm kiếm nhị phân hoạt động bằng cách chia danh sách ban đầu thành hai nửa liên tiếp cho đến khi tìm thấy mục tiêu cần tìm. Nó cũng được sử dụng để gỡ lỗi, đặc biệt trong việc giải quyết các vấn đề liên quan đến git bisection.

Thuật toán sắp xếp

Các nhà phát triển sử dụng thuật toán QuickSort để sắp xếp dữ liệu theo một cách có tổ chức. Thuật toán QuickSort bao gồm việc so sánh các phần tử dữ liệu với nhau để xác định thứ tự tương ứng của chúng.

Thời gian thực thi của thuật toán QuickSort được đánh giá là O(nlogn), trong đó n là số lượng phần tử cần sắp xếp. Thuật toán này dựa trên kỹ thuật so sánh. Tuy nhiên, có một thuật toán khác là Radix Sort, có khả năng xử lý nhanh hơn QuickSort. Radix Sort sắp xếp các phần tử trong một mô hình tuyến tính và có độ phức tạp thời gian là O(n). Ngoài ra, còn có các thuật toán sắp xếp khác như sắp xếp đếm, sắp xếp hợp nhất và sắp xếp nhóm.

Thuật toán lập trình động

Thuật toán lập trình động thường là một hàm được dùng với mục đích giải quyết các vấn đề phức tạp liên quan đến trí tuệ thông qua quá trình tách các vấn đề thành các bài toán con nhỏ hơn. Sau khi đã giải quyết các bài toán nhỏ, việc thực hiện xây dựng trở lại thành một vấn đề phức tạp đòi hỏi bộ nhớ của các kết quả nhỏ hơn để đưa ra câu trả lời cho vấn đề phức tạp ban đầu sẽ dễ dàng hơn để thực hiện.

Thuật toán trong lập trình có thể tích hợp để ghi nhớ, thông qua đó cho phép lưu trữ các vấn đề đã được giải quyết trước đó. Trường hợp lần tiếp theo xuất hiện thì vấn đề sẽ được giải quyết nhanh hơn rất nhiều.

Thuật toán Dijkstra

Một vấn đề cực kỳ quan trọng khác mà các nhà phát triển làm việc là tìm đường dẫn. Đồ thị hóa một cách cực kỳ linh hoạt để mô tả tất cả các loại vấn đề liên quan đến mạng lưới các đối tượng riêng biệt.

Thuật toán Dijkstra là một cách tìm đường đi nhanh nhất giữa hai nút trong biểu đồ. Nền tảng này khá quen thuộc với hầu hết các công việc được thực hiện trong việc tìm kiếm đường đi và được sử dụng trong mọi thứ, từ trí tuệ nhân tạo đến thiết kế trò chơi.

Thuật toán phân tích liên kết

Thuật toán phân tích liên kết được ứng dụng chủ yếu trong lĩnh vực mạng, nó cung cấp khả năng tương quan trong cùng một tên miền với nhiều thực thể khác nhau.

Phân tích liên kết sử dụng ma trận phức tạp và biểu diễn đồ họa nhằm liên kết các căn cứ tương tự trong cùng một miền hiện tại. Loại thuật toán cơ bản này được dùng trong các công cụ như Google, Facebook, Twitter.

Thuật toán Mô-đun

Các thuật toán mã hóa phức tạp nếu được phân tích dựa trên thuật toán mô-đun sẽ trở nên đơn giản và dễ dàng hơn rất nhiều. Đối với số học mô-đun, các thông số hiện tại đang xử lý chỉ là số nguyên và các phép toán chủ yếu được dùng là cộng, trừ, nhân và chia.

Thuật toán phân tích cú pháp và xâu ký tự 

Có thể nói quy trình tạo xâu luôn đặc biệt quan trọng đối với miền và phân tử mạng. Để giúp thuật toán xâu ký tự có thể phát huy hết khả năng thì các xâu phải khớp trong cùng một chuỗi dài hoặc khi xác nhận chuỗi bằng cách phân tích cú pháp qua giới hạn đã được xác định từ trước. Thuật toán phân tích cú pháp và xâu ký tự được dùng chỉ yếu trong quá trình phát triển web cho URL.

Có thể nói quy trình tạo xâu luôn đặc biệt quan trọng đối với miền và phân tử mạng. Để giúp thuật toán xâu ký tự có thể phát huy hết khả năng thì các xâu phải khớp trong cùng một chuỗi dài hoặc khi xác nhận chuỗi bằng cách phân tích cú pháp qua giới hạn đã được xác định từ trước. Thuật toán phân tích cú pháp và xâu ký tự được dùng chỉ yếu trong quá trình phát triển web cho URL.

Thuật toán biến đổi Fourier 

Thuật toán biến đổi Fourier được biết đến là một trong những thuật toán đơn giản nhưng mạnh mẽ. Loại thuật toán lập trình này được dùng để chuyển đổi tín hiệu từ tên miền thời gian sang miền tần số và ngược lại.

Hiện tại, các mạng kỹ thuật số như wifi, internet, máy tính, điện thoại, vệ tinh, bộ định vị đều sử dụng thuật toán biến đổi Fourier để vận hành.

Thuật toán mã hóa Huffman

Mã hóa Huffman là nền tảng của nén văn bản hiện đại. Nó hoạt động bằng cách xem xét tần suất các ký tự khác nhau xuất hiện trong một văn bản và sắp xếp chúng trong một cây dựa trên tần suất này.

Thuật toán các tập không giao nhau

Thuật toán các tập không giao nhau là một cấu trúc dữ liệu được sử dụng như một công cụ hỗ trợ cho việc biểu diễn nhiều tập hợp trong một mảng riêng lẻ. Mỗi phần tử trong mảng đại diện cho một tập hợp riêng biệt.

Cấu trúc dữ liệu này cho phép kết nối các phần tử thuộc cùng một tập hợp thông qua các bộ tách rời. Điều này có thể được áp dụng trong các thuật toán đồ thị hoặc trong việc phân đoạn hình ảnh.

Ví dụ, trong một thuật toán đồ thị, mỗi tập hợp các đỉnh không giao nhau có thể được biểu diễn bằng cách sử dụng cấu trúc dữ liệu này. Nó cho phép các đỉnh trong cùng một tập hợp được liên kết với nhau thông qua các bộ tách rời, giúp tìm kiếm, xử lý và truy xuất dữ liệu một cách hiệu quả.

Tương tự, trong việc phân đoạn hình ảnh, các phần tử liên quan đến cùng một phân đoạn có thể được kết nối bằng cấu trúc dữ liệu này. Điều này giúp quản lý và thao tác trên các phân đoạn ảnh một cách thuận tiện và hiệu quả.

Hệ số tích phân

Thuật toán hệ số tích phân là một thuật toán cung cấp hướng dẫn từng bước cho bạn về cách lấy các thừa số nguyên tố của một số tổng hợp. Hệ số tích phân giúp bạn giải quyết các vấn đề phức tạp trong nền tảng mã hóa yêu cầu bạn phải giải quyết các số nguyên phức hợp lớn.

Trong toán học và tính toán, hệ số tích phân không liên quan đến việc tìm các thừa số nguyên tố của một số tổng hợp. Thay vào đó, hệ số tích phân là một khái niệm trong lĩnh vực tích phân, đo lường mức độ ảnh hưởng của một biến đổi hoặc hàm số trong quá trình tích phân.

Hệ số tích phân xuất hiện trong các công thức tính diện tích, khối lượng, tổng, tích phân xác suất và nhiều ứng dụng khác. Nó giúp xác định tương quan giữa đại lượng biến thiên và quá trình tích phân.

Kết luận

Tóm lại, thuật toán là hạt giống cơ bản cho mọi hoạt động trong lập trình, từ xử lý thông tin đơn giản đến những ứng dụng phức tạp. Chúng là bước đầu tiên trong việc giải quyết vấn đề, giúp chúng ta tạo ra các chương trình hiệu quả và tối ưu. Việc hiểu và áp dụng đúng thuật toán không chỉ giúp tăng cường khả năng giải quyết vấn đề mà còn giúp xây dựng tư duy logic, phản xạ toán học và kỹ năng sáng tạo.

Trên đây là những chia sẻ của BKNS về khái niệm thuật toán là gì? Có những loại thuật toán nào được sử dụng rộng rãi trong quá trình lập trình. Mong rằng từ những chia sẻ trên bạn đọc sẽ hiểu rõ hơn về thuật toán và biết cách ứng dụng thuật toán hiệu quả cho công việc lập trình của mình. Chúc các bạn thành công.

> Đọc thêm:

27 hàm xử lý chuỗi trong PHP phổ biến nhất

Ngôn ngữ PHP là gì? Các hàm thông dụng trong PHP