วิทยาการคำนวณ1

บทที่ 1 แนวคิดเชิงคำนวณ

แนวคิดเชิงคำนวณ (Computational Thinking) หมายถึง แนวคิดในการแก้ปัญหา ที่มีกระบวนการแก้ปัญหาเป็นลำดับขั้นตอนอย่างเป็นระบบ ทั้งมนุษย์และคอมพิวเตอร์สามารถเข้าใจและนำไปปฏิบัติได้อย่างถูกต้อง แม่นยำ เป็นทักษะสำคัญในการแก้ปัญหา แนวคิดเชิงคำนวณเป็นแนวคิดสำคัญสำหรับนักพัฒนาซอฟแวร์ แต่สามารถนำมาประยุกต์ในการแก้ปัญหาในชีวิตประจำวันได้

แนวคิดเชิงคำนวณมีองค์ประกอบที่สำคัญ 4 ส่วน ได้แก่

1.แนวคิดแยกย่อย (Decomposition) เป็นการแตกปัญหาใหญ่ ให้เป็นปัญหาย่อยที่ซับซ้อนน้อยลง เพื่อให้สามารถจัดการปัญหาได้ง่าย เช่น หากต้องการเข้าใจว่าระบบของคอมพิวเตอร์ว่าทำงานอย่างไร ทำได้โดยการแยกคอมพิวเตอร์ออกเป็นส่วนๆ ได้แก่ หน่วยรับข้อมูล หน่วยประมวลผล และหน่วยแสดงผล แล้วสังเกตและทดสอบการทำงานของแต่ละองค์ประกอบ จะเข้าใจได้ง่ายกว่าวิเคราะห์จากระบบใหญ่ที่ซับซ้อนกว่า

2.แนวคิดหารูปแบบ (Pattern Recognition) เป็นการหารูปแบบ ความเหมือนหรือความคล้ายคลึงกันจากปัญหาย่อยแต่ละส่วน ซึ่งรูปแบบที่เหมือนหรือคล้ายคลึงกันเราอาจใช้วิธีแก้ปัญหาที่คล้ายกันได้ เช่น หากต้องวาดรูปสุนัข สุนัขทั้งหลายย่อมมีลักษณะบางอย่างที่เหมือนกัน พวกมันมีตา หาง ขน และเห่า ลักษณะที่มีร่วมกันนี้ เราเรียกว่ารูปแบบ เมื่อเราสามารถอธิบายสุนัขตัวหนึ่งได้ เราจะอธิบายลักษณะของสุนัขตัวอื่นๆ ได้ ตามรูปแบบที่เหมือนกันนั่นเอง

3. แนวคิดเชิงนามธรรม (Abstraction) เป็นการกำหนดหลักการ แยกรายละเอียดที่จำเป็นในการแก้ปัญหาออกจากรายละเอียดที่ไม่จำเป็น เช่น แม้ว่าสุนัขแต่ละตัวจะมีลักษณะเหมือนกัน แต่มันก็มีลักษณะเฉพาะตัวที่ต่างกัน เช่น สีตา สีขน ขนาดตัว ต่างกัน ความคิดด้านนามธรรมจะคัดกรองลักษณะที่ไม่ได้ร่วมกันกับสุนัขตัวอื่นๆ เหล่านี้ ออกไป เพราะรายละเอียดที่ไม่เกี่ยวข้องเหล่านี้ ไม่ได้ช่วยให้เราอธิบายลักษณะพื้นฐานของสุนัขในการวาดภาพมันออกมาได้ กระบวนการคัดกรองสิ่งที่ไม่เกี่ยวข้องออกไป และมุ่งที่รูปแบบซึ่งช่วยให้เราแก้ปัญหาได้เรียกว่าแบบจำลอง (model) เมื่อเรามีความคิดด้านนามธรรม จะช่วยให้เรารู้ว่าไม่จำเป็นที่สุนัขทุกตัวต้องหางยาวและมีขนสั้น หรือทำให้เรามีโมเดลความคิดที่ชัดเจนขึ้นนั่นเอง

4. แนวคิดการออกแบบขั้นตอนวิธี (Algorithm) เป็นการออกแบบพัฒนากระบวนการแก้ปัญหาให้เป็นขั้นตอนที่สามารถเข้าใจได้ และสามารถนำไปแก้ปัญหาที่มีลักษณะเดียวกันได้ เช่น เมื่อเราต้องการสั่งคอมพิวเตอร์ให้ทำงานบางอย่าง เราต้องเขียนโปรแกรมคำสั่งเพื่อให้มันทำงานไปตามขั้นตอน การวางแผนเพื่อให้คอมพิวเตอร์ทำงานตอบสนองความต้องการของเรา เรียกว่าวิธีคิดแบบอัลกอริทึ่ม คอมพิวเตอร์จะทำงานได้ดีเพียงใด ขึ้นอยู่กับชุดคำสั่งอัลกอริทึ่มที่เราสั่งให้มันทำงานนั่นเอง การออกแบบอัลกอริทึ่มยังเป็นประโยชน์ต่อการคำนวณ การประมวลผลข้อมูลและการวางระบบอัตโนมัติต่างๆ