การตีโจทย์ปัญหาไปเป็นภาษาคอมพิวเตอร์ (Problem Solving)

การตีโจทย์ปัญหาไปเป็นภาษาคอมพิวเตอร์เรียกว่า ”ศาสตร์แห่งการแก้ปัญหา หรือ Problem Solving“ เป็นวิธีการทำความเข้าใจเกี่ยวกับปัญหาต่างๆ แล้วแปลงไปเป็นภาษาที่คอมพิวเตอร์เข้าใจ และแก้ปัญหาให้กับเราได้ สำหรับวิธีการที่ใช้แปลงจากปัญหาต่างๆ ไปเป็นภาษาคอมพิวเตอร์นิยมเรียกว่า ”อัลกอริทีม (Algorithm)“ เป็นวิธีการจำแนก และแยกย่อยปัญหาออกเป็นขั้นเป็นตอนอย่างเป็นระบบโดยพิจารณาตั้งแต่ข้อมูลที่ใช้ประมวลผล วิธีการคำนวณ และเอาต์พุตที่ต้องการ

อัลกอริทึมที่ดีต้องประกอบไปด้วย

1.มีการแบ่งย่อยปัญหา และมีลำดับการทำงานที่ชัดเจน

2.ปัญหาเป็นเหตุเป็นผลที่สามารถพิสูจน์ได้

3.ภาษาที่ใช้อธิบายต้องไม่ซับซ้อนและเข้าใจง่าย

4.ลดความกำกวม และการตีความที่ต่างกันให้เหลือน้อยที่สุด

ตัวอย่างเช่น ”ถ้านักเรียนไม่เข้าเรียนวิชาคณิตศาสตร์ จะไม่มีสิทธิ์สอบปลายภาค“ จะเห็นได้ว่าประโยคดังกล่าวสามารถสร้างเป็นอัลกอริทึมได้คือ มีการแยกย่อยปัญหา มีการจัดลำดับการทำงาน แต่ยังมีความกำกวมอยู่ ซึ่งอธิบายได้ดังนี้

1. ถ้านักเรียนไม่เข้าเรียนวิชาคณิตศาสตร์ เป็นปัญหาย่อยที่ 1 ส่งผลให้

2. นักเรียนจะไม่มีสิทธิ์สอบปลายภาค เป็นปัญหาย่อยที่ 2

3. ถ้านักเรียน... → จะไม่มี...เป็นเหตุเป็นผล และลำดับการทำงาน

อัลกอริทึมและโฟลว์ชาร์ต (Algorithm and Flowchart)

เพื่อให้เข้าใจความสัมพันธ์ระหว่างอัลกอริทึมและโฟลว์ชาร์ตได้ชัดเจนมากยิ่งขึ้น ผู้เขียนจะขอขยายความเพิ่มเติมดังนี้

อัลกอริทีมการต้มบะหมี่กึ่งสำเร็จรูป

ลองมาทำความเข้าใจอัลกอริทึมอีกสักตัวอย่างหนึ่ง ที่เกี่ยวข้องกับการดำเนินชีวิตในปัจจุบันของเราเกือบทุกๆ คน นั่นคือ ประสบการณ์เกี่ยวกับการต้มบะหมี่กึ่งสำเร็จรูป (คนไทยติดกับคำว่า ต้มมาม่า) ซึ่งเมื่อเขียนเป็นอัลกอริทีมจะมีขั้นตอนดังนี้

ขั้นตอน	ตำอธิบาย
1	เทบะหมี่กึ่งสำเร็จรูปลงในน้ำ แล้วนำไปต้มจนเดือด
2	เมื่อบะหมี่สุกแล้ว เทน้ำที่ต้มบะหมี่ทิ้ง เพื่อเป็นการเทแว็กซ์ (Wax) ผสมผงชูรสที่เป็นสารพิษทิ้ง
3	ต้มน้ำสะอาดจนเดือดและใส่เส้นบะหมี่ที่ต้มสุก แล้วปิดไฟทันที
4	ใส่เครื่องปรุงในขณะที่น้ำยังร้อน (ผงชูรสในเครื่องปรุงจะได้ไม่กลายเป็นสารพิษ)
5	ถ้าเป็นบะหมี่ชนิดแห้ง ให้เทน้ำครั้งที่สองออก แล้วก็ปรุงรสตามปกติ
6	รับประทาน

จากอัลกอริทีมการต้มบะหมี่กึ่งสำเร็จรูปซึ่งมีทั้งหมด 5 ขั้นตอน (ไม่รวมรับประทาน) โดยในแต่ละ ขั้นตอนจะมีรายละเอียดการดำเนินงานที่แตกต่างกัน แม้ว่าแต่ละขั้นตอนจะมีรายละเอียดการแก้ปัญหาที่แตกต่างกัน แต่ทั้ง 5 ขั้นตอนต้องมีความสัมพันธ์และสอดรับกันเป็นอย่างดี มิเช่นนั้นบะหมี่กึ่งสำเร็จรูป ที่ผ่านการต้มอาจจะให้โทษมากกว่าให้ประโยชน์ต่อผู้รับประทานนั่นเอง

การเขียนโฟลว์ชาร์ต (Flowchart)

โฟลว์ชาร์ตหรือผังงาน เป็นวิธีการที่ใช้อธิบายอัลกอริทึมอย่างเป็นขันตอน โดยอาศัยรูปภาพและ สัญลักษณ์ (Symbol) ในหนังสือเล่มนี้จะกล่าวเฉพาะสัญลักษณ์ที่นิยมใช้กันโดยทั่วไป ซึ่งมีทั้งหมด 5 แบบ ดังนี้

ชื่อสัญลักษณ์	สัญลักษณ์	ความหมาย
วงกลมหรือวงรี		ใช้สำหรับระบุเป็นจุดเริ่มต้น (Start) และจุดสิ้นสุด (Stop) ของโปรแกรมใช้สำหรับระบุเป็นจุดเริ่มต้น (Start) และจุดสิ้นสุด (Stop) ของโปรแกรม
สี่เหลี่ยมด้านขนาน		ใช้สำหรับระบุเป็นอินพุตหรือเอาต์พุต (1/0) ระหว่าง ผู้ใช้งานกับคอมพิวเตอร์หรือโปรแกรม
สี่เหลี่ยมผืนผ้า		ใช้สำหรับการคำนวณหรือประมวลผล (Process) ของคอมพิวเตอร์
สี่เหลี่ยมขนมเปียกปูน		ใช้สำหรับระบุทางเลือกหรือเงื่อนไขในกรณีที่เกิดการ ตัดสินใจมากกว่า 1 เส้นทาง
ลูกศร		ใช้สำหรับระบุถึงทิศทางการทำงานของโปรแกรม (ขึ้น ลง ซ้าย หรือขวา)

สำหรับขั้นตอนการเขียนโฟลว์ชาร์ตจะเริ่มต้นด้วยสัญลักษณ์รูปวงรี และเขียนข้อความข้างในวงรีดังกล่าวว่า ”เริ่มต้น หรือ Star!“ ซึ่งบ่งบอกว่าโปรแกรมเริ่มต้น ณ จุดนี้ ขั้นตอนถัดไปโปรแกรม ส่วนใหญ่จะพิมพ์ข้อความออกทางจอภาพ เพื่อบอกให้ผู้ใช้งานทราบว่าจะโต้ตอบกับโปรแกรมอย่างไร ซึ่งจะใช้สัญลักษณ์สี่เหลี่ยมด้านขนาน เมื่อรับข้อมูลเข้ามาในโปรแกรมแล้วต้องการคำนวณ ให้ใช้สัญลักษณ์สี่เหลี่ยมผืนผ้า และถ้าเกิดการตัดสินใจมากกว่า 1 ทางเลือกในโปรแกรม ให้ใช้สัญลักษณ์สี่เหลี่ยมขนมเปียกปูน โดยแต่ละขั้นตอนจะเชื่อมต่อด้วยลูกศร เพื่อบ่งบอกทิศทางของโปรแกรม สุดท้ายจะต้องจบ ด้วยสัญลักษณ์วงรีที่มีข้อความว่า ”หยุด หรือ Stop“ เสมอ เพื่อบอกว่าโปรแกรมจบการทำงานแล้ว

ตัวอย่างการเขียนโฟลว์ชาร์ต

เมื่อเด็กชายกลับมาจากโรงเรียนแล้ว เข้าต้องทำการบ้านให้เสร็จก่อน แล้วจึงจะเล่นเกมได้

1.โฟลว์ชาร์ตเริ่มต้นจากเด็กชายทวีกลับมาจากโรงเรียนแล้ว และเริ่มทำการบ้าน

2.ถ้าการบ้านที่เขาทำยังไม่เสร็จเรียบร้อย

3.เขาจะไม่ได้รับอนุญาตให้เล่นเกมของเขาได้ เขาต้องทำการบ้านต่อไปเรื่อยๆ

4.เมื่อเวลาผ่านไป เขาทำการบ้านเสร็จแล้วจึงจะเล่นเกมได้

5.และโปรแกรมก็จะจบการทำงาน เมื่อเขาได้เล่นเกม

การเขียนซูโดโค้ด (Pseudo Code)

จากที่กล่าวมาแล้วว่า การออกแบบอัลกอริทีมด้วยซูโดโค้ดจะเหมือนกับการเขียนสคริปต์เพื่อแก้ไข ปัญหาของโปรแกรมไปทีละบรรทัด เรียงต่อเนื่องกันไปจนกว่าปัญหาที่กำลังพิจารณาจะถูกแก้ไขจนหมดสิ้น โดยซูโดโค้ดหรือรหัสเทียม จะมีคำสั่งมาตรฐานให้ผู้เขียนสามารถนำไปใช้ได้ดังต่อไปนี้

คำสั่ง	คำอธิบาย
อินพุต (Input)	อินพุตที่ป้อนให้กับโปรแกรมคืออะไร
เอาต์พุต (Output)	เอาต์พุดที่ต้องการคืออะไร
อ่านค่า (Read)	อ่านข้อมูลเข้ามาประมวลผล
เขียน (Write)	แสดงผลข้อมูล
กำหนดให้ (Set)	กำหนดค่าให้กับตัวแปรต่าง ๆ ในโปรแกรม
เคลียร์ค่าข้อมูล (Reset)	เคลียร์ค่าข้อมูลของตัวแปรให้เป็น 0
คำนวณหรือประมวลผล (Compute/Calculate)	คำนวณหรือประมวลผลข้อมูล
บวกค่า ลบ คูณ และหาร (Add/Sub/Multiply/Divide)	หาผลรวม/ลบ/คูณ หรือผลหารของข้อมูล
ทำ...จนกระทั่ง (Do...while)	ทำจนกว่าเงื่อนไขเป็นเท็จ
ทำจนกว่า... (While)	ทำจนกว่าเงื่อนไขจะเป็นจริง
ถ้า...แล้ว... (If.…then...)	ถ้าเงื่อนไขเป็นจริงจะทำหลัง then
ในกรณีที่... (Case...end)	เลือกทำเงื่อนไขใดเงื่อนไขหนึ่ง
เรียก... (Call)	เรียกฟังก์ชันให้ทำงาน
กลับ (Return)	สั่งให้กลับจากฟังก์ชัน
จบ (End)	จบโปรแกรม

จากคำสั่งมาตรฐานที่แสดงในตาราง ผู้เขียนโปรแกรมไม่จำเป็นต้องจดจำทุกคำ เพราะการเขียน ซูโดโค้ดไม่มีรูปแบบหรือข้อกำหนดที่ตายตัว ดังนั้น ขอให้ผู้เขียนโปรแกรมเขียนซูโดโค้ดให้ครอบคลุมและตอบโจทย์ที่ต้องการให้ครบถ้วนก็เพียงพอแล้ว จากประสบการณ์ที่ผ่านมาผู้เขียนเห็นว่าโปรแกรมเมอร์ส่วนมากนิยมเขียนอัลกอริทีมด้วยโฟลว์ชาร์ตมากกว่าซูโดโค้ด เนื่องจากทำความเข้าใจได้ง่ายกว่านั่นเอง

ตัวอย่างการเขียนซูโดโค้ด

เมื่อเด็กชายทวีกลับมาจากโรงเรียนแล้ว เขาต้องทำการบ้านให้เสร็จก่อน แล้วจึงจะเล่นเกมได้ (เหมือนในตัวอย่างที่ 2 ของการเขียนด้วยโฟลว์ชาร์ต)

อัลกอรึทึม : ตรวจสอบการทำการบ้าน และการเล่นเกมของเด็กชายทวี
อินพุต: การบ้าน เอาต์พุต : เล่นเกมได้ ทำ การบ้าน ทำการบ้าน จนกระทั่ง การบ้านเสร็จหรือยัง? ถ้ายังให้กลับไปทำให้เสร็จ (กลับไป "ทำ การบ้าน" บรรทัดที่3) พิมพ์ ข้อความออกจอภาพ "คุณภาพสามารถเล่นเกมได้" จบ

ซูโดโค้ดกับโฟลว์ชาร์ตแบบไหนดีกว่ากัน

สังเกตว่า ถ้าโปรแกรมซับซ้อนขึ้นเรื่อยๆ การเขียนแบบซูโดโค้ดจะมีความยุ่งยากกว่าแบบโฟลว์ชาร์ต (โฟลว์ชาร์ตจะใช้พื้นที่ในการเขียนสัญลักษณ์ตามความซับซ้อนของโปรแกรม) แต่จะมีข้อดีในเรื่องการประหยัดเนื้อที่ในการอธิบายอัลกอริทีม และประการสำคัญคือ ซูโดโค้ดมีความใกล้ชิดกับตัวภาษามากกว่าโฟลว์ชาร์ตมาก ดังนั้น ผู้ที่ชำนาญในการเขียนโปรแกรมดีแล้วนิยมเขียนด้วยซูโดโค้ดแต่สำหรับผู้เริ่มต้นเขียนโปรแกรม ผู้เขียนแนะนำให้ใช้โฟลว์ชาร์ตจะได้ผลที่ดีกว่าการใช้ซูโดโค้ด

ข้อดีของการแปลงซูโดโค้ด

สำหรับการแปลงซูโดโค้ดไปเป็นภาษาไพธอนทำได้เช่นเดียวกับโฟลว์ชาร์ต แต่เป็นที่น่าสังเกตว่า ซูโดโค้ดจะแปลงได้ง่ายกว่าโฟลว์ชาร์ตมาก เนื่องจากรูปแบบภาษามีความใกล้เคียงกัน ไม่ต้องตีความหมายจากภาพไปเป็นภาษาไพธอนเหมือนกับโฟลว์ชาร์ต

การแปลงโฟลว์ชาร์ตและซูโดโค้ด (Converting flowchart and pseudo)

จากตัวอย่างที่ 1 ตรวจสอบการไปโรงเรียนสายของเด็กชายทวี สามารถถอดรูปจากโฟลว์ชาร์ตให้กลายเป็นโปรแกรมภาษาไพธอนได้ดังนี้

โฟลว์ชาร์ต

โปรแกรม

1.# Check out the boys’ school line

2.Time = float(intput(”Enter your time =“))

3.if Time > 7.0 then

5.print(”Your are late“)

4.else print(”Your aren‘t late“)

6.

---

1.(วงรีที่มีข้อความ Start) โปรแกรมเริ่มต้นการทำงาน ในส่วนนี้ผู้เขียนโปรแกรมอาจจะเขียนคำอธิบายโปรแกรม เพื่อบอกว่าโปรแกรมดังกล่าวทำงานอะไร โดยคำอธิบายจะอยู่หลังเครื่องหมาย ’#?หมายถึง ไพธอนจะไม่แปลความหมาย 2.(สี่เหลี่ยมด้านขนาน) จากโฟลว์ชาร์ตจะถูกแปลงเป็นคำสั่ง input ที่รับข้อมูลเข้ามาเป็นชนิดจำนวนจริง (float) 3.(สี่เหลี่ยมขนมเปียกปูน) จะถูกแปลงเป็นคำสั่งตรวจสอบเงื่อนไข (if..then) ว่า ถ้า Time มากกว่า 7.0 จริง โปรแกรมจะทำงานหลังคำสั่ง then ในขั้นตอนที่ 5.จะพิมพ์ข้อความว่า ”You are late“ แต่ถ้า Time น้อยกว่าหรือเท่ากับ 7.0 จะทำในขั้นตอนที่ 4.ซึ่งเมื่อแปลงจากโฟลว์ชาร์ตมาเป็นโปรแกรมจะอยู่หลังคำสั่ง else นั่นคือ โปรแกรมจะพิมพ์ข้อความว่า ”You aren‘t late“ 6.(วงรีที่มีข้อความ Stop) เมื่อสิ้นสุดแล้วโปรแกรมจะจบการทำงาน