الرياضيات في علوم الحاسب و البرمجة: تخلّص من هذا الشبح و اكتشف حقيقته

قد يكون تواجد الرياضيات في علوم الحاسب و أقسامه فزّاعة لمن يرغبون بتعلم علوم الحاسب.

الفزّاعة هي خرافة، لم تُعرف حقيقتها، فقد تكون واقعاً و قد تكونُ خيالاً يضيعُ عليك و على غيرك فرصاً لتحقيق أحلامك في أحد المجالات المهمة في هذا العصر.

هل ترضى بأن يفوتُك تعلُّم علوم الحاسب و الذي تحتل مهاراته الـ 10 مراكز الأولى للمهارات الأكثر طلباً في 2016 من أجل فزّاعة ؟!!

هيّا لنتعرف على حقيقة تواجد الرياضيات في مجالات علوم الحاسوب، نتعرف على العلاقة بين البرمجة و الرياضيات، تواجد الرياضيات في مواد علوم الحاسب و غير ذلك.

شُكراً لصديقنا محسن الذي طرق هذا الباب مؤخراً.

أهمية الرياضيات في علوم الحاسوب

بالتأكيد أنت تعلم أن الحاسوب مبني على مبدأ رقمين فقط، هما 0 و 1. أي أن كُل مهمة و كل ضغطة و كل أمر .. ببساطة كل شيء في الحاسب يتم تحويله إلى صفر و واحد.

هل تذكر أنك قد كتبت أمراً للحاسب من هذا النوع “01100 0100000 01010100 0010010” فكان ردُّ الحاسوب هو “000000001” ؟؟

لا أسمعك.. لم يحدث؟ حسناً .. قُل شكراً للرياضيات.

الحقيقة هي أن تبسيط إستخدام الحاسب يرجع في أصله إلى حد بعيد للرياضيات، عندما تتحدث عن الحاسب فإنك تتحدث عن إمكانيات مهولة لعتاد الحاسب.

ذاكرة و معالج و قدرات تخزينية مهولة، ولكن ما فائدة هذه الإمكانيات ما لم تستطيع إستخدامها بكفاءة عالية؟ … “سرعة” ؟!!

مثال:

إفترض أن لديك برنامجين مثبتين على حاسبك يؤديان نفس المهمة و هي حساب ناتج ضرب عددين.

أحدهما يحسب ناتج ضرب 10 * 3003 بضرب ناتج العددين فقط، و الآخر يحسبها عن طريق جمع 10 إلى نفسها 3003 مرة (10 + 10 + 10 + 10 ….إلخ).

هل تتوقع أن سرعة حساب النتيجة نفسها؟

نعم،، الإجابة هي لا.. الطريقة الصحيحة لمعرفة لماذا هي الخوارزميات.

قُل شكراً للخوارزميات .. أي الرياضيات مرة أخرى.

لألخص لك ما أرغب بقوله، عمل الحاسب إبتداء من القراءة من لوحة المفاتيح و الفأرة إلى عرض البيانات على الشاشة، و تحسين تجربة المستخدم و تحسين أداء البرامج للمبرمجين يعتمد على الرياضيات.

كلّما تعمّقت في استخدام الحاسب أكثر وجدت أن الرياضيات جذر اساسي لا يمكن الإستغناء عنه في الحاسب بتاتاً

تواجد الرياضيات في جميع اقسام الحاسوب و تأثيره عليك

الحضور المميز للرياضيات في جميع مجالات علوم الحاسوب يمثل بعبعاً لكثير من الطلاب المقبلين على دراسة علوم الحاسب، وأحياناً يمثل مؤثراً نفسياً سلبياً لطلاب الحاسب أنفسهم.

على الأقل، معرفتك لتواجد الرياضيات في أقسام علوم الحاسب قد يريحك نفسياً، و ربما قد تستطيع الإلتفاف على ما لا ترغب به أو ما لا تجيده.

معلومة مهمة:

تركيز الرياضيات في أقسام كليات علوم الحاسب ليس متساوياً.

اقسام كليات علوم الحاسب تختلف أهدافها، و تبعاً لاختلاف هذه الأهداف تختلف الوسائل المتبعة للوصول إلى تلك الاهداف.

بمعنى آخر فإن المواد التي تدرسها حتى تحقق أهداف القسم الذي تدرسه تختلف.

هذا الإختلاف جعل تركيز الرياضيات مختلفاً تبعاً لإختلاف اقسام كليات علوم الحاسب و الذي يعتبر ميزة تستطيع إستغلالها، و لكن بنفس القدر تأكد أنه لا وجود لدراسة علوم الحاسب دون قدر من الرياضيات.

سترى لاحقاً كيف تستطيع أن تعرف مقدار تواجد الرياضيات في القسم الذي ترغب بدراسته، أوفي قسمك الذي تدرسه الآن، ولكن الآن دعني أعطيك مثالاً.

ذكرتُ لك سابقاً أن أصل الحاسب هو 0 و 1، ولكن اليوم المبرمجون و مستخدمو الحاسب لا يتعاملون مع 0 و 1، بل يتعاملون مع أشياء قريبة جداً من لغة الإنسان، أليس كذلك؟

فلنفترض أنك تعمل على تحسين سرعة أحد نظم التشغيل (مثل ويندوز و لينكس) الذي يعاني من بطئ في تنفيذ المهام، ونظام التشغيل يتعامل مع الأجهزة بنظام 0 و 1، ألا تتوقع أن تتعامل مع الرياضيات بقدر أكبر مما إذا كُنت مبرمجاً يعمل على تطوير نظام لإدارة مخزن؟

الغالب هو أنه كلما كان عملك أعمق في مجالات علوم الحاسب كان تعاملك مع الرياضيات بقدر أكبر.

لماذا تدرس الرياضيات في علوم الحاسب

مهما كان قسمك في كلية علوم الحاسب، ستجد حتماً تواجداً للرياضيات كما اتفقنا.

ولكن هذا التواجد يختلف بإختلاف الحوجة، في نهاية احدى التدوينات عن أقسام كليات علوم الحاسب وضعتُ تقديرات لتركيز خصائص هذه الأقسام، كانت نسبة تواجد الرياضيات تتراوح بين 20 و 100.

كل من يتخرج من كلية علوم الحاسب فهو مؤهل للعمل في مجالات مختلفة، و لكن بنفس القدر يجب أن يكون مثقفاً حاسوبياً.

ماذا تعني الثقافة الحاسوبية؟ تعني أنه يجب أن تعرف شيئاً عن كل شيء في مجالات علوم الحاسب و إن كان بعيداً عن تخصصك.

وما دام الحاسب مبنيٌ على الرياضيات، فإنك حتماً ستدرس شيئاً من الرياضيات، و لكن بنفس القدر ليس بالضرورة أن عملك سيتطلب منك أن تستخدم هذه الرياضيات.

بل هناك بعض وظائف علوم الحاسب التي لن تستخدم فيها الرياضيات إطلاقا !!

ولكن بنفس القدر، فإن من المهام الأساسية للحاسب هي تطوير برمجيات تستطيع أداء المهام بكفاءةٍ عالية، و الرياضيات هي السبيلُ الأساسي إلى ذلك.

اقرأ أيضاً

استخدام الرياضيات في علوم الحاسوب

هل ترغب بمعرفة الإستخدام الحقيقي للرياضيات في بعض مجالات علوم الحاسب و البرمجة؟

فلننتقل فوراً إلى الحديث عن بعض مجالات علوم الحاسب التي تُستخدم فيها الرياضيات، آخذاً في الاعتبار أن هذه القائمة ليست جميع المجالات و إنما أمثلة فقط حتى تتضح الصورة.

• قواعد البيانات: قواعد البيانات تعتمد كثيراً على مفهوم الجبر العلائقي، حيث تمثل البيانات في صورة صفوف و أعمدة و يتم إستخدام الجبر العلائقي من أجل تحسين سرعة الوصول إلى البيانات.
• الرسوميات و الألعاب: تحويل الصور -المتحركة خاصةً- إلى شيء مشابه إلى الحقيقة لا يعتمد على الرياضيات فقط، بل الفيزياء ايضاً، تحويل الألوان و فهم الأبعاد و رسم الظلال بصورة واقعية به من التعقيد الرياضي ما يكفي أن أخبرك أنني لم أفهمه حتى الآن -ربما لأنني لم أحاول.
• هياكل البيانات: الطريقة التي تُخزن بيها البيانات تؤثر كثيراً على سرعة الوصول إلى تلك البيانات، لذلك فإن هياكل البيانات وجدت من أجل تلك الفكرة معتمدة على نظرية المخططات من أجل تحقيق الهدف المنشود.
• التشفير: تحويل البيانات من صورتها المقروءة إلى صورتها المشفرة يعتمد على الرياضيات فقط و في الرياضيات نظرية الأعداد، في الحقيقة علماء الرياضيات هم من لهم اليد العليا في تطور التشفير.
• ضغط الملفات: خوارزميات تحويل الملف ذو الحجم الكبير إلى حجم صغير تُنشأ بدراسة أنماط الملفات و إحتمالات تقليل حجم الملف حين الإعتماد على خوارزمية معينة، لاحظت؟ إحتمالات – رياضيات.
• الخوارزميات: الجميع ربما يستطيع البرمجة، و لكن المبرمج الكُفئ يتميز بتطوير البرامج ذات الأداء العالي، الأداء العالي ليست كلمة مطاطة، بل تُحسب عن طريق مفاهيم الخوارزميات مثل تعقيد الزمن و تعقيد المساحة.

هذه فقط، أمثلة، و لكن هناك الكثير من المجالات التي تتأثر بالرياضيات حتماً لا تقف على هذه القائمة.

كيف تعرف المواد الرياضية في قسمك الدراسي

هل تشعر بأن إسحق نيوتن بانتظارك بالجامعة؟

لا تقلق، باستطاعتك معرفة مقدار الرياضيات الذي ستدرسه، ليس تفصيلاً و لكن بصورة تقريبية.

هل تعلم ما هي أهميةُ هذا الأمر؟ كلٌ شخصٍ أدرى بقدراته و أهدافه، فلربما فعلاً يكونُ مقدارُ الرياضيات الموجود في أحد أقسام كلية علوم الحاسب مؤثراً على تقدمك العلمي و على تحقيق أهدافك، ولكن بنفس القدر ربما يكون تهويلك للأمر يبعدك عن تحقيق أهدافك دون سبب !!!

سأعتمد في هذا الشرح على موقع إحدى الجامعات العربية العريقة (جامعة الملك سعود) و التي يعملُ موقعها بصورة جيدة و تفاصيل الأقسام واضحةٌ موثقةٌ بصورة جيدة أيضاً.

تستطيع أن تعرف مقدار الرياضيات في قسم علوم الحاسب عن طريق قراءة البرنامج الدراسي، و بذلك تستطيع المقارنة بين الأقسام إذا كانت تركيز الرياضيات في القسم هو أمرٌ مؤثر على مسيرتك.

البرنامج الدراسي عبارة عن قائمة بجميع المواد التي ستدرسها أثناء تواجدك بذلك القسم.

كيف تجد البرنامج الدراسي لاحدى كليات علوم الحاسب؟

1. إذهب إلى موقع الجامعة
   
2. إبحث عن الكليات
   
3. إختر كلية علوم الحاسب أو الإسم الذي يمثلها
   
4. إختر القسم الذي ترغب به
   
5. ابحث عن البرنامج الدراسي أو ما يشابه هذه الكلمة
   
   
   
   

بعد اطلاعك على البرنامج الدراسي، ابحث عن مضمون كل مادة إن لم يكن مذكوراً بالبرنامج الدراسي في قووقل، اقرا عنها قليلاً و ستعلم إن كانت تتضمن قدراً من الرياضيات أم لا.

ربما تأخذ هذه الطريقة منك بعض الوقت، ولكنه لا يساوي ضياع عدة سنوات من حياتك في مجال لا تستطيع التفوق فيه، ولا يساوي أيضاً تتضيع فرصة دراسة مجال ربما كُنت ستتفوق فيه من أجل لا شيء.

الخلاصة

الرياضيات و علوم الحاسب توأمان لا يفترقان “أكاديمياً”، و لكن عملياً و لأن أغلب خريجي علوم الحاسب يعملون في مجالات برمجية أو تحوم حول البرمجة فإنه من المحتمل أن يُفصل هذا التوأم السيامي بألّا تتعامل مع الرياضيات في عملك إلا قليلاً.

ولكن اعلم تماماً أنه كلما تعمّقت معرفتك أكثر بالرياضيات كُنت حاسوبياً أفضل و مبرمجاً أفضل كذلك.