Qué son Algoritmos en Informática; Un término común en informática y codificación es «algoritmo». ¿Qué es y por qué es importante para la codificación? Hoy en día todo el mundo tiene un teléfono inteligente, lo que nos lleva a la pregunta pertinente: ¿qué hace que estos dispositivos sean más inteligentes que nosotros los humanos?

En un sentido amplio, la respuesta es bastante sencilla: los ordenadores pueden computar (resolver) muchos más problemas que nosotros, incluidos los más complejos, y además a un ritmo más rápido. Estos problemas pueden ser cálculos, procesamiento de datos, razonamiento automatizado y otras tareas. La potencia de cálculo necesaria para realizar estas tareas se alimenta a su vez de lo que se llama un algoritmo.

La palabra algoritmo procede del matemático del siglo IX Abu Abdallah Muḥammad ibn Mūsā al-Jwārizmī, latinizado como Algoritmi. Como matemático muy leído en Europa a finales de la Edad Media (también era conocido por su libro sobre el álgebra), su nombre al-Jwārizmī pasó a ser conocido como algorismus en el latín medieval tardío, que luego se convirtió en algorism en inglés, y se refería al sistema numérico decimal. No fue hasta finales del siglo XIX cuando el mundo del algoritmo se puso de moda y llegó a significar lo que significa hoy.

Un algoritmo se refiere a un procedimiento para resolver un problema; este procedimiento suele desarrollarse en un número finito de pasos y suelen implicar la repetición de una operación. Curiosamente, los algoritmos no sólo se utilizan en matemáticas e informática, sino también en la vida cotidiana. Así, una definición informal de algoritmo lo describiría como un conjunto de reglas que define con precisión una secuencia de operaciones. Estas reglas pueden referirse a programas informáticos (incluidos los que no realizan cálculos numéricos), a un procedimiento burocrático prescrito o incluso a la receta de un libro de cocina. Normalmente, un programa es un algoritmo sólo si se detiene eventualmente.

Veamos un ejemplo de algoritmo en nuestra vida cotidiana. Por ejemplo, la tarea de hacer té. En este caso, el algoritmo sería el conjunto de instrucciones que se seguirían para hacer el té. Así que el algoritmo incluiría los siguientes pasos:

1. Calentar agua en una cacerola.
2. Añadir a la misma (incluso mientras el agua se calienta) jengibre machacado.
3. Añadir las hojas de té.
4. Añadir la leche.
5. Cuando rompa a hervir, añadir el azúcar.
6. Dejar cocer a fuego lento durante 2 o 3 minutos.

Siguiendo las instrucciones anteriores se obtendría el resultado deseado y se resolvería nuestro problema/se cumpliría la tarea.

La programación algorítmica consiste en escribir un conjunto de reglas que indican al ordenador cómo realizar una tarea. Un programa de ordenador es esencialmente un algoritmo que le dice al ordenador qué pasos específicos debe ejecutar, en qué orden específico, para llevar a cabo una tarea específica. Los algoritmos se escriben utilizando una sintaxis particular, dependiendo del lenguaje de programación que se utilice.

Al igual que en la vida real, también en la informática y las matemáticas existen muchos tipos de algoritmos. En otras palabras, a menudo hay muchas maneras (con diferentes pasos) de resolver un problema determinado. Todos estos algoritmos, por supuesto, necesitan una entrada para obtener un resultado significativo.

En términos generales, los algoritmos, que se distinguen por sus características y funcionalidades clave, pueden clasificarse en varias categorías. Veámoslas aquí.

En informática, un algoritmo es un conjunto de instrucciones o reglas bien definidas y ordenadas que describe un proceso o procedimiento computacional para resolver un problema específico o realizar una tarea determinada. Los algoritmos son esenciales en la ciencia de la computación y la programación, ya que proporcionan una forma sistemática y estructurada de resolver problemas y realizar operaciones.

Un algoritmo puede describirse como una secuencia finita de pasos que, cuando se siguen en orden, llevan a cabo una tarea específica y producen un resultado deseado. Estos pasos pueden incluir operaciones matemáticas, comparaciones, asignaciones de valores, iteraciones (bucles) y decisiones (condicionales).

Características importantes de los algoritmos incluyen:

1. Precisión: Los algoritmos deben ser precisos y no ambiguos, con pasos claramente definidos y específicos que se pueden ejecutar de manera exacta y sin ambigüedad.
2. Finitud: Los algoritmos deben tener una cantidad finita de pasos, lo que significa que eventualmente terminarán de ejecutarse después de un número finito de operaciones.
3. Eficiencia: Se espera que los algoritmos sean eficientes en términos de tiempo y recursos computacionales. Esto significa que deben realizar la tarea de manera rápida y utilizando la menor cantidad de recursos posible.
4. Generalidad: Los algoritmos deben ser lo suficientemente generales como para resolver un problema en una amplia gama de situaciones y condiciones.

Los algoritmos se utilizan en una variedad de áreas de la informática, incluyendo la programación de software, la optimización de procesos, la inteligencia artificial, el análisis de datos, la criptografía y muchos otros campos. Los programadores y científicos de la computación desarrollan y utilizan algoritmos para resolver una amplia gama de problemas, desde tareas simples hasta problemas altamente complejos y desafiantes.

Un algoritmo voraz o codicioso es un tipo de algoritmo que se suele utilizar para resolver problemas de optimización. Así, siempre que se desee extraer el máximo en el mínimo tiempo o con los mínimos recursos, se emplea un algoritmo de este tipo.

No podemos explicar qué son algoritmos en informática sin poner ejemplos, así que veamos uno. Digamos que la persona A es un revendedor que tiene una bolsa que puede llevar un peso máximo de 20 kilos. La persona A tiene la tarea de ir a un almacén y llenar la bolsa hasta su capacidad de manera que se maximice el beneficio al vender esos artículos. ¿Qué artículos debe recoger A en el almacén para maximizar los ingresos y los beneficios? En este caso, A seguiría una serie de pasos (es decir, un algoritmo) antes de llegar a una decisión. A probablemente haría lo siguiente

1. Buscar los artículos más caros que también le proporcionen un alto margen de beneficio.
2. Comprobar su tamaño, volumen y peso para evaluar cuántos de esos artículos pueden caber en la bolsa.
3. A continuación, buscar los artículos más demandados.
4. Revisar su tamaño, volumen y peso para evaluar cuántos artículos de este tipo pueden caber en la bolsa.
5. Considerar todo lo anterior y luego elegir los artículos.

En otras palabras, la persona A utilizaría aquí el algoritmo voraz para obtener soluciones/resultados óptimos. En este caso, el resultado óptimo sería elegir artículos que no sean demasiado grandes o pesados para que puedan caber en la bolsa y que, al mismo tiempo, tengan bastante demanda y un margen de beneficio decente, lo que se traduciría en mayores ingresos y beneficios.

Un algoritmo de programación dinámica funciona recordando los resultados de una ejecución anterior y utilizándolos para llegar a nuevos resultados. Un algoritmo de este tipo resuelve problemas complejos dividiéndolos en múltiples subproblemas sencillos, resolviéndolos uno a uno y almacenándolos para su posterior consulta y uso.

Un ejemplo común sería encontrar un número en la serie de Fibonacci. La sucesión de Fibonacci tiene números que son la suma de los dos números anteriores. Por lo tanto, si se le pidiera a uno que compartiera el quinto número de la serie de Fibonacci, llegaría al número 5, ya que la serie comenzaría como 1, 1, 2, 3 y luego 5.

Ahora bien, si se le pidiera a uno que calculara el séptimo número de la serie, el algoritmo normalmente haría que uno se basara en el trabajo realizado hasta el momento y lo llevara adelante. Así que, en efecto, uno ha recordado y utilizado los resultados del problema anterior y los ha desplegado para resolver el problema actual, llegando así al séptimo número de la serie, que es el 13.

Otro método eficaz para resolver muchos problemas. Aquí, como su nombre indica, se dividen los pasos, es decir, el algoritmo en dos partes. En la primera parte, el problema se divide en subproblemas más pequeños del mismo tipo. En la segunda parte se resuelven los problemas más pequeños y luego sus soluciones se consideran juntas (combinadas) para producir la solución final del problema.

Como hemos dicho antes, no se puede explicar qué son algoritmos en informática sin ejemplos. Un ejemplo sería una situación en la que hay que encontrar a un alumno con un determinado número de matrícula (digamos 63) en una reunión en el patio del colegio. Una forma de hacerlo sería preguntar a cada niño su número de matrícula. Sin embargo, este no es el método más rápido.

Una forma mejor o un algoritmo sería el siguiente:

1. Hacer que los alumnos se pongan en fila en orden ascendente o descendente de sus respectivos números de lista.
2. Dividirlos en grupos más pequeños (por ejemplo, de 50 alumnos cada uno) según su número de lista.
3. Encontrar el grupo de estudiantes con los números de matrícula 51 a 100.
4. Dado que el 63 es menos que la mitad (75) de esta marca, ir a preguntar a la primera mitad del grupo.
5. Continuar indagando hasta llegar al estudiante con el número de matrícula 63.

El algoritmo recursivo es aquel que implica la repetición de pasos hasta que se resuelve el problema.

Por ejemplo, si uno tiene que llegar al mayor factor común entre dos números cualesquiera. Empecemos con 14 y 18.

El algoritmo aquí sería:

1. Dividir 18 entre 14.
2. Comprobar el resto (4).
3. Dividir 14 entre 4.
4. Comprobar el resto (2).
5. Dividir 4 entre 2.
6. Comprobar el resto (0).
7. Como el resto 0 se obtuvo al dividir por el número 2, la solución aquí sería 2.

Del mismo modo, si se tuviera que encontrar el mayor factor común entre 12 y 16, se seguirían pasos similares pero con las nuevas entradas para llegar al nuevo resultado.

Así que el algoritmo aquí sería:

1. Dividir 16 entre 12.
2. Comprobar el resto (4).
3. Dividir 12 entre 4.
4. Comprobar el resto (0).
5. Como el resto 0 se obtuvo al dividir por el número 2, el resultado aquí sería 4.

Como se muestra arriba, el proceso sigue siendo el mismo y, por lo tanto, se repite, lo que hace que este sea un algoritmo recursivo.

Un algoritmo de fuerza bruta implica la iteración ciega de todas las soluciones posibles para llegar a una o más soluciones.

Y volvemos a repetir que para saber qué son algoritmos en informática, nada mejor que poner ejemplos. Un ejemplo sencillo de un algoritmo de fuerza bruta sería intentar abrir una caja fuerte. Sin conocer la combinación que puede abrir la caja fuerte, la única forma de avanzar sería probar todas las combinaciones posibles de números para abrirla.

Lo mismo ocurriría con alguien que intentara acceder a la cuenta de correo electrónico de otra persona. El método empleado en este caso sería el de ensayo y error; es decir, la solución pasa por aplicar la fuerza bruta, y de ahí el nombre del algoritmo.

Esta es uno de los métodos que se utilizan para hackear contraseñas, así que deberías leer ¿Cuáles son las Claves más Difíciles de Hackear?

El algoritmo de vuelta atrás o de retroceso es aquel que implica la búsqueda de una solución de forma incremental. A menudo hay recursividad/repetición y se intenta resolver el problema de una en una. En cualquier momento, si no se consigue avanzar, se retrocede, es decir, se vuelve a empezar y se encuentra otra manera de llegar a la solución. Así que el algoritmo de vuelta atrás resuelve un subproblema y, si no consigue resolver el problema, se deshace el último paso y se empieza a buscar la solución de nuevo desde el punto anterior.

Un ejemplo sería cuando se juega al ajedrez. Normalmente, un buen jugador de ajedrez contempla la posible siguiente jugada del adversario en respuesta a una determinada jugada suya. En este caso, cada jugador elabora escenarios y a menudo retrocede para llegar al mejor camino posible.

Ya sabemos qué son algoritmos en informática, ¿dónde se utilizan?

Los algoritmos se emplean en todas las áreas de la informática. Constituyen la columna vertebral de este campo. En informática, un algoritmo proporciona al ordenador un conjunto específico de instrucciones que le permiten hacer todo, ya sea ejecutar una calculadora o hacer funcionar un cohete.

Los programas informáticos son, en esencia, algoritmos escritos en lenguajes de programación que el ordenador puede entender. Los algoritmos informáticos desempeñan un papel importante en el funcionamiento de las redes sociales: qué publicaciones aparecen, qué anuncios se ven, etc. Todas estas decisiones se toman mediante algoritmos. Los programadores de Google usan algoritmos para optimizar las búsquedas, predecir lo que los usuarios van a escribir, etc. En la resolución de problemas, una gran parte de la programación informática consiste en saber cómo formular un algoritmo.

El pensamiento algorítmico, o la capacidad de definir pasos claros para resolver un problema, es crucial en muchos campos diferentes. Aunque no seamos conscientes de ello, utilizamos algoritmos y pensamiento algorítmico todo el tiempo.

El pensamiento algorítmico permite desglosar los problemas y conceptualizar las soluciones en términos de pasos discretos. Ser capaz de entender e implementar un algoritmo requiere que los estudiantes practiquen el pensamiento estructurado y las habilidades de razonamiento.

En informática, existen varios tipos de algoritmos, cada uno diseñado para abordar diferentes problemas y tareas. Aquí hay una lista de algunos tipos comunes de algoritmos:

1. Algoritmos de búsqueda:
   • Búsqueda lineal: Examina cada elemento en una secuencia hasta encontrar el elemento buscado.
   • Búsqueda binaria: Utiliza el principio de divide y conquista para buscar en una lista ordenada de elementos, reduciendo el espacio de búsqueda a la mitad en cada iteración.
2. Algoritmos de ordenamiento:
   • Burbuja: Compara elementos adyacentes y los intercambia si están en el orden incorrecto.
   • Selección: Encuentra el elemento mínimo de la lista y lo intercambia con el primer elemento.
   • Inserción: Inserta cada elemento de la lista en su lugar adecuado en la lista ordenada.
   • Merge sort: Divide la lista en mitades, ordena recursivamente cada mitad y luego combina las mitades ordenadas.
   • Quick sort: Selecciona un elemento pivote y divide la lista en dos partes alrededor del pivote, luego ordena recursivamente cada parte.
3. Algoritmos de grafos:
   • Búsqueda en profundidad (DFS): Explora tan lejos como sea posible a lo largo de cada rama antes de retroceder.
   • Búsqueda en anchura (BFS): Explora todos los vecinos a una profundidad actual antes de moverse al siguiente nivel de profundidad.
4. Algoritmos de árboles:
   • Árboles binarios de búsqueda: Estructura de datos que permite la inserción, eliminación y búsqueda eficientes de elementos.
   • Recorrido en orden: Visita los nodos de un árbol en el orden izquierdo-raíz-derecho.
   • Recorrido en preorden: Visita la raíz antes de recorrer los subárboles izquierdo y derecho.
   • Recorrido en postorden: Recorre los subárboles izquierdo y derecho antes de visitar la raíz.
5. Algoritmos de gráficos y redes:
   • Algoritmo de Dijkstra: Encuentra el camino más corto entre dos nodos en un grafo ponderado con pesos no negativos.
   • Algoritmo de Kruskal: Encuentra el árbol de expansión mínima de un grafo conectado y ponderado.
   • Algoritmo de Prim: Encuentra el árbol de expansión mínima de un grafo conectado y ponderado.
6. Algoritmos de hashing:
   • Funciones hash criptográficas: Convierten datos en una cadena de longitud fija y aparentemente aleatoria, utilizadas en criptografía y almacenamiento seguro de contraseñas.