วิทยาการคำนวณ

2.2 การระบุข้อมูลเข้า ข้อมูลออก และเงื่อนไขของปัญหา 

การแก้ปัญหาด้วยคอมพิวเตอร์นั่น ก่อนที่ระบุขั้นตอนวิธีที่ชัดเจนได้ จะต้องวิเคราะห์และทำความเข้าใจกับปัญหาเพื่อให้ทราบว่ามีข้อมูลอะไรบ้างที่สามารถใช้ในการประมวลผลได้ มัเงื่อนไขต่างๆ อย่างไร ผลลัพธ์ที่ต้องการคืออะไร โดยจะแบ่งข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับการทำงานออกเป็นสองส่วนคือ

1. ข้อมูลเข้า ( input ) เป็นข้อมูลที่ใช้เพื่อประมวลผล
2. ข้อมูลออก ( output ) เป็นข้อมูลผลลัพธ์ที่ต้องการ

จากการวิเคราะห์ข้อมูลทั่งสอนส่วนนี้ นอกจากจะระว่าคืออะไรแล้ว ยังอาจระบุเงื่อนไขเพิ่มเติมได้ เช่น ข้อมูลอาจการระบุขอบเขตหรือเงื่อนไข หรือข้อมูลออกอาจมีการระบุคุณสมบัติที่ต้องการ การวิเคราะห์นี้เป็นการระบุข้อกำหนดต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับปัญหาให้ชัดเจน ซึ่งจำเป็นต่อการออกแบบขั้นตอนวิธีที่ถูกต้อง

ตัวอย่าง 2.1 ปัญหาการหา ห.ร.ม 
พิจารณาตัวอย่างปัญหาการหา ห.ร.ม จากหัวข้อที่ 1.2 ในบทที่ 1 นักเรียนสามารถระบุข้อมูลเข้า ข้อมูลออก รวมทั่งเงื่อนไขได้ดังนี้

•  ข้อมูลเข้า : จำนวนเต็มบวกหนึ่งจำนวน a และ b
• ข้อมูลออก : จำนวนเต็มบวกหนึ่งจำนวน c ที่มีคุณสมบัติดังนี้

ตัวอย่างที่ 2.2 คะแนนสอบ 
พิจารณาสถานการณ์สมมติต่อไปนี้ 
ครูได้ตรวจข้อสอบของนักเรียน40คน และได้ประกาศคะแนนไว้หนน้าห้อง หากต้องการหาคะแนนสูงสุด และต่ำสุด และคำนวณคะแนนเฉลี่ยของนักเรียนทุกคน ในกรณีนี้ระบุข้อมูลออกได้ดังนี้

• ข้อมูลเข้า : รายการคะแนนสอบของนักเรียน 40 คน
• ข้อมูลออก : คะแนนสูงสุด คะแนนต่ำสุด คะแนนเฉลี่ย

แม้ว่าในหลานๆ กรณี การระบุข้อมูลเข้าและข้อมูลออกนั่นอาจตะไม่สามารถทำได้อย่างชัดเจน แต่ความพยายามในการระบุข้อมูลทั่งสองมักเป็นเงื่อนไขให้ต้องทำความเข้าใจกับปัญหามากขึ้น ลองพิจารณาตัวอย่างต่อไปนี้ 

ตัวอย่าง ที่ 2.3 แบ่งกลุ่มการทำงาน 
นักเรียนในห้องต้องการจัดกิจกรรมวันภาษาไทย จากการประชุมมีงานที่ต้องทำดังนี้

1. จัดบอร์ดหน้าห้องเกี่ยวกับภาษาไทย
2. จัดเตรียมงานโต้วาที
3. เป็นกลุ่มผู้โต้วาที โดนมาสองกลุ่ม กลุ่มละ 3 คน
4. อ่านกลอนทำน้องเสนาะ
5. ร้องเพลงไทยสมัยใหม่

เพื่อให้ทุกคนได้ทำงานที่ต้องการทำหรืออย่างน้องเป็นงานที่ยินดีทำ จึงได้ให้นักเรียนทุกคนกรอกข้อมูลว่าสมมารถทำงานใดได้บ้าง และมีงานใดบ้างที่ต้องการทำเป็นพิเศษ โดยมีเงื่อนไขว่า ให้นักเรียนหนึ่งคนไม่ควรทำงานเกิน 2 อย่าง และผู้โต้วาทีไม่ควนเป็นคนจัดเตรียมงานโต้วาที จากจ้อมูลดังกล่าว ต้องการจัดกลุ่มว่านักเรียนคนใดจะทำงานใดบ้าง สามารถระบุข้อมูลเข้าและข้อมูลออกได้ดังนี้

• ข้อมูลเข้า : รายการของงาทั่งหมด ข้อมูลนักเรียนแต่ละคนที่ระบุว่าสามารถทำงานใดได้บ้างและต้องการทำงานใดเป็นพิเศษบ้าง
• ข้อมูลออก : ข้อมูลที่ระบุว่านักเรียนคนใดทำงานอะไร โดยมีเงื่อนไขดังนี้

จากการวิเคราะห์ข้อมูลข้างต้น นักเรียนอาจจะพบปัญหาเมื่อเริ่มดำเนินการ เช่น ถ้ามีนักเรียนบางคนไม่ระบุงานที่สามารถทำได้ ก็จะทำให้ไม่สามารถจัดกลุ่มได้ สักเกตว่าการระบุข้องมูลที่ชัดเจนทำให้สามารถวิเคราะห์สถานการณ์ได้ชัดเจนยิ่งขึ้น และจะช่วยปรับปรุงกระบวนการต่างๆ ได้ดีกว่าเดิมในกรณีนี้เพื่อให้สามารถจัดกลุ่มได้ อาจะเพิ่มเงื่อนไขให้นักเรียนทุกคนต้องเลือกงานที่สามาทำได้อย่างน้อยหนึ่งอย่าง 
ตัวอย่างที่ 2.4 อุปกรณ์รดน้ำต้นไม้อัตโนมัติ 
ตัวอย่างนี้จะพิจารณาการสร้างอุปการณ์เพื่อตรวจสอบความชื่นของดิน ถ้าดินแห้งจะสั่งให้รถน้ำต้นไม้โดยอัตโนมัติ ระบบดังกล่าวแสดงดังรูป 2.3

ระบบการรดน้ำต้นไม้อัตโนมัตินี้มีการรับและส่งงานระหว่างคอมพิวเตอร์ และอุปกรณ์อื่นๆ เช่น ตัวตรวจจับ ( sensor ) เพื่อใช่อ่านข้อมูลจากสภาพแวดล้อมหรือจากสิ่งที่สนใจโดยข้อมูลเข้า คือ ระดับความชื่นของดินที่อ่านจากตัวตรวจจับ  และเครื่องคอมพิวเตอร์จะประมวลผลเพื่อสั่งงานไปยังอุปกรณ์ควบคุมการเปิดปิดน้ำ ดังนั่นข้อมูลออกในกรณีนี้คือสัญญาณควบคุมอุปกรณ์เปิดปิดน้ำโดนสรุป สามารถระบุจ้อมูลเข้าและข้อมูลออกได้ดังนี้

• ข้อมูลเข้า :  ระดับความชื้นของดิน (ผ่านทางตัวตรวจจับ)
• ข้อมูลออก : สัญญาณควยคุมการเปิดปิดน้ำ

กิจกรรมที่ 2.3 ข้อมูลเข้าและข้อมูลออก

ให้ระบุข้อมูลเข้า และข้อมูลออก ของรถยนต์อัตโนมัติ และระบบแปลภาษา

2.3 การออกแบบขั้นตอนวิธี 
ทักษะการคิดเชิงคำนวณ เช่น การแยกส่วนประกอบและการย้อยปัญหา การหารูปแบบ และการคิดเชิงนามธรรม สามารถรำมาใช้ในการออกแบบขั้นตอนวิธีเพื่อแก้ปัญหาต่างๆ การออกแบบนี้ไม่มีขั้นตอนที่ตายตัว จำเป็นต้องอาศัยประสบการณ์และการฝึกฝนจำเป็นสิ่งที่ท้าทายซึ่งจะเป็นประโยชน์กับนักเรียนในอนาคต

2.3.1 ตัวอย่างการออกแบบขั้นตอนวิธี 
ตัวอย่างที่ 2.5 การตัดสินใจรดน้ำต้นไม้ของระบบรดน้ำต้นไม้อัตโนมัติ การตัดสินใจรดน้ำต้นไม้ในขั้นตอนวิธีของระบบรดน้ำต้นไม้อัตโนมัติ ระบบจะต้องอ่านข้อมูลความชื้นของดินแล้วเปรียบเที่ยวกับค่าที่กำหนดไว้ ( สมมติค่าความชื้นกำหนดเป็น 0.1 หน่วย) หากค่าความชื้นต่ำกว่าค่าที่กำหนด ให้ระบบส่งสัญญาณเปิดน้ำ และหากมีค่าความชื้นเกินกว่าหรือเท่ากับค่าที่กำหนดไว้ให้ระบบส่งสัญญาณปิดน้ำ

ในส่วนการทำงานหลักของขั้นตอนวิธี คือ การตัดสิ้นใจรดน้ำต้นไม้ มีการทำงานตามลำดับดังนี้

1. อ่านค่าความชื้นของดิน 
2. ให้ H แทนค่าความชื้น 
3. ถ้า H < 0.1 แล้ว 
3.1 ส่งสัญญาณเปิดน้ำ ถ้าเงื่อนไขไม่เป็นจริง 
3.2 ส่งสัญญาณปิดน้ำ

ส่วนของขั้นตอนวิธีดังกล่าวเป็นการตัดสินใจเพียงครั้งเดียว ดังนั่นเพื่อความสมบูรณ์ขั้นตอนวิธีที่จะทำให้ระบบรดน้ำต้นไม้มีการอ่านค่าและส่งสัญญาณควบคุมจะต้องทำสม่ำเสมอ จึงต้องให้ขั้นตอนวิธีด้านบนทำซ้ำๆ ต่อเนื่องกับไป ดังนี้

• ขั้นตอนวิธี : ควบคุมการเปิดปิดน้ำของเครื่องรดน้ำต้นไม้