什么是算法

算法是一组清晰定义的指令集合，用于解决某类问题或执行特定运算任务。我们进行建模的过程实质上是设计合适的算法来解决问题，其中数学建模是最常用的方法。现代科学与社会方方面面都与数学模型密切相关，通过数学语言来描述现实世界。通过逻辑和符号来表征物理特性，从而能实现以非物理的形式来模拟现实世界，从而帮助我们研究和解决各种现实问题。

当今社会可以说是被算法驱动的时代。算法使社会运行更加智能，极大提升了效率和体验。无论是手机还是电脑都充满了各种算法。比如，人脸解锁手机、指纹登录电脑。再如你在手机上刷抖音时，算法会根据你的兴趣不断推送相关视。此外算法也被应用在飞机、汽车、家电、玩具中，算法使工厂、交通、物流效率更高。

设计好算法模型后需要大量计算，人工计算显然无法胜任。于是科学家们开发了计算机来专门进行计算。现代计算机拥有数十亿个微小的开关，这些开关的开合状态对应0和1，计算机可以每秒操控这些开关数十亿次，从而实现高速的二进制计算。计算机能完成逻辑运算要归功于克劳德·香农，他将布尔逻辑运算引入计算机。他设计的相加电路构造了复杂的算术运算，成为现代计算机的基础组件。所有算法都可以分解为与、或、非三种逻辑操作，因此无论多复杂的算法都能在计算机中运行。

算法必须严格且明确，否则就不能称之为严谨的算法。工程师必须充分了解某个问题，才能明确地通过算法表达出来。物理学中的大量公式也属于算法，通过这些公式可以快速计算出结果。设计算法并不简单，通常使用编程语言来描述算法，但编程过程中会遇到各种错误，需要不断调试和修正。

人工设计算法是最早期的算法，它重点研究的是针对不同的问题进行人工设计算法，算法的每一步都需要人工制定。人工去编写算法的整个过程，算法逻辑都是清晰的，当数据输入到算法后会产生一个输出。这种方式要求我们要写清楚执行逻辑，或者指定好执行规则，实际上就是“输入+算法=输出”。

现如今人们更多地研究学习算法，即研发一种学习框架算法，根据输入和输出自动学习到算法，这类算法统称为机器学习。机器学习将人工算法的顺序颠倒，通过输入和输出推导出算法，即“输入+输出=算法”。这种方式更加自动化，细节更加黑盒化。这种方式就像是给机器赋予了学习能力，让它自己去学习。实际上机器学习是一把锋利的剑，它可以用数据来模拟复杂规律。