אלגוריתם היוריסטי

במדעי המחשב ובאופטימיזציה מתמטית, אלגוריתם היוריסטי הוא שיטה לפתרון בעיות בצורה מהירה יותר כאשר שיטות חישוב מדויקות הן איטיות מדי, או כאשר לא ניתן למצוא פתרון מלא בשל סיבוכיות מקום.

אלגוריתמים אלו פועלים על ידי החלפת אופטימליות, דיוק או שלמות במהירות חישובית, ובכך מספקים פתרונות מקורבים אשר לעיתים קרובות מספיק טובים לצרכים מעשיים. ניתן לראות בהם קיצורי דרך חישוביים.

אלגוריתם היוריסטי כולל לעיתים פונקציה יוריסטית, אשר משמשת לדרג חלופות ולהנחות את תהליך החיפוש לפתרונות טובים יותר. לדוגמה, ניתן להשתמש בפונקציה זו כדי לכוון אלגוריתם חיפוש לכיוון פתרון סביר מבלי לבדוק את כל האפשרויות האפשריות.

 מטרות ושימושים 
מטרתו של אלגוריתם היוריסטי היא למצוא פתרון מספק בזמן סביר. פתרון זה:
 עשוי שלא להיות אופטימלי, אך הוא טוב מספיק עבור הבעיה הנתונה.
 נדרש להיות מהיר ויעיל, כך שיהיה ישים גם עבור בעיות מורכבות במיוחד.
 יכול לפעול באופן עצמאי או להשתלב עם אלגוריתמי אופטימיזציה אחרים כדי לשפר את ביצועיהם.

שימוש באלגוריתמים היוריסטיים נפוץ במיוחד במקרים בהם הבעיה היא NP-קשה, כלומר לא ניתן למצוא לה פתרון מלא בזמן חישוב סביר.

בנוסף, אלגוריתמים היוריסטיים הם מרכיב מרכזי בבינה מלאכותית (AI), ומשמשים במקרים שבהם אין אלגוריתם מדויק ידוע לפתרון הבעיה.

 דוגמאות לאלגוריתמים היוריסטיים 
 1. פתרון בעיה פשוטה יותר 
במקרים מסוימים, ניתן לפשט את הבעיה כך שהפתרון שלה יהיה גם פתרון של הבעיה המקורית, ובכך להפחית את המאמץ החישובי.

 2. בעיית הסוכן הנוסע (TSP) 
בעיית הסוכן הנוסע (Travelling Salesman Problem) היא בעיה קומבינטורית קשה:"בהינתן רשימה של ערים והמרחקים ביניהן, יש למצוא את המסלול הקצר ביותר שמבקר בכל עיר בדיוק פעם אחת וחוזר לנקודת ההתחלה."מכיוון שמציאת הפתרון האופטימלי עלולה להיות בלתי אפשרית בזמן סביר, ניתן להשתמש באלגוריתם חמדן, שבכל שלב בוחר את הצעד שנראה הטוב ביותר באותו רגע.

היוריסטיקה הזו מועילה משום:
 היא מספקת פתרון מקורב במהירות.
 ניתן להעריך עד כמה הוא רחוק מהפתרון האופטימלי.

 3. אלגוריתם חיפוש A* 
בבעיות חיפוש, ניתן להאיץ את תהליך מציאת הפתרון באמצעות שימוש ביוריסטיקה המכוונת את החיפוש לכיוונים מבטיחים יותר.

באלגוריתם חיפוש A*, הפונקציה היוריסטית מסייעת לכוון את החיפוש כך שיתכנס לפתרון אופטימלי מהר יותר, תוך שמירה על נכונות האלגוריתם.

 4. ניואל וסיימון – השערת החיפוש היוריסטי 
אלן ניואל והרברט סיימון, בנאום הזכייה שלהם בפרס טיורינג, הציעו את השערת החיפוש היוריסטי, הקובעת כי:"מערכת סמלית תייצר ותשנה מבני סמלים עד שהם יתאימו למבנה הפתרון."משמעות הדבר היא שהחיפוש מתבצע באופן חכם וממוקד, כך שמסלולים פחות מבטיחים נזנחים במהירות.

 5. גילוי תוכנות זדוניות (Antivirus Heuristics) 
תוכנות אנטי-וירוס משתמשות באלגוריתמים היוריסטיים כדי לזהות וירוסים חדשים:
 סריקה יוריסטית מזהה דפוסים והתנהגויות האופייניים לקוד זדוני, גם אם הווירוס עצמו לא נתגלה בעבר.
 שיטה זו מאפשרת איתור וירוסים חדשים (זיהוי פרואקטיבי), גם ללא עדכון בסיס הנתונים של האנטי-וירוס.

קישורים חיצוניים

 הערות שוליים 

קטגוריה:מדעי המחשב