Problem Belirleme ve Algoritma Oluşturma

Problem Kavramı

Günlük yaşamda karşılaşılan, çözülmesi gereken, engeller veya belirsizlikler içeren durumlara problem denir. Sabah uyanamamak, okul yolunda yağmura yakalanmak veya çevredeki plastik atıkların birikmesi birer problem durumudur.

İstek ile problem birbirine karıştırılmamalıdır. Bir hedefe ulaşma arzusu istek iken, bu hedefe ulaşmayı zorlaştıran ya da engelleyen durum problemdir.

Problemleri Çözen Düşünme Becerileri

Karmaşık bir konuyu veya problemi daha küçük parçalara ayırarak inceleme ve çözme yeteneğine analitik düşünme denir. Örneğin okula geç kalma durumu; geç kalkma, hazırlanma süresinin uzaması veya yol süresi gibi alt problemlere ayrılarak incelenir.

Problemleri bilgisayarların veya insanların çözebileceği şekilde tanımlama ve adım adım çözüm üretme sürecine bilgi işlemsel düşünme denir. Bu düşünme biçimi, alt problemlere ayrılan durumlar için planlı ve sıralı çözümler tasarlamayı sağlar.

Problem Çözme Sürecinin Adımları

Problem çözme süreci rastgele ilerlemez ve birbirini izleyen beş temel basamaktan oluşur:

1. Problemi tanımlama: Çözülmesi gereken durum açık ve net biçimde belirlenir.
2. Problemi oluşturan nedenleri belirleme: Durumun ortaya çıkış kaynakları ve alt bileşenleri araştırılır.
3. Çözüm yollarını düşünme: Problemi ortadan kaldırabilecek farklı yöntemler listelenir.
4. En uygun çözümü seçme: Uygulanabilirlik, hız ve çevreye duyarlılık gibi ölçütlere göre en iyi yöntem belirlenir.
5. Çözümü uygulama: Seçilen yöntem hayata geçirilir ve problemin çözülüp çözülmediği gözlemlenir.

Çevre ve Toplum Sorunlarına Yönelik Çözümler

Problem çözme becerisi yalnızca bireysel zorluklarda değil, çevre ve toplum sorunlarında da kullanılır. Yeşil Fikir Kutusu yaklaşımı kapsamında, okullardaki tek kullanımlık pet şişe atıklarını azaltmak amacıyla yeniden kullanılabilir matara tercih edilmesi sürdürülebilir bir çözümdür. Benzer şekilde, ders bitiminde bilgisayarların açık bırakılması problemi de enerji tasarrufu bilinciyle kapatma adımları uygulanarak çözülür.

Girdi ve Çıktı Kavramları

Bir problemi çözerken ya da bir görevi yerine getirirken çeşitli verilere, malzemelere ve araçlara ihtiyaç duyulur. Bir problemin çözümünde kullanılan her türlü bilgi, malzeme ve veriye girdi denir.

Uygulanan işlemlerin ve çözüm sürecinin sonucunda elde edilen durum, veri veya ürüne ise çıktı adı verilir. Girdi ile çıktıyı ayırt edebilmek için "Başlangıçta elimde ne var?" ve "İşlem sonunda ne elde ediyorum?" soruları yöneltilir.

Günlük Yaşamdan Girdi ve Çıktı Örnekleri

Portakal sıkma sürecinde başlangıçta kullanılan portakal girdi, sıkma işlemi sonucunda elde edilen portakal suyu ise çıktıdır. Yemek pişirme sürecinde kullanılan sebze, yağ ve su gibi malzemeler girdi, pişen yemek ise çıktıdır.

Çamaşır yıkama sürecinde kirli çamaşırlar, deterjan ve su girdi niteliğindedir; yıkama işlemi tamamlandığında ortaya çıkan temiz çamaşırlar ise çıktıyı oluşturur. Atık azaltma senaryosunda matara ve su girdi iken, ortaya çıkan daha az plastik atık durumu çıktıdır.

Sayısal ve Bilgi Temelli Süreçlerde Girdi ve Çıktı

Girdi ve çıktılar her zaman fiziksel bir nesne olmak zorunda değildir; sayısal veriler ve bilgiler de bu kapsamda değerlendirilir.

İki sayının toplandığı matematiksel bir problemde 2 ve 6 sayıları girdi, toplama işlemi sonucunda ulaşılan 8 sayısı ise çıktıdır. Benzer şekilde 10 elma ve 6 armut birer girdi olarak toplandığında elde edilen 16 meyve bilgisi çıktıyı temsil eder.

Algoritma Tanımı ve Temel Özellikleri

Belirli bir problemi çözmek ya da bir görevi tamamlamak için tanımlı, sonlu sayıda ve mantıksal sırayla düzenlenmiş işlemler dizisine algoritma denir.

Algoritmalar yalnızca bilgisayar kodlarından ibaret değildir. Günlük yaşamda uygulanan yemek tarifleri, çay demleme aşamaları, diş fırçalama adımları ve okula hazırlanma süreçleri birer algoritma örneğidir.

Algoritma Yazım Kuralları

Bir algoritma oluşturulurken belirli kurallara kesinlikle uyulmalıdır:

• Algoritma her zaman Başla adımı ile başlar ve Bitir veya Son adımı ile tamamlanır.
• Adımlar basit, net, açık ve numaralandırılmış bir sıra hâlinde sunulur.
• Adımların ifadelerinde "Al", "Yıka", "Kaynat", "Topla" gibi emir cümleleri kullanılır.
• Algoritma sonsuza kadar sürmemeli, sonlu sayıda adımdan oluşarak net bir sonuç üretmelidir.

İşlem Sırasının Önemi ve Hata Denetimi

Algoritmalarda işlemlerin uygulanma sırası doğrudan sonucu belirler. Adımların sırasının yanlış veya eksik olması, sonucun hatalı çıkmasına ya da hedefe ulaşılamamasına yol açar.

Örneğin çay demleme tarifinde demliğe önce çay konup su eklenmeden demlik ocağa yerleştirilirse kuru çay yanar. Doğru tarifte ise önce suyun konulması veya kaynatılması gerekir.

Oluşturulan bir algoritmanın kurallara uygun çalışıp çalışmadığını adım adım denetleme sürecine test etme denir. Test sırasında veya geri bildirimlerle saptanan sıralama, komut veya mantık hatalarını bulup düzeltme işlemine ise hata ayıklama adı verilir.

Mantıksal Akış Türleri

İşlem adımlarının yukarıdan aşağıya tek bir hat üzerinde sırayla yürütüldüğü yapıya doğrusal mantık denir. Doğrusal mantıkta adımlar atlanmaz ve dallanma gerçekleşmez. El yıkama ve diş fırçalama adımları doğrusal akışa örnektir.

Bir şarta bağlı olarak farklı işlem adımlarının seçilmesini sağlayan yapıya karar yapısı denir. Örneğin hava durumuna bakıldığında "Yağmur yağıyor mu?" sorusuna evet cevabı verilirse şemsiye alınır, hayır cevabı verilirse doğrudan çıkılır.

Belirli bir işlem kümesinin bir koşul sağlandığı sürece veya istenen sayıda tekrar edilmesine ise döngüsel mantık adı verilir. Portakalların tek tek sıkılması ya da bir kap dolana kadar su eklenmesi döngüsel mantıkla ifade edilir.

Akış Şeması Nedir?

Algoritmik işlem adımlarının standart geometrik şekiller, semboller ve yön okları kullanılarak görselleştirilmesine akış şeması denir. Akış şeması, algoritmanın adımlarını ve mantıksal akışını bir bakışta görmeyi kolaylaştırır.

Akış şemasındaki şekiller rastgele seçilemez. Her geometrik sembolün uluslararası standartlarla belirlenmiş kesin bir görevi vardır ve aynı işlem için farklı şekiller kullanılamaz.

Temel Akış Şeması Sembolleri

Algoritmaların görselleştirilmesinde kullanılan başlıca semboller şunlardır:

• Elips (veya yuvarlatılmış dikdörtgen): Algoritmanın başlangıç ve bitiş noktalarını gösterir. İçine "Başla" veya "Bitir" yazılır.
• Paralelkenar: Dışarıdan veri girişi yapma, bilgi okuma veya elde edilen sonucu ekranda gösterme adımlarını temsil eder.
• Dikdörtgen: Matematiksel işlemler, mantıksal hesaplamalar ve eylemsel işlem adımları için kullanılır.
• Eşkenar dörtgen (baklava dilimi): Karar verme ve koşul durumlarını göstermek için kullanılır. İçine bir soru yazılır ve bu şekilden "Evet" ile "Hayır" olmak üzere iki ayrı çıkış oku ayrılır.
• Yön okları: İşlemlerin hangi yönde ilerlediğini gösterir ve geometrik sembolleri birbirine bağlar.

Örnek Akış Şeması Yapıları

El yıkama süreci doğrusal akış şemasına örnektir. Şema elips sembolü ile başlar; suyu açma, elleri ıslatma, sabun alma, ovalama, durulama, musluğu kapatma ve kurulama adımları dikdörtgen sembolleriyle ardışık olarak bağlanır; ardından bitiş elipsiyle sonlandırılır.

Okul yolunda yağmura yakalanma senaryosu ise karar yapısı içerir. Başlangıç elipsinin ardından gelen "Yağmur yağıyor mu?" sorusu eşkenar dörtgen içine yazılır. Eşkenar dörtgenden çıkan "Evet" kolu şemsiye açma dikdörtgenine, "Hayır" kolu ise doğrudan yola devam etme adımına bağlanır.