Comprendre les algorithmes : définition et exemples

Un algorithme est une procédure prédéfinie qui résout des problèmes ou des tâches en plusieurs étapes. Alors que les algorithmes sont présents dans presque tous les domaines de la vie quotidienne, ils jouent surtout un rôle central en informatique et dans les logiciels. Parmi les plus connus, on peut citer l’algorithme de Google qui détermine le classement des résultats de recherche, ainsi que les algorithmes de fil d’actualité de Facebook ou Instagram.

Les algorithmes sont des séquences d’actions prédéfinies qui servent à résoudre un problème. Ils sont utilisés pour accomplir des tâches spécifiques ou pour convertir des valeurs d’entrée en valeurs de sortie à l’aide de séquences d’étapes fixes. Les étapes sont définies avec précision et sont exécutées dans un ordre prévu. De plus, les algorithmes sont indépendants des langages spécifiques et peuvent fonctionner automatiquement ou non. Enfin, si on retrouve les algorithmes dans les mathématiques et l’informatique, ils font aussi partie de la vie de tous les jours, des feux de signalisation pour réguler le trafic jusqu’aux boutons d’ascenseur.

Si les algorithmes étaient autrefois définis de manière assez vague, six propriétés permettent aujourd’hui de caractériser un algorithme :

Chaque étape de la séquence d’actions d’un algorithme doit être efficace et unique. Cela signifie que chaque instruction doit être utile et appropriée à l’application pour obtenir un résultat ou une valeur de sortie.

Les actions et les étapes individuelles doivent être exécutables et donc logiques.

L’objectif d’un algorithme est de transformer des données d’entrée en données de sortie. Cela n’est possible que s’il s’agit d’un processus fini. Les algorithmes doivent donc avoir une forme finie, par exemple en raison d’un nombre limité de caractères ou d’un besoin limité en mémoire.

Les étapes individuelles exécutables, logiques et finies doivent aboutir à une sortie dans un cadre temporel fini. La séquence doit donc être conforme à l’objectif et ne pas aboutir à une boucle sans fin et sans résultat.

À conditions identiques, des entrées identiques doivent donner des sorties identiques. C’est la seule garantie de l’algorithme qu’une application et la résolution d’un problème fonctionnent de manière fiable.

Aux XIXe et XXe siècles, les algorithmes ont joué un rôle central, surtout pour les mathématiques et la logique, et furent alors un sujet de discussion populaire. Aujourd’hui, les algorithmes sont présents dans presque tous les domaines de notre vie quotidienne. Ce qui est fascinant, c’est que nous ne savons la plupart du temps rien des algorithmes qui font tourner certaines applications comme le tapis roulant à la caisse, les GPS ou les classements des moteurs de recherche comme Google.

En informatique, les algorithmes constituent la base de la programmation. Quiconque souhaite apprendre à programmer constate vite que presque chaque programme utilise des algorithmes pour exécuter une tâche. Pour grossir le trait, on pourrait considérer chaque programme comme un algorithme.

Cependant, tous les algorithmes ne sont pas des programmes : ils sont en effet indépendants des langages de programmation pour le Web. On peut aussi les formuler en langage « naturel », avec des formules mathématiques ou exécutés par des moyens non mécaniques. L’origine du terme remonte au VIIIe siècle et vient du nom du savant universel et mathématicien al-Chwarizmi lui-même, abréviation de Abu Dja ‘far Muhammad ibn Musa al-Chwārizmī.

Les algorithmes ne se limitent pas aux langages et aux méthodes, ni à des domaines d’application spécifiques. Comme ils servent à résoudre des problèmes, ils symbolisent une manière d’agir et de procéder qui fonctionne par différentes variables et séquences d’étapes. Il peut s’agir du calcul d’itinéraire pour les GPS, des systèmes de recommandation pour le e-commerce, du Real-Time Advertising pour la diffusion intelligente de publicités en temps réel ainsi que des applications de traduction et de simulations informatiques.

En particulier dans le domaine du Big Data et de l’intelligence artificielle (IA), les algorithmes jouent un rôle de plus en plus important. Avec la numérisation et l’omniprésence des technologies intelligentes comme les smartphones, les montres connectées ainsi que l’IA embarquée dans les véhicules ou les maisons intelligentes, le nombre de données générées devient astronomique.

Pour cela, il faut non seulement des ordinateurs et des serveurs disposant de la puissance de calcul adéquate, mais aussi des algorithmes pour organiser, évaluer, traiter ou utiliser des quantités de données. Par exemple, la conduite autonome est possible grâce à des capteurs qui déclenchent des actions du véhicule sur la base des données entrantes. Les algorithmes informatiques mathématiques jouent aussi un rôle décisif dans l’élaboration de simulations climatiques.

Sans algorithmes, pas de moteur de recherche fonctionnel ni de pathfinding en informatique. La recherche, l’analyse et l’indexation de sites Internet se fait par des programmes appelés crawlers. Ces crawlers cataloguent et indexent les données à l’aide de l’algorithme des moteurs de recherche. À leur tour, Le classement et la possibilité de trouver des résultats de recherche dépendent d’un catalogage optimal. L’algorithme des moteurs de recherche sert donc aussi d’orientation pour une stratégie SEO efficace.

Chaque jour sont créés de nouveaux algorithmes pour de nouvelles applications pratiques. Les exemples suivants illustrent les apports des algorithmes dans la vie quotidienne :

Quand vous saisissez un terme ou une requête de recherche dans Google, une fraction de seconde suffit pour obtenir plusieurs pages de résultats de recherche, grâce à l’algorithme du moteur de recherche de Google. Celui-ci répertorie les résultats selon la pertinence, les mots-clés, la structure des liens, la lisibilité du contenu et la sécurité. La forme exacte de l’algorithme et son processus détaillé sont et restent toutefois l’un des plus grands secrets commerciaux au monde.

Les recettes de cuisine les plus simples peuvent déjà être vues comme un algorithme. Les ingrédients sont les entrées qui mènent au résultat dans une séquence d’actions déterminée et définie. Les sites spécialisés cuisine, qui calculent la quantité d’ingrédients en fonction des portions et du nombre de convives, utilisent aussi des algorithmes.

Le taux de graisse corporelle peut se calculer à l’aide de l’indice de masse corporelle, en mettant en relation le poids avec la taille. Les données entrantes sont le poids et la taille, et le résultat est l’IMC. Cet indice donne une idée sur le poids : insuffisant, normal, en surpoids ou obèse.

Le circuit intégré spécifique à une application peut être considéré comme un algorithme intégré dans le matériel. Il s’agit de circuits non modifiables dans le matériel qui remplissent une fonction précise, comme les processeurs et cartes graphiques.

L’ensemble de opérations de recherche, collecte, analyse, catalogage et indexation de données portent le nom de Data Mining. Il fait appel à des algorithmes, à l’intelligence artificielle et à l’apprentissage automatique ou Machine Learning.

Avec le cryptomining, les transactions en cryptomonnaies sont documentées, vérifiées et enregistrées dans la blockchain. Pour ce faire, les crypto-mineurs doivent résoudre des algorithmes liés aux transactions qui sont comme des énigmes numériques. Cette résolution d’énigmes sert à son tour à vérifier les transactions.

Les réseaux neuronaux artificiels sont un domaine du deep learning. Ils mettent en jeu des algorithmes de deep learning qui simulent et reproduisent le fonctionnement du cerveau humain. Les champs d’application incluent l’assistance vocale, la traduction, la protection contre les cyberattaques ou encore la rédaction de textes.