نموذج حوسبة

  لمعلومات عن النماذج الحاسوبية التي تُحاكي الأنظمة المعقّدة، طالع النموذج الحاسوبي.

في علم الحاسوب، وبشكلٍ أكثر تحديدًا في نظرية القابلية للحوسبة ونظرية التعقيد الحسابي، نموذج الحوسبة (الإنجليزية: Model of computation)، هو نموذجٌ رياضي وتجريدي يصف الكيفية التي تُنفَّذ بها العمليات الحسابية وكيف يتم أحتساب مخرجات الدالة الرياضية المعينة انطلاقًا من مدخلٍ محدد. تُستخدم هذه النماذج لتحديد ما يمكن حوسبته وما مدى كفاءة الحوسبة من حيث وقت التنفيذ ومساحة الذاكرة. يحدِّد نموذج الحوسبة مجموعة من العمليات المسموح تنفيذها في الحساب وتكلفة كل عملية. ومن خلال افتراض نموذج معين يمكن تحليل الموارد المطلوبة لتنفيذ خوارزمية ما، أو دراسة القيود النظرية المفروضة على أجهزة الحوسبة وخوارزمياتها.

التصنيف العام للنماذج

النماذج التسلسلية

تصف كيفية تنفيذ العمليات خطوة بخطوة بشكل متتابع، ومن أمثلتها:

آلة تورنغ آلة بوست ونظام العلامة آلة محدودة الحالات الآلات ذات المكدس (Pushdown Automata) آلة السجلات بما في ذلك آلة الوصول العشوائي نموذج شجرة القرار نموذج الذاكرة الخارجية

النماذج الدالية (الوظيفية)

تعتمد على تمثيل العمليات كدوال رياضية قابلة للحوسبة. ومن أبرز أمثلتها:

حساب اللامدا المنطق التجميعي دالة عودية عامة ودالة عودية بدائية نظام إعادة الكتابة المجرد

النماذج المتزامنة (المتوازية)

تصف الأنظمة التي تنفذ عمليات متعددة في الوقت نفسه، وتُستخدم في دراسة الحوسبة المتوازية والنظم الموزعة. ومن أمثلتها:

نموذج الممثل (Actor model) الأتمتة الخلوية شبكات بتري حساب العمليات الشبكات التزامنية لتدفق البيانات الدوائر المنطقية والدوائر الرقمية

الاستخدامات

في تحليل زمن التنفيذ ودراسة تعقيد الخوارزميات، من الشائع تحديد نموذج الحوسبة من حيث «العمليات البدائية» المسموح بها والتي تُعتبر ذات تكلفة وحدة واحدة. مثالٌ شائع على ذلك هو آلة الوصول العشوائي التي تفترض تكلفة وحدة واحدة لكل عملية قراءة أو كتابة في أي خلية من الذاكرة. ويُستخدم هذا النموذج لمقارنة الأداء النظري للخوارزميات بمعزلٍ عن تفاصيل التنفيذ الفعلية أو التقنية المستخدمة.

نماذج أخرى ذات صلة

الآلات التجريدية المستخدمة في إثباتات الحوسبية ودراسة الحدود العليا للتعقيد. نموذج شجرة القرار المستخدم في دراسة الحدود الدنيا للتعقيد. المنطق التجميعي القواعد الشكلية ونظرية النحو ضمن سلم تشومسكي

القوة التعبيرية

تختلف النماذج في قوتها التعبيرية. فكل دالة يمكن حسابها بواسطة آلة محدودة الحالات يمكن أيضًا حسابها بواسطة آلة تورنغ، ولكن العكس غير صحيح. ولهذا تُعد آلة تورنغ مرجعًا أساسيًا في دراسة حدود الحوسبة القابلة للتنفيذ.

الهندسة الموجهة بالنماذج

في الهندسة الموجهة بالنماذج، يُستخدم نموذج الحوسبة لشرح كيفية أن سلوك النظام ككل هو ناتج عن تفاعل مكوناتٍ متعددة، ويتيح ذلك توصيف الأنظمة المعقدة وتحليلها تجريبيًا ونظريًا.

انظر أيضًا

• آلة مكدس
• آلة تجميعية
• آلة مسجلية
• آلة الوصول العشوائي
• آلة تجريدية
• نموذج المجسّات الخلوية
• اكتمال تورنغ

مزيد من الاطلاع

• Fernández، Maribel (2009). Models of Computation: An Introduction to Computability Theory. Undergraduate Topics in Computer Science. Springer. ISBN:978-1-84882-433-1.
• Savage، John E. (1998). Models Of Computation: Exploring the Power of Computing. Addison-Wesley. ISBN:978-0201895391.