انتزاع، در قلمرو علوم کامپیوتر، به عمل جداسازی یا استخراج کیفیت ها یا جزئیات خاص یک سیستم، عملکرد یا فرآیند اشاره دارد که به فرد امکان می دهد سیستم را در سطح بالاتری درک یا مفهوم سازی کند. این یکی از اساسی ترین اصول در علوم کامپیوتر و مهندسی نرم افزار است که زیربنای طراحی سیستم ها و فناوری های پیچیده است.
پیدایش انتزاع
مفهوم انتزاع، اگرچه در فلسفه و منطق قدمت زیادی داشت، اما با ظهور زبان های برنامه نویسی سطح بالا در اواسط قرن بیستم، شروع به نفوذ در حوزه علوم کامپیوتر کرد. اولین اشاره به انتزاع در زمینه علوم کامپیوتری را می توان به اواخر دهه 1950، پیرامون ظهور زبان هایی مانند فرترن، ردیابی کرد.
فرترن، مخفف «ترجمه فرمول»، یکی از اولین زبان های برنامه نویسی سطح بالا بود. با اجازه دادن به برنامه نویسان برای نوشتن کد به شکلی قابل درک تر برای انسان، انتزاع را به محاسبات معرفی کرد و به طور موثر آنها را از تفاوت های ظریف زبان ماشین دور کرد.
پیچیدگی های انتزاع
انتزاع در خدمت ساده سازی سیستم های پیچیده با تجزیه آنها به بخش های قابل مدیریت است. این کار را با پنهان کردن یا انتزاع کردن جزئیات سطح پایین یک سیستم انجام می دهد و فقط بر عملکرد سطح بالا تمرکز می کند. این به فرد امکان می‌دهد تا سیستم‌های پیچیده را با لایه‌بندی انتزاع‌ها بر روی یکدیگر بسازد و درک کند و سطحی از سادگی و سهولت استفاده را برای برنامه‌نویسان فراهم کند.
به عنوان مثال، در برنامه نویسی، یک تابع یک کار یا محاسبات خاص را کپسوله می کند. پیاده سازی تابع – نحوه رسیدن به وظیفه خود – از دید برنامه نویس پنهان است که فقط باید ورودی و خروجی آن را بداند. این نمونه ای از انتزاع است.
انتزاع به اشکال مختلف در تمام زمینه های علوم کامپیوتر وجود دارد، مانند انتزاع داده ها، انتزاع کنترل، انتزاع سخت افزار و غیره.
کارهای درونی انتزاع
انتزاع با حذف یا پنهان کردن هر گونه جزئیات غیر ضروری کار می کند و تنها ویژگی های لازم را باقی می گذارد. بنابراین به عنوان ابزاری برای مدیریت پیچیدگی عمل می کند.
به عنوان مثال، در زمینه برنامه نویسی، یک توسعه دهنده نرم افزار می تواند یک تابع (یک انتزاع) برای مرتب کردن لیستی از اعداد ایجاد کند. سپس توسعه‌دهنده می‌تواند از این تابع در هر جایی که برای مرتب‌سازی فهرستی نیاز دارد، استفاده کند، بدون اینکه نگران نحوه عملکرد داخلی آن باشد. این پیچیدگی الگوریتم مرتب‌سازی را پنهان می‌کند و خواندن و نگهداری کد را آسان‌تر می‌کند.
ویژگی های کلیدی انتزاع
- سادگی: Abstraction سیستم های پیچیده را با پنهان کردن جزئیات سطح پایین ساده می کند.
- قابلیت استفاده مجدد: توابع یا ماژول های ساخته شده با استفاده از انتزاع می توانند در بخش های مختلف یک سیستم یا در سیستم های مختلف استفاده مجدد شوند.
- مدولار بودن: Abstraction با امکان ساختن سیستم های پیچیده از قطعات ساده تر و مستقل، ماژولار بودن را ارتقا می دهد.
- قابلیت نگهداری: با جداسازی وابستگی ها و جزئیات، انتزاع نگهداری و اصلاح سیستم ها را آسان تر می کند.
انواع انتزاع
انواع مختلفی از انتزاع در علوم کامپیوتر وجود دارد:
- انتزاع داده ها: جزئیات مربوط به ذخیره سازی و دستکاری داده ها را با تمرکز بر ویژگی های ضروری پنهان می کند.
- انتزاع رویه ای: به دنباله ای از عملیات اجازه می دهد تا کپسوله شوند و جزئیات نحوه کار آنها پنهان شود.
- انتزاع سخت افزار: به نرم افزار اجازه می دهد تا بر روی سیستم های سخت افزاری مختلف بدون تغییر اجرا شود.
کاربرد و حل مسئله با انتزاع
انتزاع به طور گسترده در توسعه نرم افزار، طراحی سیستم، طراحی رابط کاربری، حل مسئله و غیره استفاده می شود. به توسعه دهندگان این امکان را می دهد تا با تقسیم کردن آنها به بخش های ساده تر و قابل مدیریت، با مشکلات پیچیده مقابله کنند.
یکی از مشکلات رایج در انتزاع، پتانسیل مبادله عملکرد است. با افزایش لایه های انتزاعی، می تواند کاهش متناظری در عملکرد وجود داشته باشد. این اغلب با طراحی و بهینه سازی دقیق سیستم قابل کاهش است.
مقایسه با اصطلاحات مشابه
| مدت، اصطلاح | شرح | رابطه با انتزاع |
|---|---|---|
| کپسوله سازی | دسته بندی داده ها با روش هایی که بر روی آن داده ها عمل می کنند. | شکلی از انتزاع که در آن داده ها و رفتار با هم ترکیب می شوند. |
| پلی مورفیسم | توانایی یک شی برای به خود گرفتن اشکال مختلف. | شکل پیشرفته تری از انتزاع در برنامه نویسی شی گرا. |
| وراثت | توانایی ایجاد کلاس های جدید بر اساس کلاس های موجود. | امکان انتزاع صفات و رفتارهای رایج را فراهم می کند. |
چشم اندازها و فناوری های آینده
انتزاع همچنان نقش مهمی در توسعه فناوری های نوظهور ایفا می کند. به عنوان مثال، در رایانش ابری، انتزاع برای ارائه زیرساخت های پیچیده به عنوان سرویس هایی با استفاده آسان استفاده می شود. به طور مشابه، در یادگیری ماشین و هوش مصنوعی، انتزاع برای ساده کردن الگوریتم‌های پیچیده و مدل‌های آماری برای کاربران نهایی استفاده می‌شود.
سرورهای انتزاعی و پروکسی
در زمینه سرورهای پراکسی، انتزاع را می توان به عنوان لایه ای درک کرد که پیچیدگی پروتکل ها و عملیات شبکه را پنهان می کند. کاربران بدون نیاز به درک جزئیات اتصالات شبکه، مسیریابی IP یا پروتکل های امنیتی با سرور پراکسی تعامل دارند. به عنوان مثال، OneProxy این پیچیدگی ها را خلاصه می کند و سرویسی با کاربری آسان برای مدیریت و مسیریابی ترافیک شبکه به کاربران ارائه می دهد.
