การคิดเชิงคำนวณและอัลกอริทึม

💻

การคิดเชิงคำนวณและอัลกอริทึม

Computational Thinking and Algorithms

วิทยาการคำนวณ ม.4 | 6 สัปดาห์

🧠 การคิดเชิงคำนวณคืออะไร?

💡 ความหมาย

การคิดเชิงคำนวณ คือ วิธีคิดแก้ปัญหาแบบคอมพิวเตอร์ โดยแบ่งปัญหาใหญ่เป็นเล็ก หารูปแบบ เอาแต่ที่สำคัญ แล้วเขียนเป็นขั้นตอน

เหมือนเวลาเราทำอะไรก็ตาม เช่น ทำอาหาร เล่นเกม ทำโปรเจกต์ เราต้องคิดเป็นขั้นตอน วางแผน และหาวิธีที่ดีที่สุด

🎯 4 องค์ประกอบหลัก

🔨

1. แยกส่วนปัญหา

แบ่งปัญหาใหญ่เป็นปัญหาเล็กๆ ที่ทำได้ง่ายขึ้น

🔍

2. จดจำรูปแบบ

หาสิ่งที่ซ้ำกันหรือคล้ายกัน เพื่อใช้วิธีเดิม

🎨

3. คิดเชิงนามธรรม

มองเอาแต่สิ่งสำคัญ ตัดรายละเอียดที่ไม่จำเป็นทิ้ง

⚙️

4. ออกแบบอัลกอริทึม

เขียนขั้นตอนการแก้ปัญหาที่ชัดเจน ทำตามได้

🍳 ตัวอย่างง่ายๆ: ทำข้าวผัด

🔨 แยกส่วนปัญหา

เตรียมวัตถุดิบ (ข้าว, ไข่, ผัก)
เตรียมอุปกรณ์ (กระทะ, ช้อน)
ทำอาหาร (ผัด, ปรุงรส)
เสิร์ฟ

🔍 จดจำรูปแบบ

ทุกเมนูผัดก็ผัดคล้ายกัน (ตั้งกระทะ → ใส่น้ำมัน → ผัด)

🎨 คิดเชิงนามธรรม

ไม่ต้องนับข้าวทีละเม็ด (แค่ประมาณ 1 ถ้วย)
ไม่ต้องตั้งเวลาแม่น (ดูจากลักษณะว่าสุกแล้ว)

⚙️ ออกแบบอัลกอริทึม

ตั้งกระทะ ใส่น้ำมัน
ตอกไข่ใส่กระทะ ผัดให้สุก
ใส่ข้าวลงไป ผัดให้เข้ากัน
ใส่ผัก ปรุงรส
ตักใส่จาน เสร็จ!

🔨 การแยกส่วนปัญหา (Decomposition)

💡 ทำไมต้องแยกส่วน?

เวลาเจอปัญหาใหญ่ๆ เราต้องแบ่งเป็นชิ้นเล็กๆ เหมือนกินช้างให้ทีละคำ แทนที่จะทำทั้งก้อนแล้วงง เราทำทีละส่วนจะง่ายกว่า

✅

ทำให้เข้าใจง่าย

ปัญหาซับซ้อนกลายเป็นง่าย

👥

แบ่งงานได้

หลายคนทำพร้อมกันได้

🔧

แก้ไขง่าย

มีบั๊กแค่แก้ส่วนนั้น

📝 วิธีแยกส่วนปัญหา

ดูปัญหาทั้งหมด

อ่านและทำความเข้าใจว่าต้องทำอะไร เป้าหมายคืออะไร

แบ่งเป็นส่วนใหญ่ๆ

แยกออกเป็นหมวดหมู่ใหญ่ๆ ก่อน

แยกย่อยต่อไปอีก

แต่ละส่วนใหญ่แยกเป็นส่วนเล็กๆ ต่อ จนทำได้

ทำทีละส่วน

ทำให้เสร็จทีละส่วน แล้วค่อยนำมารวมกัน

📱 ตัวอย่าง: สร้างแอพ Instagram

ปัญหา: ต้องสร้างแอพโซเชียลมีเดียที่โพสต์รูปได้

หน้าบ้าน (Frontend)

หน้า Feed (ดูโพสต์)
หน้าโพสต์รูป
หน้า Profile
หน้าค้นหา

หลังบ้าน (Backend)

ระบบ Login
จัดการรูปภาพ
ระบบ Like & Comment
ระบบแจ้งเตือน

ฐานข้อมูล

ข้อมูลผู้ใช้
ข้อมูลโพสต์
ข้อมูล Comment
ข้อมูล Follower

✏️ ลองทำดู!

โจทย์: ถ้าต้องจัดงานวันเปิดบ้านโรงเรียน ลองแบ่งเป็นส่วนย่อยดูว่ามีอะไรบ้าง?

💡 คิดดูว่าต้องทำอะไรบ้าง เช่น การตกแต่ง อาหาร กิจกรรม คน...

🔍 การจดจำรูปแบบ (Pattern Recognition)

💡 รูปแบบคืออะไร?

รูปแบบ คือ สิ่งที่เกิดซ้ำหรือคล้ายกัน เวลาเจอปัญหาใหม่ ถ้าเคยเจอแบบนี้มาก่อน เราก็ใช้วิธีเดิมแก้ได้เลย ไม่ต้องคิดใหม่ทั้งหมด

ประโยชน์:

⚡

แก้ปัญหาเร็วขึ้น

♻️

ใช้วิธีเดิมได้

🎯

คาดเดาได้ว่าจะเกิดอะไร

🔢 ตัวอย่างง่ายๆ: ลำดับตัวเลข

2, 4, 6, 8, ?, ?

เห็นรูปแบบไหม?

รูปแบบ: +2 ทุกครั้ง

คำตอบ: 10, 12

🎮 ตัวอย่าง: เกมต่างๆ

สังเกตรูปแบบที่เหมือนกัน:

🎯

เกมส่วนใหญ่

มีหน้าเมนูหลัก
เริ่มเกม - ตั้งค่า
มี Health Bar
มี Tutorial
บันทึกเกม - โหลดเกม

📱

แอพโซเชียล

มี Feed หน้าแรก
กด Like & Share
แจ้งเตือน
โปรไฟล์ส่วนตัว
ค้นหาเพื่อน

ประโยชน์: เวลาสร้างแอพใหม่ ก็ทำตามรูปแบบนี้ได้เลย ไม่ต้องคิดใหม่ทั้งหมด

💻 ตัวอย่าง: ในการเขียนโปรแกรม

โจทย์: บวกเลข 1+2+3+4+5+6+7+8+9+10

sum = 0 sum = sum + 1 sum = sum + 2 sum = sum + 3 ...ทำแบบนี้ต่อไปเรื่อยๆ จะเยอะมาก!

🔍 สังเกตรูปแบบ: มีการบวกซ้ำๆ หลายครั้ง

💡 ใช้ Loop แทน:

sum = 0 FOR i FROM 1 TO 10 sum = sum + i END FOR // สั้นกว่า ใช้ได้กับเลขกี่ตัวก็ได้!

✏️ ลองทำดู!

โจทย์ 1: หารูปแบบของลำดับนี้

1, 4, 9, 16, 25, ?, ?

โจทย์ 2: Facebook, Instagram, TikTok มีรูปแบบอะไรเหมือนกัน?

🎨 การคิดเชิงนามธรรม (Abstraction)

💡 ความหมาย

Abstraction คือ การมองเอาแต่สิ่งสำคัญ ตัดรายละเอียดที่ไม่จำเป็นออก เพื่อให้เห็นภาพรวมชัดขึ้น

เหมือนเวลาวาดแผนที่ เราไม่ได้วาดทุกอย่าง (ต้นไม้ รถ คน) แต่วาดแค่ถนนและจุดสำคัญ

🗺️ ตัวอย่างง่ายๆ: แผนที่รถไฟฟ้า BTS

✅

ที่แสดง (สำคัญ)

ชื่อสถานี
เส้นทาง
จุดต่อสาย

❌

ที่ไม่แสดง (ไม่จำเป็น)

ถนนจริง
ตึก ร้านค้า
ระยะทางแม่นยำ
ทิศทางที่แท้จริง

ทำไม? เพราะเราอยากรู้แค่ว่า ขึ้นสถานีไหน ต่อสายไหน ส่วนอื่นไม่สนใจ

🚗 ตัวอย่าง: การขับรถ

เวลาขับรถ เราไม่ต้องรู้ว่าเครื่องยนต์ทำงานยังไง แค่รู้ว่า:

🎮

เหยียบคันเร่ง = วิ่ง

🛑

เหยียบเบรก = หยุด

↩️

หมุนพวงมาลัย = เลี้ยว

ข้อดี: ไม่ต้องเป็นช่างก็ขับได้! ซ่อนรายละเอียดที่ซับซ้อนไว้

💻 ตัวอย่าง: ในการเขียนโปรแกรม

เวลาเราใช้ฟังก์ชัน:

// เราแค่เรียกใช้ result = calculate_average([10, 20, 30, 40]) print(result) // 25 // ไม่ต้องรู้ว่าข้างในคำนวณยังไง

ข้างในฟังก์ชันมีรายละเอียดยุ่งยาก แต่เราซ่อนไว้ ผู้ใช้แค่ใส่ตัวเลข แล้วได้คำตอบ

✏️ ลองทำดู!

โจทย์: ถ้าจะอธิบาย "วิธีส่ง LINE" ให้เด็กอายุ 5 ขวบฟัง

ควรบอกอะไร? ไม่ควรบอกอะไร?

💡 เช่น ไม่ต้องบอกว่าอินเทอร์เน็ตทำงานยังไง แค่บอกว่ากดปุ่มไหน

⚙️ การออกแบบอัลกอริทึม

💡 อัลกอริทึมคืออะไร?

อัลกอริทึม = สูตรการทำงาน หรือ ขั้นตอนที่ชัดเจน ในการทำอะไรสักอย่างให้สำเร็จ

เหมือนสูตรอาหาร ที่บอกว่าต้องทำอะไรก่อน-หลัง ใส่อะไรเท่าไหร่ ใครทำตามก็ได้ผลลัพธ์เหมือนกัน

✅ อัลกอริทึมที่ดีต้องมี:

📥

มี Input

รับข้อมูลเข้ามา (หรือไม่มีก็ได้)

📤

มี Output

ได้ผลลัพธ์ออกมา

📝

ชัดเจน

ทุกขั้นตอนเข้าใจง่าย ไม่งง

🏁

จบได้

ไม่วนลูปไม่รู้จบ

✔️

ทำได้จริง

แต่ละขั้นตอนทำได้จริง

🧃 ตัวอย่างง่ายๆ: ทำน้ำมะนาว

📥 Input: มะนาว 2 ลูก, น้ำตาล 3 ช้อน, น้ำเปล่า 1 แก้ว, น้ำแข็ง

📝 ขั้นตอน:

คั้นมะนาว 2 ลูก
เทน้ำมะนาวลงแก้ว
ใส่น้ำตาล 3 ช้อน
เติมน้ำเปล่า
ใส่น้ำแข็ง
คนให้เข้ากัน
ชิมรส (หวานพอดีไหม?)

📤 Output: น้ำมะนาว 1 แก้ว

🔢 ตัวอย่าง: หาเลขที่มากที่สุด

โจทย์: มีตัวเลข [15, 42, 8, 23, 67, 31] หาตัวที่มากที่สุด

วิธีคิด:

ตั้งตัวแรกเป็นตัวใหญ่ที่สุดก่อน (max = 15)

ดูตัวถัดไป (42) → 42 > 15 → max = 42

ดูตัวถัดไป (8) → 8 < 42 → ไม่เปลี่ยน

ทำต่อไปเรื่อยๆ จนครบ

ได้คำตอบ: 67

เขียนเป็น Pseudocode:

FUNCTION find_max(numbers) max = numbers[0] FOR each num IN numbers IF num > max THEN max = num END IF END FOR RETURN max END FUNCTION

✏️ ลองทำดู!

โจทย์: เขียนอัลกอริทึม "หาว่าเลขเป็นคู่หรือคี่"

💡 คำใบ้: ใช้ % (หาเศษ) เช่น 10 % 2 = 0 (เลขคู่), 11 % 2 = 1 (เลขคี่)

📊 Flowchart และ Pseudocode

🔷 Flowchart (ผังงาน) คืออะไร?

Flowchart = ภาพวาดที่แสดงขั้นตอนการทำงาน ใช้รูปร่างต่างๆ และลูกศรเชื่อมต่อกัน

เหมือนแผนที่บอกทางว่าต้องทำอะไรบ้าง ทำก่อน-หลัง เลี้ยวตรงไหน

🔣 สัญลักษณ์ที่ใช้

รูปร่าง	ความหมาย	ใช้เมื่อ
Start/End	วงรี	เริ่มต้น หรือ จบโปรแกรม
Process	สี่เหลี่ยม	คำนวณ หรือ ประมวลผล
Yes/No	สี่เหลี่ยมข้าวหลามตัด	ตัดสินใจ (ใช่/ไม่ใช่)
→	ลูกศร	แสดงทิศทางการไหล

📚 ตัวอย่าง: เช็คว่าผ่านสอบไหม?

START

↓

INPUT: คะแนน

↓

คะแนน
≥ 50?

← ไม่ใช่

PRINT "ไม่ผ่าน"

ใช่ →

PRINT "ผ่าน"

↓

END

📝 Pseudocode (รหัสเทียม) คืออะไร?

Pseudocode = เขียนอัลกอริทึมด้วยภาษาคนอ่านเข้าใจ ไม่ต้องเป็นโค้ดจริงๆ แค่เข้าใจได้

💻 เปรียบเทียบ Pseudocode กับ Python

Pseudocode

INPUT age IF age >= 18 THEN PRINT "บรรลุนิติภาวะ" ELSE PRINT "ยังไม่บรรลุ" END IF

Python

age = int(input("อายุ: ")) if age >= 18: print("บรรลุนิติภาวะ") else: print("ยังไม่บรรลุ")

เห็นไหมว่าคล้ายกันมาก แต่ Pseudocode อ่านง่ายกว่า

✏️ ลองทำดู!

โจทย์: วาด Flowchart และเขียน Pseudocode สำหรับ "ตู้ ATM ถอนเงิน"

💡 คิดขั้นตอน: ใส่บัตร → ใส่รหัส → เช็ครหัสถูกไหม → เลือกจำนวนเงิน → มีเงินพอไหม → ถอนได้

⚡ Big O Notation (วัดความเร็วอัลกอริทึม)

💡 Big O คืออะไร?

Big O = วิธีวัดความเร็วของอัลกอริทึม ว่าเมื่อข้อมูลเยอะขึ้น โปรแกรมจะช้าแค่ไหน

เหมือนเทียบว่ารถคันไหนวิ่งเร็วกว่ากัน หรือ วิธีไหนทำเร็วกว่ากัน

📊 Big O ที่พบบ่อย (จากเร็ว → ช้า)

Big O	ชื่อเรียก	ความเร็ว	ตัวอย่าง
O(1)	Constant	⚡⚡⚡ เร็วสุด	เข้าถึง Array[0]
O(log n)	Logarithmic	⚡⚡ เร็วมาก	Binary Search
O(n)	Linear	✅ ปกติ	หาเลขใน Array
O(n²)	Quadratic	🐌 ช้า	Bubble Sort
O(2ⁿ)	Exponential	🐌🐌 ช้ามาก	Fibonacci แบบ Recursive

⚡ O(1) - ทำเท่าเดิมเสมอ

ตัวอย่าง: เปิดหนังสือหน้าแรก

FUNCTION get_first(array) RETURN array[0] // ทำแค่ขั้นตอนเดียว END FUNCTION

ไม่ว่า Array มี 10 ตัว หรือ 1,000,000 ตัว → ใช้เวลาเท่าเดิม!

✅ O(n) - เพิ่มตามข้อมูล

ตัวอย่าง: หาชื่อในสมุดโทรศัพท์ โดยดูทีละคน

FUNCTION find_name(list, name) FOR each person IN list IF person == name THEN RETURN "เจอแล้ว" END IF END FOR END FUNCTION

ถ้ามี 10 คน = ดู 10 ครั้ง | ถ้ามี 100 คน = ดู 100 ครั้ง → เพิ่มตามข้อมูล

🐌 O(n²) - ช้ามาก! (Loop ซ้อน Loop)

ตัวอย่าง: เปรียบเทียบทุกคนกับทุกคน

FOR i IN array FOR j IN array compare(i, j) END FOR END FOR

10 คน = 10 × 10 = 100 ครั้ง
100 คน = 100 × 100 = 10,000 ครั้ง! → ช้ามากๆ

🎯 เปรียบเทียบ Big O

ถ้าข้อมูล 1,000 รายการ จะใช้เวลาเท่าไหร่?

Big O	จำนวนขั้นตอน	เวลา (สมมติ)
O(1)	1 ครั้ง	⚡ ทันที!
O(log n)	~10 ครั้ง	⚡ เร็ว
O(n)	1,000 ครั้ง	✅ โอเค
O(n²)	1,000,000 ครั้ง	🐌 ช้า

✏️ ลองทำดู!

โจทย์: อัลกอริทึมไหนเร็วกว่ากัน?

A. หาเลขใน Array โดยดูทีละตัว → O(?)

B. หาเลขใน Array ที่เรียงแล้ว ใช้ Binary Search → O(?)

📄 ใบงาน

ดาวน์โหลดใบงานแต่ละหัวข้อ พิมพ์ในกระดาษ A4