數(shù)學(xué)算法對(duì)計(jì)算機(jī)編程優(yōu)化的分析與研究

曾鎮(zhèn)東

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，社會(huì)發(fā)展的不斷加快，使得社會(huì)發(fā)展的重心由以往的工業(yè)生產(chǎn)向高新的計(jì)算機(jī)領(lǐng)域發(fā)展。計(jì)算機(jī)在當(dāng)今的發(fā)展中扮演著極為重要的作用，當(dāng)前計(jì)算機(jī)軟件多數(shù)是通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)的，計(jì)算機(jī)編程的效果將對(duì)軟件工作效率有著直接的影響。而數(shù)學(xué)算法是數(shù)學(xué)學(xué)科中的一項(xiàng)重要的內(nèi)容，可以對(duì)問(wèn)題進(jìn)行歸納總結(jié)后加以解決。計(jì)算機(jī)技術(shù)中科學(xué)合理的應(yīng)用數(shù)學(xué)算法對(duì)計(jì)算機(jī)編程的突破以及創(chuàng)新有著極大的推動(dòng)作用。該文就編程中運(yùn)用數(shù)學(xué)算法進(jìn)行優(yōu)化來(lái)分析，以期對(duì)有關(guān)人士在運(yùn)用、開(kāi)發(fā)、研究中有所借鑒意義。

關(guān)鍵詞：數(shù)學(xué)算法；計(jì)算機(jī)編程；優(yōu)化；分析研究

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）21-0245-02

目前實(shí)現(xiàn)軟件的開(kāi)發(fā)主要手段是進(jìn)行計(jì)算機(jī)編程。而對(duì)于編程而言，其基礎(chǔ)知識(shí)便是對(duì)數(shù)學(xué)算法的運(yùn)用，使數(shù)學(xué)算法完美的運(yùn)用到計(jì)算機(jī)編程中，才可能保證計(jì)算機(jī)軟件的開(kāi)發(fā)合格。數(shù)學(xué)中的離散數(shù)學(xué)以及微積分均是編程的基礎(chǔ)知識(shí)。數(shù)學(xué)算法是一類(lèi)建?；A(chǔ)理論知識(shí)，利用數(shù)學(xué)算法能夠完成對(duì)計(jì)算機(jī)編程高效的使用。所以，要相對(duì)編程加以研究的話，前提是對(duì)數(shù)學(xué)算法進(jìn)行一定的研究，在實(shí)際編程時(shí)對(duì)數(shù)學(xué)算法進(jìn)行充分的利用，以此來(lái)對(duì)編程加以優(yōu)化。對(duì)此也要對(duì)數(shù)學(xué)算法在應(yīng)用性上進(jìn)行深入的理解，使其可以更好的為技術(shù)革新提供幫助。

1 數(shù)學(xué)算法與計(jì)算機(jī)編程

在數(shù)學(xué)中，數(shù)學(xué)算法是一類(lèi)歸納算法。通常是通過(guò)對(duì)事物中的數(shù)學(xué)規(guī)律進(jìn)行研究、總結(jié)，來(lái)達(dá)到對(duì)工作量的減少的目標(biāo)。此外，在工作量得到減少的同時(shí)，可以選擇最佳的求解捷徑，從而達(dá)到快速求解的目的?？傮w來(lái)說(shuō)，數(shù)學(xué)算法就是在對(duì)事物規(guī)律進(jìn)行發(fā)掘、研究，尋求以最小的代價(jià)來(lái)快速獲取結(jié)果的方式。數(shù)學(xué)算法對(duì)于計(jì)算機(jī)編程有著至關(guān)重要的促進(jìn)意義，然而實(shí)際應(yīng)用與研究中常常是被忽略的。目前進(jìn)行計(jì)算機(jī)編程過(guò)程中，已經(jīng)對(duì)數(shù)學(xué)算法有所運(yùn)用，根據(jù)其擁有的效用，在編程過(guò)程中，數(shù)學(xué)算法已經(jīng)作為一種高效編程方式來(lái)加以運(yùn)用[1]。

在當(dāng)前時(shí)期的計(jì)算機(jī)編程領(lǐng)域，由于數(shù)學(xué)算法擁有高效的作用，已經(jīng)在編程中得到了較為廣泛的運(yùn)用，比如C語(yǔ)言中，有著極為重要的地位。數(shù)學(xué)算法可以對(duì)計(jì)算機(jī)編程展開(kāi)相應(yīng)的優(yōu)化，由于該作用的存在，因此要對(duì)數(shù)學(xué)算法研究與分析，把它所具有的效用最佳的運(yùn)用到編程領(lǐng)域。

計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展迅猛的21世紀(jì)，計(jì)算機(jī)專業(yè)人員對(duì)于編程的重視程度以及依賴性正在逐漸的加深。數(shù)學(xué)建模思想也就是對(duì)對(duì)象的信息進(jìn)行了解、展開(kāi)深入的研究、對(duì)其規(guī)律進(jìn)行分析、假設(shè)簡(jiǎn)化思路等工作后，對(duì)其使用數(shù)學(xué)符號(hào)、語(yǔ)言進(jìn)行描述，這就是建立數(shù)學(xué)模型，再使用計(jì)算機(jī)加以運(yùn)算，在運(yùn)算過(guò)程中對(duì)對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)[2]。計(jì)算機(jī)編程對(duì)建模思想進(jìn)行了深入的研究和使用，提高了編程的效率，取得了很大的成功。

2 對(duì)計(jì)算機(jī)編程的優(yōu)化分析

計(jì)算機(jī)學(xué)科中有著極強(qiáng)的專業(yè)性質(zhì)以及廣泛應(yīng)用的便是編程，計(jì)算機(jī)編程是利用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行編寫(xiě)，對(duì)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)合理的編寫(xiě)與翻譯，能夠滿足編寫(xiě)的程序的功能可以更加合理的進(jìn)行使用。對(duì)于計(jì)算機(jī)中的計(jì)算器進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，計(jì)算器中所涉及的各類(lèi)算法都要經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言進(jìn)行編寫(xiě)來(lái)實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算其中的加減乘除等運(yùn)算均是利用計(jì)算機(jī)的語(yǔ)言進(jìn)行編寫(xiě)的。在進(jìn)行計(jì)算編程過(guò)程中，運(yùn)用數(shù)學(xué)算法可以起到優(yōu)化作用包含如下三個(gè)方面。

（1）語(yǔ)言編程運(yùn)用數(shù)學(xué)算法的優(yōu)化分析

在計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言中，使用最為普遍的語(yǔ)言便是C語(yǔ)言，因?yàn)镃語(yǔ)言是一種基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，因此其使用的范圍較為廣泛，而且還可以為計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言在擴(kuò)展方面奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在以C語(yǔ)言為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)編程過(guò)程中，不可避免的便是編寫(xiě)與翻譯上的困難。C語(yǔ)言在作為程序語(yǔ)言時(shí)，但對(duì)其進(jìn)行編譯時(shí)，要嚴(yán)格的展開(kāi)代碼邏輯的輸入，這也是C語(yǔ)言一個(gè)獨(dú)特優(yōu)勢(shì)[3]。但是C語(yǔ)言同樣有著自身局限性，便是要使用數(shù)學(xué)算法來(lái)對(duì)它進(jìn)行優(yōu)化，從而解決C語(yǔ)言具有的局限性。

對(duì)數(shù)學(xué)算法的合理運(yùn)用可以使C語(yǔ)言的有關(guān)代碼變得精簡(jiǎn)，這樣可以使整個(gè)代碼程序變得簡(jiǎn)化，也就可以使面向過(guò)程效率得到很好的提高。在運(yùn)用數(shù)學(xué)算法展開(kāi)計(jì)算機(jī)編程時(shí)，首先要做好邏輯分析，根據(jù)程序來(lái)設(shè)計(jì)相應(yīng)的流程圖，確保程序可以按照邏輯運(yùn)行。在C語(yǔ)言中對(duì)數(shù)學(xué)算法進(jìn)行合理的運(yùn)用，能夠使編程語(yǔ)言得到有效的簡(jiǎn)化，同時(shí)對(duì)編程流程的設(shè)計(jì)也會(huì)有所簡(jiǎn)練，數(shù)學(xué)算法本身就擁有極強(qiáng)的抽象性，根據(jù)這一特性，可以使編程流程變得更為精簡(jiǎn)，有關(guān)的時(shí)間冗余也能夠得到很好的解決[4]。

（2）面向?qū)ο笳Z(yǔ)言運(yùn)用數(shù)學(xué)算法的優(yōu)化分析

面向?qū)ο笳Z(yǔ)言在C語(yǔ)言中也就是指的C++，該語(yǔ)言是以C語(yǔ)言為基礎(chǔ)而發(fā)展出來(lái)的一類(lèi)語(yǔ)言。通常情況，面對(duì)對(duì)象程序展開(kāi)語(yǔ)言設(shè)計(jì)過(guò)程中，，會(huì)將對(duì)象進(jìn)行封裝，保證C語(yǔ)言內(nèi)含有的弊端可有效地轉(zhuǎn)變，可以在計(jì)算機(jī)編程上有效的提升效率。面對(duì)對(duì)象程序展開(kāi)語(yǔ)言設(shè)計(jì)時(shí)，完美的與類(lèi)的理念相結(jié)合，同時(shí)對(duì)封裝原理加以融合，是編程的效率得到了進(jìn)一步的提升。但是，封裝原理和類(lèi)的繼承時(shí)依然需要對(duì)數(shù)學(xué)算法加以優(yōu)化，從而使編程可以進(jìn)一步的高效實(shí)現(xiàn)。

面對(duì)對(duì)象程序在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要對(duì)類(lèi)進(jìn)行定義，以及對(duì)不同類(lèi)間進(jìn)行嵌套、繼承和封裝。一個(gè)復(fù)雜的程序一旦需要對(duì)其進(jìn)行繼承處理，那么就要有相當(dāng)大的工程量。所以，在數(shù)學(xué)算法之中，建模是一個(gè)非常有效的數(shù)學(xué)思想，可以利用數(shù)學(xué)模型來(lái)進(jìn)行統(tǒng)一的數(shù)學(xué)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)高效對(duì)問(wèn)題進(jìn)行解決。面對(duì)對(duì)象程序的語(yǔ)言設(shè)計(jì)中，完全可以利用數(shù)學(xué)算法中的建模思想。經(jīng)過(guò)對(duì)建模思想的建立，才可能不斷的強(qiáng)化面向?qū)ο蟪绦蛘Z(yǔ)言設(shè)計(jì)所具有的優(yōu)勢(shì)以及時(shí)效性。建模是使不同類(lèi)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一進(jìn)行模型分類(lèi)，不同模型間，利用邏輯繼承從而完成不同程序的設(shè)計(jì)。這樣在提高編程效率同時(shí)強(qiáng)化了在程序有效性方面的掌握程度[5]。

（3）合理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的合理與否對(duì)于算法的性能有著至關(guān)重要的作用，合理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)能夠使算法使變量訪問(wèn)更便捷，此外還可以減少變量需求的內(nèi)存空間，以此來(lái)提升算法的效率。比方說(shuō)，在稀疏矩陣中，若矩陣含有元素較多時(shí)，那么就要對(duì)矩陣的存儲(chǔ)空間進(jìn)行壓縮考慮。若直接進(jìn)行二維數(shù)組存儲(chǔ)矩陣，因稀疏矩陣中含有大量的零元素，那么就會(huì)導(dǎo)致大量存儲(chǔ)空降被浪費(fèi)。這時(shí)應(yīng)該考慮運(yùn)用三元組即列號(hào)、行號(hào)、元素值進(jìn)行稀疏矩陣的存儲(chǔ)。這樣可以很好的對(duì)稀疏矩陣占用的內(nèi)存進(jìn)行壓縮，此外可以使遍歷矩陣的遍歷次數(shù)有效的減少，從而使算法效率得到提升。另外，對(duì)共享變量，一般是利用聯(lián)合體方式，讓多個(gè)變量可以共同存儲(chǔ)到同一段空間內(nèi)，這種方式是使算法空間復(fù)雜度進(jìn)行有效的降低，從而提高了算法效率[6]。

3 結(jié)語(yǔ)

目前，解決數(shù)學(xué)問(wèn)題所采用的最佳方式便是利用數(shù)學(xué)算法，采用數(shù)學(xué)算法可以有效地對(duì)編程工作量加以降低，使得對(duì)于復(fù)雜問(wèn)題可以更加簡(jiǎn)便的進(jìn)行解決，使工作的效率得到很大的提升。在計(jì)算機(jī)編程優(yōu)化過(guò)程中也要對(duì)數(shù)學(xué)算法進(jìn)行合理的運(yùn)用，對(duì)計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)邏輯運(yùn)算。也就是說(shuō)，數(shù)學(xué)算法對(duì)編程來(lái)說(shuō)是一種基礎(chǔ)，可以使編程過(guò)程更加的優(yōu)化，對(duì)編程語(yǔ)言起著簡(jiǎn)化的作用，確保編程的效率。綜上，運(yùn)用數(shù)學(xué)算法能夠使編程優(yōu)化效果更加的顯著。

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