淺談數(shù)學(xué)算法對計算機(jī)編程方式改進(jìn)的優(yōu)化

夏德宏

摘 要 在現(xiàn)階段科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展的背景之下，計算機(jī)編程方式也在不斷得到創(chuàng)新和優(yōu)化，如何更好地對計算機(jī)編程方式進(jìn)行優(yōu)化改良，已經(jīng)成為信息技術(shù)行業(yè)中的熱點(diǎn)問題，受到了越來越多人的關(guān)注。數(shù)學(xué)算法可以對數(shù)學(xué)中的諸多問題進(jìn)行深入的歸納和總結(jié)，并能對歸納總結(jié)出的結(jié)果展開統(tǒng)一的計算。數(shù)學(xué)算法作為計算機(jī)技術(shù)的最基本的應(yīng)用，對計算機(jī)編程有著深刻的影響。因此，我們必須加快優(yōu)化計算機(jī)編程的方式。本文就是在分析了目前計算機(jī)編程方式的一些基本情況，并得出了一系列對計算機(jī)編程方式進(jìn)行優(yōu)化的方法，希望能有利于相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行專業(yè)的改進(jìn)優(yōu)化工作。

關(guān)鍵詞 數(shù)學(xué)算法；計算機(jī)編程方式；優(yōu)化

中圖分類號 TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1674-6708（2017）189-0073-02

當(dāng)前，我們主要是通過計算機(jī)編程的途徑對軟件進(jìn)行開發(fā)，對計算機(jī)編程來說，數(shù)學(xué)算法是其中最基本也是最關(guān)鍵的影響因素，只有將數(shù)學(xué)算法合理適當(dāng)?shù)貞?yīng)用于計算機(jī)的相關(guān)編程之中，才能實(shí)現(xiàn)計算機(jī)編程的高效率運(yùn)行，才會提高計算機(jī)軟件開發(fā)的成功率。計算機(jī)編程要運(yùn)用到的數(shù)學(xué)知識主要包括離散數(shù)學(xué)和微積分等運(yùn)算，對這些數(shù)學(xué)算法進(jìn)行深入研究，并且將它們運(yùn)用到計算機(jī)編程方式的改進(jìn)優(yōu)化中，可以提高計算機(jī)編程方式的實(shí)用性和有效性。

1 計算機(jī)編程方式的基本概況

1.1 數(shù)學(xué)算法的簡介

算法作為數(shù)學(xué)研究中的最基礎(chǔ)和最關(guān)鍵的部分，對計算機(jī)編程的研究也起著至關(guān)重要的作用。如今信息科技在迅速發(fā)展創(chuàng)新，數(shù)學(xué)算法對計算機(jī)編程的影響日益加深，數(shù)學(xué)算法逐漸成為計算機(jī)編程技術(shù)人員應(yīng)該具備的最基本素養(yǎng)。大部分高校的計算機(jī)專業(yè)課程主要引導(dǎo)學(xué)生建立數(shù)學(xué)算法的基本思想，培養(yǎng)和提高他們進(jìn)行數(shù)學(xué)算法的能力和水平，要求學(xué)生了解和掌握各類數(shù)學(xué)算法學(xué)習(xí)實(shí)驗報告的撰寫方式。學(xué)生們也可以通過觀察、模仿、深入研究以及實(shí)際操作等方式來進(jìn)一步深入了解數(shù)學(xué)算法的精髓和內(nèi)涵，提高自身的推導(dǎo)計算的水平，增強(qiáng)自己獨(dú)立解決問題和矛盾的能力，進(jìn)而確保自己的計算機(jī)編程專業(yè)課程的順利學(xué)習(xí)。

1.2 計算機(jī)編程的簡介

計算機(jī)編程以計算機(jī)語言作為根本，通過人們對計算機(jī)語言的研究和翻譯工作，能夠完成多種類型不一的計算機(jī)功能。從根上來說，計算機(jī)誕生的目的是為了能夠運(yùn)用大量的數(shù)學(xué)計算，進(jìn)而為人們解決復(fù)雜困難的高級大量數(shù)據(jù)運(yùn)算，為人們提供最精確的計算結(jié)果。對計算機(jī)進(jìn)行創(chuàng)新改造和升級，不僅能夠大幅度提升計算機(jī)的運(yùn)算效率和準(zhǔn)確度，而且能增強(qiáng)計算機(jī)編程應(yīng)用的實(shí)用性。因此，我們需要加大對計算機(jī)編程方式改進(jìn)優(yōu)化工作的重視程度，在保證計算機(jī)運(yùn)算結(jié)果精確無誤的基礎(chǔ)上，使計算機(jī)運(yùn)算效率不斷得到提高。

1.3 數(shù)學(xué)模型是算法與計算機(jī)聯(lián)系的橋梁

將繁多復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)問題簡單化并抽象為適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)結(jié)構(gòu)，便是數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建過程。采用實(shí)際調(diào)查、收集整理數(shù)據(jù)資料等方法，對研究問題的內(nèi)在特點(diǎn)和實(shí)際規(guī)律進(jìn)行深入的分析，掌握問題的關(guān)鍵部分和主要矛盾，建立出與實(shí)際問題相聯(lián)系的數(shù)量之間的關(guān)系，再應(yīng)用數(shù)學(xué)思維方式和理論知識進(jìn)行問題的探討和研究。

數(shù)學(xué)計算的選擇在計算機(jī)編程方式的優(yōu)化過程中有著非常深刻的影響，這些影響主要包括：計算機(jī)本身的運(yùn)行效率、內(nèi)存容量大小、計算機(jī)的質(zhì)量高低等等。由于運(yùn)作效率和自身質(zhì)量的不同，計算機(jī)的編程效率也是不一樣的，因此我們應(yīng)該根據(jù)實(shí)際問題類型的不同而選取恰當(dāng)合適的數(shù)學(xué)算法。在實(shí)際的操作流程中，應(yīng)用簡易直接、改造優(yōu)良的數(shù)學(xué)算法，這能大大減少計算機(jī)執(zhí)行任務(wù)的時間，能大幅度提高計算機(jī)的工作運(yùn)行速度和質(zhì)量。

要想進(jìn)一步提升計算機(jī)的運(yùn)行效率，可以參考以下兩個方面的內(nèi)容進(jìn)行數(shù)學(xué)算法的選取。其中一方面是根據(jù)時間的復(fù)雜性進(jìn)行合理選擇。今天的社會和經(jīng)濟(jì)在高速發(fā)展，人們普遍追求的是高效率和高質(zhì)量，適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)算法能夠讓計算機(jī)在最短的時間內(nèi)編譯出最多類的程序。還有一個方面便是考慮空間的復(fù)雜性。現(xiàn)代社會的發(fā)展在不斷追求節(jié)能降耗，即使用盡可能少的資源，獲得最大的效益。只有把這兩方面內(nèi)容進(jìn)行相互結(jié)合，才能選擇出最適當(dāng)合理的數(shù)學(xué)算法。構(gòu)建理想的數(shù)學(xué)模型，將合理的算法與計算機(jī)編程相聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)計算機(jī)編程的設(shè)計開發(fā)。

2 優(yōu)化計算機(jī)編程方式的措施

2.1 對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是否存在合理性對數(shù)學(xué)算法性能的高低起著十分關(guān)鍵的作用，合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)能夠讓數(shù)學(xué)算法對變量進(jìn)行訪問的速度得到提高，降低變量占用的內(nèi)存空間容量，進(jìn)一步提高數(shù)學(xué)算法的效率和水平。比如說，若是在稀疏矩陣中含有很多的元素，則需要參考縮矩陣的儲存空間，假設(shè)直接通過二維數(shù)組的途徑了儲備矩陣，則可能造成大量存儲空間的浪費(fèi)。因此這時應(yīng)該選取三元組進(jìn)行稀疏矩陣的儲存工作，這可以最大限度地降低稀疏矩陣的占用空間。采用聯(lián)合體的方法對共享變量進(jìn)行深入加工，讓多個變量能夠共存于同一段內(nèi)存空間之中，這大大降低了數(shù)學(xué)算法的空間復(fù)雜度，從而大大提升了數(shù)學(xué)算法的

效率。

2.2 通過并行計算減少算法執(zhí)行時間

通過并行計算來實(shí)現(xiàn)算法執(zhí)行時間的減少有兩種不同的方法。其中一種方法是對單機(jī)上的多核心進(jìn)行并行，另一種方法是多機(jī)間的并行?，F(xiàn)階段，計算機(jī)的硬件設(shè)備優(yōu)化改良的速度很快，目前計算機(jī)中大部分都為雙核心或者是四核心；而且，計算機(jī)軟件也在不斷得到發(fā)展創(chuàng)新，使得分布式系統(tǒng)受到了廣泛的關(guān)注。但是，大部分的算法缺乏對多核心計算機(jī)以及分布式系統(tǒng)的優(yōu)化改良，依舊使用的是串行的執(zhí)行方法。在對數(shù)學(xué)算法研究分析的基礎(chǔ)上，我們能把算法分成兩個部分，一個是可并行部分，另一個是不可并行部分，分別運(yùn)用這兩個不同的部分實(shí)現(xiàn)計算機(jī)不同核心的分配工作，可以得出最后的相應(yīng)結(jié)果匯總。在運(yùn)用分布式系統(tǒng)展開并行計算的過程中，相關(guān)技術(shù)人員必須制作出科學(xué)合理的分配方案，計劃好算法的運(yùn)算量，考慮到所需的網(wǎng)絡(luò)支出開銷。

2.3 提高學(xué)生學(xué)習(xí)算法設(shè)計的興趣

算法設(shè)計專業(yè)課程要求學(xué)生必須掌握一定的概率論、線性代數(shù)等專業(yè)知識，具備一定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分析能力。這便需要授課教師提高自身的教學(xué)質(zhì)量和水平，運(yùn)用各種不同的多樣化的授課教學(xué)方法，將專業(yè)知識理論與實(shí)踐操作實(shí)現(xiàn)完美的融合，更好地引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行算法設(shè)計的學(xué)習(xí)。教師在正式授課之前，需要明確好教學(xué)目的，對學(xué)生提出相應(yīng)的學(xué)習(xí)要求，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性；在進(jìn)行授課的過程中，應(yīng)用多媒體技術(shù)或者其他高科技的手段進(jìn)行專業(yè)知識的講解，破除傳統(tǒng)陳舊的教學(xué)觀念，將新型科技與現(xiàn)場教學(xué)相互結(jié)合，提升學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣；在授課結(jié)束之后，要時刻關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)動態(tài)，認(rèn)真督促學(xué)生完成相關(guān)的算法設(shè)計的練習(xí)和任務(wù)，從而進(jìn)一步提升學(xué)生學(xué)習(xí)的獨(dú)立自覺性。

3 結(jié)論

總的來說，計算機(jī)的出現(xiàn)跟數(shù)學(xué)算法之間的聯(lián)系十分密切，如今計算機(jī)在不斷得到改進(jìn)和創(chuàng)新，數(shù)學(xué)算法也在持續(xù)進(jìn)步。計算機(jī)編程方式的改進(jìn)和優(yōu)化離不開數(shù)學(xué)算法，相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員一直在探究二者之間的聯(lián)系。

在對計算機(jī)編程方式進(jìn)行分析研究的過程中，我們要根據(jù)實(shí)際的情況進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化改進(jìn)，要努力設(shè)計出合理的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、利用并行計算降低計算機(jī)執(zhí)行命令的時間、提高學(xué)生學(xué)習(xí)計算機(jī)算法設(shè)計的興趣和能力。只有采取一系列合理有效的計算機(jī)編程方式改進(jìn)的措施，才能實(shí)現(xiàn)計算機(jī)編程方式的革新，讓計算機(jī)編程擁有更高效的性能，才能減少計算機(jī)編程方式在技術(shù)性方面產(chǎn)生的問題，從而進(jìn)一步推動我國計算機(jī)編程方式的進(jìn)步，促進(jìn)信息技術(shù)行業(yè)的良好發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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