數(shù)學(xué)算法的計(jì)算機(jī)編程優(yōu)化設(shè)計(jì)與實(shí)踐研究

周睿

（陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西西安，710300）

1 計(jì)算機(jī)編程與數(shù)學(xué)算法的基本內(nèi)容分析

1.1 計(jì)算機(jī)編程介紹

計(jì)算機(jī)編程即指電腦編程，編輯程序讓電腦按照相關(guān)步驟運(yùn)行就是編程。在實(shí)際的計(jì)算機(jī)編程過(guò)程中，人們普遍會(huì)使用數(shù)學(xué)算法[1]，它不但可以提升工作人員的效率，還能夠確保計(jì)算過(guò)程的快速性和準(zhǔn)確性。其中，計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言又稱程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言或者編程語(yǔ)言，它是一種特殊的語(yǔ)言，一方面，人們要使用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言指揮計(jì)算機(jī)完成某種特定工作，另一方面計(jì)算機(jī)必須按照計(jì)算機(jī)語(yǔ)言描述來(lái)執(zhí)行某種操作，從而完成相關(guān)特定工作，這就需要計(jì)算機(jī)的語(yǔ)言能夠被人們讀懂。例如，人們常說(shuō)的C 語(yǔ)言，就應(yīng)用了許多數(shù)學(xué)算法，此時(shí)就需要，相關(guān)工作人員加大學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)算法的理論知識(shí)，發(fā)揮數(shù)學(xué)算法的諸多優(yōu)勢(shì)，將其獨(dú)特的計(jì)算特推廣并應(yīng)用到計(jì)算機(jī)編程工作中。

1.2 數(shù)學(xué)算法基本介紹

歸納性是數(shù)學(xué)算法的主要特點(diǎn)之一，人們通過(guò)對(duì)事物的研究發(fā)現(xiàn)一系列的數(shù)學(xué)問(wèn)題，并按照相關(guān)規(guī)律對(duì)這些數(shù)學(xué)問(wèn)題進(jìn)行分析和總結(jié)。在研究總結(jié)后，優(yōu)化工作流程，進(jìn)而減少工作量，使用數(shù)學(xué)算法研究并分析數(shù)學(xué)問(wèn)題是最為基礎(chǔ)的工作之一，在計(jì)算機(jī)編程過(guò)程中，計(jì)算機(jī)編程人員應(yīng)合理的運(yùn)用數(shù)學(xué)算法的原理，在不斷發(fā)揮數(shù)學(xué)理論的基礎(chǔ)上，減少工作人員的工作時(shí)間，進(jìn)而有效的控制企業(yè)的建設(shè)成本，在完美應(yīng)用數(shù)學(xué)算法的基礎(chǔ)上，使得數(shù)學(xué)算法在計(jì)算機(jī)編程工作中應(yīng)用最為合理[2]。

1.3 計(jì)算機(jī)編程與數(shù)學(xué)算法的有機(jī)聯(lián)系

首先，數(shù)學(xué)算法作為一種規(guī)范的歸納算法，應(yīng)嚴(yán)格按照預(yù)先設(shè)定的數(shù)學(xué)操作步驟和具體原則進(jìn)而探索出相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型規(guī)律，并以最小的工作量和最佳的工作速度獲取計(jì)算的準(zhǔn)確數(shù)值，通過(guò)對(duì)事物存在的規(guī)律進(jìn)行分析和總結(jié)，有效的減少工作量；其次，合理的應(yīng)用數(shù)學(xué)算法，可以簡(jiǎn)化計(jì)算機(jī)運(yùn)行流程，對(duì)計(jì)算機(jī)編程起著良好的促進(jìn)作用，在實(shí)際的計(jì)算機(jī)編程期間，通過(guò)一系列的數(shù)學(xué)算法，可以確保計(jì)算機(jī)的代碼程序精簡(jiǎn)，與此同時(shí)，還可以提升計(jì)算機(jī)的運(yùn)行效率；最后，在各大高校中，計(jì)算機(jī)專業(yè)課程還和數(shù)學(xué)專業(yè)課程有著許多相似之處，因?yàn)橛?jì)算機(jī)專業(yè)課程和數(shù)學(xué)專業(yè)課程所涉及的范圍、深層內(nèi)涵都存在著對(duì)等關(guān)系，很多計(jì)算機(jī)編程會(huì)使用數(shù)學(xué)計(jì)算知識(shí)，例如，對(duì)微分方程計(jì)算、參數(shù)估計(jì)、概率分布的歸納、數(shù)學(xué)處理以及數(shù)學(xué)邏輯分析等都會(huì)與數(shù)學(xué)算法有著直接的聯(lián)系。另外，計(jì)算機(jī)軟件的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)，需要編程人員充分發(fā)揮自身的形象思維能力、空間想象能力及完整的數(shù)學(xué)理論知識(shí)功底，通過(guò)構(gòu)造完整的數(shù)學(xué)模型，對(duì)編程工作進(jìn)行分析、評(píng)估和論證，并利用先進(jìn)的處理技術(shù)，對(duì)計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行合理調(diào)試并應(yīng)用，在不斷實(shí)踐的過(guò)程中，獲得最佳的軟件開(kāi)發(fā)結(jié)果，優(yōu)化計(jì)算機(jī)編輯流程[3]。

2 基于數(shù)學(xué)算法的計(jì)算機(jī)編程優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 C 語(yǔ)言編程的優(yōu)化

C 語(yǔ)言是計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言的基礎(chǔ)部分，其占據(jù)著重要的地位，因而被廣泛推廣并使用，同時(shí)，合理的應(yīng)用C 語(yǔ)言，還可以促進(jìn)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的快速發(fā)展。在實(shí)際利用C 語(yǔ)言進(jìn)行程序編輯的過(guò)程中，語(yǔ)言破譯工作會(huì)出現(xiàn)一些不可預(yù)測(cè)的問(wèn)題。因此，計(jì)算機(jī)編程人員應(yīng)按照相應(yīng)的編程規(guī)則，并結(jié)合相關(guān)程序代碼，發(fā)揮C 語(yǔ)言的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。值得注意的是，C 語(yǔ)言也會(huì)存在一定的局限性，此時(shí)相關(guān)人員應(yīng)利用數(shù)學(xué)算法，簡(jiǎn)化編輯流程，進(jìn)而有效提高計(jì)算機(jī)運(yùn)行的整體效率。另外，利用數(shù)學(xué)算法進(jìn)行程序編輯時(shí)，還需要提前做好邏輯分析和處理，促進(jìn)編輯程序嚴(yán)格按照具體流程開(kāi)展。由此可以看出，利用數(shù)學(xué)算法的c 語(yǔ)言，不但可以使得數(shù)學(xué)算法的抽象性能夠很好的發(fā)揮，還能夠簡(jiǎn)化語(yǔ)言編輯的操作流程，提升辦公人員的組織效率。

2.2 面向?qū)ο笳Z(yǔ)言的優(yōu)化

面向?qū)ο笳Z(yǔ)言就是指C++語(yǔ)言，這種語(yǔ)言是在c 語(yǔ)言的發(fā)展之下進(jìn)而產(chǎn)生的，首先，應(yīng)先封裝對(duì)象[4]，采用此種方式可以有效彌補(bǔ)c 語(yǔ)言的缺陷，從而促進(jìn)計(jì)算機(jī)編程的整體工作效率；其次，在對(duì)對(duì)象語(yǔ)言設(shè)計(jì)時(shí)，計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)人員應(yīng)遵照相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，并嚴(yán)格遵守封裝原理，并利用數(shù)學(xué)算法，提升計(jì)算機(jī)編程的高效性；最后，在計(jì)算機(jī)程序語(yǔ)言設(shè)計(jì)期間，應(yīng)先對(duì)其進(jìn)行類別歸納，進(jìn)而完成不同類別語(yǔ)言的繼承與封裝，因?yàn)榇罅康恼Z(yǔ)言設(shè)計(jì)程序需要通過(guò)繼承來(lái)進(jìn)行處理，此時(shí)就需要使用大量的工程量，在具體的數(shù)學(xué)算法中，通過(guò)建模形成科學(xué)的數(shù)學(xué)思想，進(jìn)而解決相關(guān)實(shí)際難題，與此同時(shí)，確定了相關(guān)建模中心思想，還能夠發(fā)揮面向?qū)ο笳Z(yǔ)言設(shè)計(jì)的高效性和諸多優(yōu)勢(shì)。進(jìn)而形成統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)的建模類型，優(yōu)化計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)。

2.3 合理設(shè)計(jì)科學(xué)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

數(shù)學(xué)算法與科學(xué)的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系，通過(guò)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)算法可以使得計(jì)算機(jī)訪問(wèn)量更加簡(jiǎn)單方便。例如，以稀疏型矩陣為例，如果結(jié)構(gòu)中的元素較多，相關(guān)人員就需要對(duì)矩陣的存儲(chǔ)空間進(jìn)行綜合分析，并采用適當(dāng)?shù)氖侄芜M(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮；如果對(duì)二維數(shù)組進(jìn)行相關(guān)定義，建立存儲(chǔ)矩陣受到外界客觀因素和稀疏矩陣中存在的大量元素影響，就會(huì)導(dǎo)致存儲(chǔ)空間的大量資源逐漸浪費(fèi)，針對(duì)此種現(xiàn)象，可以采用三元組對(duì)稀疏矩陣進(jìn)行合理存儲(chǔ)，減少稀疏矩陣大量元素所占據(jù)的空間。針對(duì)共享量，相關(guān)人員可以采用聯(lián)合體的方式，促使共享相同段的內(nèi)存空間和多變量相融合，降低并縮減數(shù)學(xué)算法的空間復(fù)雜程度，進(jìn)而提升數(shù)學(xué)算法在計(jì)算機(jī)編程的速度[5]。

2.4 以并行計(jì)算降低算法執(zhí)行時(shí)間

在單機(jī)上多核心間并行與多機(jī)上并行是有效降低數(shù)學(xué)算法的兩種執(zhí)行手段，結(jié)合現(xiàn)有的信息操作技術(shù)，雙核或者四核是計(jì)算機(jī)最常見(jiàn)的組成系統(tǒng)，在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的同時(shí)，使得分布系統(tǒng)逐漸成為了當(dāng)前計(jì)算機(jī)軟件及硬件設(shè)備的主要方式。但是，現(xiàn)實(shí)生活中，仍存在很多計(jì)算機(jī)仍然是計(jì)算機(jī)分布系統(tǒng)串行，急需相關(guān)專業(yè)的計(jì)算機(jī)軟件處理人員予以解決。因此，按照分析方式的不同利用數(shù)學(xué)算法進(jìn)行分類，將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分為串行和并行兩個(gè)組成部分，其中，串行就是按照一定方式進(jìn)行劃分，再應(yīng)用分布式的主機(jī)上，整合成預(yù)設(shè)效果，并行即指利用一臺(tái)完整的計(jì)算機(jī)的各個(gè)核心系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。值得注意的是，在對(duì)分布式系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算的過(guò)程中，應(yīng)預(yù)先制定一個(gè)科學(xué)的分配方案，并合理規(guī)劃數(shù)學(xué)算法的運(yùn)算量，減少項(xiàng)目實(shí)施的開(kāi)發(fā)成本和相關(guān)費(fèi)用。

3 數(shù)學(xué)算法優(yōu)化計(jì)算機(jī)編程的目的用途

3.1 處理復(fù)雜的計(jì)算機(jī)編程問(wèn)題

計(jì)算機(jī)編程人員通過(guò)利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)處理技術(shù)，在計(jì)算機(jī)編程軟件內(nèi)設(shè)定相關(guān)計(jì)算公式，并建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)數(shù)據(jù)模型，在實(shí)際的計(jì)算機(jī)應(yīng)用過(guò)程中，利用數(shù)學(xué)算法的計(jì)算機(jī)模型可以有效的解決各類實(shí)際的計(jì)算難題，通過(guò)深度的分析和挖掘主要的計(jì)算機(jī)編程內(nèi)容，匯總和整理相關(guān)重要信息資源，為實(shí)際問(wèn)題的解決奠定夯實(shí)的基礎(chǔ)，除此之外，在建立數(shù)學(xué)模型的計(jì)算機(jī)編程程序下，軟件技術(shù)開(kāi)發(fā)人員可以提高計(jì)算機(jī)編程的整體運(yùn)行效果。

3.2 提升計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行效率

計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)人員在數(shù)學(xué)算法基礎(chǔ)上建立的程序軟件，可以將抽象的編程問(wèn)題具體化，同時(shí)，相關(guān)人員建立完整的數(shù)學(xué)模型后，可以提高系統(tǒng)運(yùn)行的速度，并利用高級(jí)的計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的內(nèi)容進(jìn)行合理測(cè)試，在應(yīng)用時(shí)間單位的同時(shí)，提高系統(tǒng)運(yùn)行的整體速度，完善計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編輯程序，促進(jìn)計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

4 結(jié)束語(yǔ)

計(jì)算機(jī)編程的工作人員巧妙的將數(shù)學(xué)算法應(yīng)用到計(jì)算機(jī)編程中，同時(shí)，相關(guān)部門(mén)還應(yīng)不斷學(xué)習(xí)并引進(jìn)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的計(jì)算機(jī)編程處理技術(shù)，統(tǒng)籌規(guī)劃，在和數(shù)學(xué)算法融合的過(guò)程中，簡(jiǎn)化編譯流程，提高計(jì)算機(jī)運(yùn)行效率，促進(jìn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。