關(guān)于計(jì)算機(jī)算法設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的離散性研究

李鳴

（桂林智神信息技術(shù)股份有限公司，廣西 桂林 541004）

0 引言

我國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)一直在不斷創(chuàng)新和發(fā)展，其目標(biāo)是進(jìn)軍國(guó)際市場(chǎng)，其中計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展很大程度取決于前期設(shè)計(jì)人員的程序設(shè)計(jì)。算法作為計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)，計(jì)算機(jī)的運(yùn)行和工作都離不開此技術(shù)，而離散性結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在計(jì)算機(jī)問(wèn)題的處理上面。離散性結(jié)構(gòu)可以處理各種計(jì)算機(jī)問(wèn)題，但是其無(wú)法有效識(shí)別連續(xù)數(shù)量之間的關(guān)系，想要將計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢(shì)作用完全發(fā)揮出來(lái)，就需要將這類連續(xù)性的數(shù)量轉(zhuǎn)換成離散性的數(shù)量關(guān)系。作為程序設(shè)計(jì)人員，只有將各項(xiàng)信息從連續(xù)性轉(zhuǎn)換成離散性，才能有效提高計(jì)算機(jī)處理問(wèn)題的效率，如此才能體現(xiàn)出設(shè)計(jì)價(jià)值。

1 算法概述

在計(jì)算機(jī)中，算法主要是指將計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的思路和方案等完整清晰的描述出來(lái)，使用算法本身的特性等體現(xiàn)出問(wèn)題的解決對(duì)策。也就是說(shuō)，人們將信息數(shù)據(jù)等輸入到計(jì)算機(jī)中，算法能夠在規(guī)定時(shí)間內(nèi)輸出對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。不同類型的程序和軟件，對(duì)算法的要求都是不一樣的，對(duì)于一些流程性的程序來(lái)說(shuō)，對(duì)算法要求并不高；而對(duì)于云計(jì)算類，具有數(shù)據(jù)挖掘功能和分析功能的技術(shù)和軟件，對(duì)算法的要求非常高，可以說(shuō)這些技術(shù)和軟件之所以能完成數(shù)據(jù)分析和挖掘，所依靠的便是計(jì)算機(jī)算法。例如手機(jī)上的人臉解鎖系統(tǒng)，能有效區(qū)別每個(gè)人的人臉；其中美顏軟件也是較為突出的一個(gè)例子，不僅能通過(guò)攝像頭識(shí)別五官位置，還能根據(jù)識(shí)別的內(nèi)容等進(jìn)行美化[1]。完成系統(tǒng)識(shí)別和美化主要依靠的便是計(jì)算機(jī)的算法設(shè)計(jì)。在程序設(shè)計(jì)過(guò)程中，算法設(shè)計(jì)既是最基礎(chǔ)的步驟同樣也是最重要的步驟，前期算法設(shè)計(jì)越好，證明該軟件的功能和系統(tǒng)越強(qiáng)大。

2 算法與算法的離散性

計(jì)算機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常會(huì)遇到一些離散性問(wèn)題，算法是計(jì)算機(jī)眾多指令的一種，其可以將計(jì)算機(jī)使用者的想法和遇到的問(wèn)題等轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的形式，幫助使用者解決問(wèn)題。算法實(shí)際上就是一種系統(tǒng)，與人工的區(qū)別較大，該系統(tǒng)不會(huì)疲勞，只要使用者按照規(guī)范輸入，無(wú)論重復(fù)多少遍，都能輕松解決。

2.1 算法的實(shí)際應(yīng)用

2.1.1 云計(jì)算

云計(jì)算是計(jì)算機(jī)和科技技術(shù)不斷發(fā)展的新產(chǎn)物，該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)需要通過(guò)計(jì)算機(jī)展現(xiàn)出來(lái)，是一種自動(dòng)化的運(yùn)用模式，由于其自動(dòng)化程度較高，以及其對(duì)數(shù)據(jù)的處理能力較強(qiáng)，對(duì)算法的要求非常高。該技術(shù)的應(yīng)用非常便利，通過(guò)該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)能有效提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的便利性，能有效擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。一般情況下，云計(jì)算技術(shù)的出發(fā)點(diǎn)是站在服務(wù)的角度上的，其立足點(diǎn)則是現(xiàn)代科技技術(shù)的一種操作模式。該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)作用主要體現(xiàn)在實(shí)際的使用中，不僅投入的成本少，能快速高效分析和處理數(shù)據(jù)、還能根據(jù)技術(shù)使用者對(duì)數(shù)據(jù)的需求等完成處理工作，具有較強(qiáng)的靈活性，能滿足不同用戶的需求。該技術(shù)與傳統(tǒng)信息技術(shù)的區(qū)別也非常明顯，在云計(jì)算技術(shù)使用中可以讓各項(xiàng)信息的分配更加合理，將其應(yīng)用到企業(yè)的經(jīng)營(yíng)中，不僅能根據(jù)企業(yè)的需求提供對(duì)應(yīng)且完整的信息，通過(guò)該技術(shù)對(duì)信息的分析功能，還能避免企業(yè)在經(jīng)營(yíng)發(fā)展中投入不必要的資金，能有效避免資金和資源浪費(fèi)。隨著互聯(lián)網(wǎng)和科技技術(shù)不斷發(fā)展，云計(jì)算技術(shù)也得到了較大的發(fā)展和進(jìn)步，其儲(chǔ)存量和處理數(shù)據(jù)的效率、能力等都在不斷提高，其適用范圍也在逐漸擴(kuò)大，出現(xiàn)在了眾多行業(yè)和企業(yè)中，而云計(jì)算技術(shù)的這些發(fā)展，都取決于計(jì)算機(jī)算法的設(shè)計(jì)。

2.1.2 美圖軟件

人們?cè)谌粘Ｉ钪校瑢?duì)云計(jì)算技術(shù)的了解和掌握可能并不深，但是手機(jī)的相機(jī)和拍照軟件人們都會(huì)有所涉及。隨著科技技術(shù)不斷發(fā)展，手機(jī)上相機(jī)的美顏功能越來(lái)越強(qiáng)大，其主要體現(xiàn)在能有效識(shí)別人臉和五官，而軟件之所以具備這類功能，便是依靠計(jì)算機(jī)算法的設(shè)計(jì)。對(duì)于相機(jī)的美顏功能來(lái)說(shuō)，既要識(shí)別人臉和五官，還需要根據(jù)識(shí)別到的內(nèi)容有效優(yōu)化和修復(fù)，其修復(fù)之后整體與真人還不能存在明顯區(qū)別，想要通過(guò)軟件完成這系列工作，其算法就非常復(fù)雜，不僅需要包括簡(jiǎn)單的識(shí)別功能，還需要將瘦臉、美膚、大眼等諸多功能都涵蓋進(jìn)來(lái)。

2.1.3 破譯密碼

算法的應(yīng)用還體現(xiàn)在密碼的破譯上面，世界第二次大戰(zhàn)作為社會(huì)公眾都知道的歷史事件，在這一事件中能清晰看出德國(guó)是戰(zhàn)敗國(guó)家，回顧歷史不難發(fā)現(xiàn)，德國(guó)之所以戰(zhàn)敗很大程度取決于計(jì)算機(jī)技術(shù)[2]。德國(guó)的工業(yè)技術(shù)發(fā)展速度遠(yuǎn)高于計(jì)算機(jī)技術(shù)，在二戰(zhàn)期間，其工業(yè)技術(shù)非常發(fā)達(dá)，但是計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展較為落后，而信息的加密工作主要依靠的便是計(jì)算機(jī)，由于其技術(shù)落后，敵方很容易便破譯了其傳遞的信息，而計(jì)算機(jī)的破譯功能也主要取決于前期的算法設(shè)計(jì)。算法是計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)技術(shù)，離開算法，計(jì)算機(jī)便無(wú)法正常運(yùn)行，其優(yōu)勢(shì)作用也無(wú)法被大眾熟知。

2.2 算法的離散性

前期在計(jì)算機(jī)算法的設(shè)計(jì)中，便能體現(xiàn)出離散性。算法的設(shè)計(jì)方法非常多，其中常見的便是遞推法和遞歸法，以下就針對(duì)兩種設(shè)計(jì)方法展開分析：其一遞推法，主要根據(jù)順序，找到問(wèn)題的規(guī)律，在實(shí)際工作中，只需要推算出第一項(xiàng)或者前面幾項(xiàng)的數(shù)值，便能根據(jù)問(wèn)題的規(guī)律直接推算出后面的數(shù)值，部分問(wèn)題的解決步驟和方法非常復(fù)雜，通過(guò)遞推法的規(guī)律等可以節(jié)約大量的時(shí)間。根據(jù)遞推法的工作原理不難看出，該方法的核心就是將解決問(wèn)題的過(guò)程不斷簡(jiǎn)化，將復(fù)雜的問(wèn)題轉(zhuǎn)換成簡(jiǎn)單的問(wèn)題，然后再重復(fù)計(jì)算，從表面來(lái)看，遞推法的計(jì)算次數(shù)較多，但是計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)的效率非常高，加上其不會(huì)疲憊，所以利用該方法的最終結(jié)果依舊是節(jié)約時(shí)間。其二遞歸法，主要是從已存的程序中將算法直接調(diào)用過(guò)來(lái)，以此來(lái)節(jié)約時(shí)間。在面對(duì)一些較為繁瑣且復(fù)雜的問(wèn)題時(shí)，可以利用識(shí)別系統(tǒng)，識(shí)別已有程序中與該問(wèn)題有關(guān)的程序，并直接從已有程序中將問(wèn)題需要部分的程序調(diào)用過(guò)來(lái)，為我所用，能有效省略解決問(wèn)題的步驟。

通過(guò)對(duì)遞推法和遞歸法的分析不難看出，遞推法主要是尋找規(guī)律簡(jiǎn)化步驟和流程，此種設(shè)計(jì)方法在連續(xù)運(yùn)算中能將優(yōu)勢(shì)作用完全發(fā)揮出來(lái)；遞歸法則是通過(guò)識(shí)別直接使用已有的程序，此種方式就體現(xiàn)出了較強(qiáng)的離散性。兩者方式最大的區(qū)別便是，前者是簡(jiǎn)化步驟，后者是省略步驟。

3 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)述

對(duì)于計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要是儲(chǔ)存和組織各項(xiàng)數(shù)據(jù)的一個(gè)重要方式，所謂數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上就是計(jì)算機(jī)中各項(xiàng)有關(guān)系數(shù)據(jù)的總稱[3]。在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中主要是研究各數(shù)據(jù)之間的邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)以及相互之間的關(guān)系，根據(jù)數(shù)據(jù)實(shí)際的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)算法，實(shí)現(xiàn)運(yùn)算目的，且保證各數(shù)據(jù)在完成運(yùn)算工作后，結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)一致。一般情況下，有效的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)能提升計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度和儲(chǔ)存效率，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法之間是緊密聯(lián)系在一起的。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中有眾多數(shù)據(jù)，只要其中一項(xiàng)數(shù)據(jù)與另外一項(xiàng)數(shù)據(jù)或者多項(xiàng)數(shù)據(jù)有關(guān)系，那與之關(guān)聯(lián)的眾多數(shù)據(jù)共同組成數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中“數(shù)據(jù)”就是系統(tǒng)內(nèi)存在的各項(xiàng)數(shù)據(jù)元素，“結(jié)構(gòu)”則是指各項(xiàng)數(shù)據(jù)元素之間的關(guān)系，根據(jù)數(shù)據(jù)的關(guān)系可以將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分為邏輯結(jié)構(gòu)和儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)兩類。

邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)較深，都是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的內(nèi)容，邏輯結(jié)構(gòu)可以對(duì)應(yīng)不同的儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)。其中計(jì)算機(jī)算法的設(shè)計(jì)主要是通過(guò)數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)進(jìn)行的，而想要讓算法設(shè)計(jì)發(fā)揮其實(shí)際作用，便需要依靠?jī)?chǔ)存結(jié)構(gòu)。

4 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)離散性

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)科學(xué)中非常經(jīng)典的學(xué)科，主要是對(duì)存在于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要取決于數(shù)據(jù)自身的特征，根據(jù)數(shù)據(jù)的特征可以將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分為集合結(jié)構(gòu)、線性結(jié)構(gòu)、樹形結(jié)構(gòu)、圖狀結(jié)構(gòu)四大類。結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的分類便體現(xiàn)出了結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)自身具備的離散性的特點(diǎn)。一個(gè)計(jì)算機(jī)問(wèn)題中，包含的數(shù)據(jù)元素非常多，并且各數(shù)據(jù)元素并不是單獨(dú)存在于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的，各數(shù)據(jù)元素之間或多或少都有關(guān)系，其關(guān)系也就是結(jié)構(gòu)。不止是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各項(xiàng)元素之間相互聯(lián)系，離散數(shù)學(xué)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之間也是緊密聯(lián)系在一起的。

目前，部分高校的計(jì)算機(jī)專業(yè)中，離散數(shù)學(xué)已經(jīng)成為了基礎(chǔ)課程之一，主要原因便是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中有存在較多抽象不易理解的知識(shí)，而離散數(shù)學(xué)就能有效解決這些抽象問(wèn)題，能幫助學(xué)生更好理解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的抽象知識(shí)[4]。就數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的分類來(lái)看，集合結(jié)構(gòu)和線性結(jié)構(gòu)本身就具有非常明顯的離散性；樹狀結(jié)構(gòu)和圖形結(jié)構(gòu)都是獨(dú)立存在的個(gè)體，是個(gè)數(shù)據(jù)元素之間滿足了相應(yīng)關(guān)系之后才形成的該結(jié)構(gòu)，通過(guò)分析不難發(fā)現(xiàn)，他們之間的關(guān)系也并非連續(xù)性而是離散性。與此同時(shí)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與離散數(shù)學(xué)之間也相互關(guān)聯(lián)，離散數(shù)學(xué)中涉及到的一些知識(shí)實(shí)質(zhì)上就是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識(shí)的延伸和拓展，積極應(yīng)用離散數(shù)學(xué)能有效解決計(jì)算機(jī)中的難題。

5 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)離散性研究

一般情況下，計(jì)算機(jī)的運(yùn)算和儲(chǔ)存功能都是通過(guò)二進(jìn)制實(shí)現(xiàn)的，計(jì)算機(jī)的運(yùn)行本就涉及到一些邏輯數(shù)學(xué)。就邏輯運(yùn)算的本身來(lái)看，就將離散性的特點(diǎn)展現(xiàn)得淋漓盡致，在離散性的研究中一般都與二進(jìn)制存在非常明顯且直接的關(guān)系。對(duì)此根據(jù)二進(jìn)制自身所表現(xiàn)出來(lái)的離散性，就可以有效分析數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的離散性問(wèn)題。

5.1 二進(jìn)制概述

二進(jìn)制就是逢二進(jìn)位的一種進(jìn)位方式，其主要是通過(guò)“0”和“1”來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于符號(hào)本身簡(jiǎn)單，加上運(yùn)算簡(jiǎn)單且量不大，計(jì)算起來(lái)方便又快捷，一般情況下是通過(guò)計(jì)算機(jī)的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

5.2 二進(jìn)制離散性研究

計(jì)算機(jī)與人工存在較明顯區(qū)別，計(jì)算機(jī)所識(shí)別的只有二進(jìn)制中的“0”和“1”。對(duì)于人類來(lái)說(shuō)音頻、圖片和文字等都是非常常見且簡(jiǎn)單的信息，但是對(duì)于計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)識(shí)別這類信息的具有較大難度，其識(shí)別效率遠(yuǎn)低于二進(jìn)制。想要合理有效的識(shí)別這類信息，就需要做好離散處理，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的識(shí)別功能，只有先做好離散化才能實(shí)現(xiàn)對(duì)此類數(shù)據(jù)的處理和儲(chǔ)存[5]。通常情況下，計(jì)算機(jī)通過(guò)圖片等信息識(shí)別出來(lái)的離散性實(shí)際上及時(shí)二進(jìn)制數(shù)據(jù)信息的體現(xiàn)，在離散化處理過(guò)程中，需要將音頻、圖片等信息用二進(jìn)制的形式展現(xiàn)出來(lái)，才能提高計(jì)算機(jī)的識(shí)別效率。而將這類信息轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制就需要先做好離散處理，對(duì)音頻進(jìn)行有效的離散處理，不僅信息更加清晰明了，就連音頻的還原度也有較大的提升。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著我國(guó)科技技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展有了質(zhì)的提升，計(jì)算機(jī)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)作用和帶來(lái)的便利等能體現(xiàn)在人們的生活和工作之中。就目前來(lái)看，人們?cè)絹?lái)越依賴計(jì)算機(jī)技術(shù)，隨著人們生活水平的不斷提高，人們也對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)提高了要求，在這一背景下，想要讓計(jì)算機(jī)持續(xù)發(fā)展，就需要重視算法的設(shè)計(jì)工作，為了提高計(jì)算機(jī)的運(yùn)行效率還需要重視其離散性的研究。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，在計(jì)算機(jī)中離散性的應(yīng)用愈發(fā)廣泛，相信我國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展會(huì)越來(lái)越好。