淺談數(shù)學(xué)算法在計(jì)算機(jī)編程優(yōu)化中的作用

摘 ?要：數(shù)學(xué)算法是計(jì)算機(jī)編程優(yōu)化的基礎(chǔ)，利用數(shù)學(xué)思維，可以提高編程效率及程序運(yùn)行效率。文章首先對數(shù)學(xué)算法與計(jì)算機(jī)編程的關(guān)系進(jìn)行分析，進(jìn)而探討數(shù)學(xué)算法在計(jì)算機(jī)編程優(yōu)化中的作用，包括優(yōu)化編程邏輯機(jī)構(gòu)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)編程語言等，以期為相關(guān)編程優(yōu)化活動(dòng)提供參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)學(xué)算法;計(jì)算機(jī)編程;編程優(yōu)化

中圖分類號：TP311.1 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）13-0122-02

Talking about the Function of Mathematical Algorithms in

Computer Programming Optimization

REN Junze

（School of Mathematical Science，Qufu Normal University，Qufu ?273165，China）

Abstract：Mathematical algorithm is the basis of computer programming optimization，and the programming efficiency and program running efficiency can be improved by using mathematical thinking. This paper first analyzes the relationship between mathematical algorithm and computer programming，and then discusses the role of mathematical algorithm in computer programming optimization，including optimizing programming logic mechanism，data structure，computer programming language and so on. In order to provide reference for related programming optimization activities.

Keywords：mathematical algorithm;computer programming;programming optimization

0 ?引 ?言

計(jì)算機(jī)編程的靈活性使其可以實(shí)現(xiàn)多種功能，解決實(shí)際生活中的問題。無論采用何種語言，都需要完成現(xiàn)實(shí)事物向編程語言的轉(zhuǎn)化，并讓程序按照一定的邏輯順序運(yùn)行，從而發(fā)揮預(yù)期的功能。在此過程中，數(shù)學(xué)算法發(fā)揮著重要作用，可以使編程語言更加精簡、更加系統(tǒng)化，在運(yùn)行過程中，也能夠減輕計(jì)算機(jī)的運(yùn)行負(fù)擔(dān)。

1 ?數(shù)學(xué)算法與計(jì)算機(jī)編程的關(guān)系

1.1 ?數(shù)學(xué)算法角度分析

數(shù)學(xué)算法研究的是數(shù)字規(guī)律，可完成相關(guān)內(nèi)容優(yōu)化工作。數(shù)學(xué)算法對于計(jì)算機(jī)編程具有重要意義，是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)編程優(yōu)化目的的重要途徑。通過采用數(shù)學(xué)算法對計(jì)算機(jī)編程進(jìn)行優(yōu)化，可以提升程序運(yùn)行效率。就目前數(shù)學(xué)算法在計(jì)算機(jī)編程中的應(yīng)用情況來看，雖然其優(yōu)化效果顯著，但以往數(shù)學(xué)算法并未在計(jì)算機(jī)編程中得到足夠重視。隨著計(jì)算機(jī)編程競爭力的提升，數(shù)學(xué)算法的優(yōu)化作用才開始得到關(guān)注。具體可采用數(shù)學(xué)算法對計(jì)算機(jī)編程信息進(jìn)行計(jì)算分析，根據(jù)數(shù)學(xué)規(guī)律，提出假設(shè)、構(gòu)建模型、編程實(shí)現(xiàn)運(yùn)算。也可以利用數(shù)學(xué)算法檢驗(yàn)計(jì)算結(jié)構(gòu)，尋找最優(yōu)化的計(jì)算機(jī)編程方案。特別是數(shù)學(xué)建模思想在計(jì)算機(jī)編程中的應(yīng)用，對計(jì)算機(jī)編程語言的發(fā)展也有重要的推動(dòng)作用。因此，目前數(shù)學(xué)算法在計(jì)算機(jī)編程中的應(yīng)用越來越廣泛，已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)編程的基本優(yōu)化方法[1]。

1.2 ?計(jì)算機(jī)編程角度分析

計(jì)算機(jī)編程發(fā)展較快，而且逐漸呈現(xiàn)出跨學(xué)科發(fā)展的特點(diǎn)。在計(jì)算機(jī)編程研究的過程中，需要綜合運(yùn)用多個(gè)學(xué)科的知識內(nèi)容，在充分考慮程序功能、性能要求的基礎(chǔ)上，盡可能精簡程序結(jié)構(gòu)，提高其運(yùn)行效率。而且現(xiàn)在大部分計(jì)算機(jī)程序需要在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下運(yùn)行，還需要考慮網(wǎng)絡(luò)等方面的影響因素。從計(jì)算機(jī)編程的應(yīng)用方向來看，目前在政治、經(jīng)濟(jì)、文化等各個(gè)領(lǐng)域，都離不開計(jì)算機(jī)編程技術(shù)的支持。特別是在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過程中，計(jì)算機(jī)編程運(yùn)行效率，直接關(guān)系著工藝控制效果及生產(chǎn)成本。因此，在實(shí)際編程活動(dòng)中，越來越重視對其功能、性能的優(yōu)化。在此過程中，數(shù)學(xué)算法在計(jì)算機(jī)編程各層次的優(yōu)化中都能夠發(fā)揮出顯著作用。從這一角度來看，數(shù)學(xué)算法在計(jì)算機(jī)編程優(yōu)化中的應(yīng)用，能夠推動(dòng)計(jì)算機(jī)編程技術(shù)的發(fā)展，為各行各業(yè)的應(yīng)用提供創(chuàng)新動(dòng)力[2]。

2 ?數(shù)學(xué)算法在計(jì)算機(jī)編程優(yōu)化中的作用分析

2.1 ?優(yōu)化編程邏輯結(jié)構(gòu)

數(shù)學(xué)算法的作用首先體現(xiàn)在對計(jì)算機(jī)編程邏輯結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化方面。比如在計(jì)算“1×2×…×n（1000

BigInteger factorial=BigInter.valueOf（1）;

For（int i=1;i

Factorial=factorial.multiply（BigInteger.valueOf（i））;

}

String str=factorial.toString（）;

System.out.println（數(shù)字：＼n+str）;

int cout=0;

Char [] chrs=str.toCharArray（）;

For（char c：chrs）{

If（c==0）{

Count++;

}

}

采取這種算法雖然能夠得出統(tǒng)計(jì)結(jié)果，但實(shí)際計(jì)算次數(shù)較多，且部分計(jì)算值無法為0。在對其進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，可考慮分解質(zhì)因數(shù)方法，統(tǒng)計(jì)5的個(gè)數(shù)，由于2×5=10，且2的個(gè)數(shù)要比5多，因此可以通過判斷n中有多少個(gè)5，推斷計(jì)算結(jié)果中有多少個(gè)0。此外，還可以在上述改進(jìn)算法的基礎(chǔ)上，將5作為步長進(jìn)行循環(huán)統(tǒng)計(jì)，將具體數(shù)值轉(zhuǎn)化為5的倍數(shù)，在將其平方作為步長，直到步長大于n后停止循環(huán)，通過計(jì)算5的各次方數(shù)量和，得出結(jié)果中0的個(gè)數(shù)。通過依靠數(shù)學(xué)算法對編程邏輯結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，可以改變其分析計(jì)算流程，以一種最簡單的方式實(shí)現(xiàn)目標(biāo)要求。在此情況下，可以有效減少計(jì)算機(jī)程序執(zhí)行過程中的計(jì)算次數(shù)，從而提高其運(yùn)行效率。對于上述案例中的大型計(jì)算問題，采用數(shù)學(xué)算法進(jìn)行優(yōu)化的效率提升十分顯著，是改善計(jì)算機(jī)編程質(zhì)量的關(guān)鍵途徑。

2.2 ?優(yōu)化編程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

除了對編程邏輯結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化外，數(shù)學(xué)算法還可以用來優(yōu)化編程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。對于計(jì)算機(jī)編程而言，如果數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)更加合理，可以明顯減少計(jì)算機(jī)處理時(shí)間。但對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化具有一定難度，其中的關(guān)鍵部分都需要基于數(shù)學(xué)算法進(jìn)行設(shè)計(jì)。其中，如何選擇合適的數(shù)學(xué)算法，是影響計(jì)算機(jī)編程優(yōu)化效果的決定性因素。一般而言，如果程序中可能存在共享變量，需要通過數(shù)學(xué)算法進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)更加合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，讓共享變量可以在統(tǒng)一內(nèi)存下存儲和調(diào)用，從而節(jié)約計(jì)算機(jī)內(nèi)存空間開銷。在程序運(yùn)行過程中，也可以有效降低時(shí)間和空間復(fù)雜度。如前文所述，要利用計(jì)算機(jī)編程語言解決生活中的問題，首先需要完成實(shí)際事物向編程數(shù)據(jù)或編程模型的轉(zhuǎn)換。在此過程中，也需要采用數(shù)學(xué)建模方法，通過構(gòu)建嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并充分表征顯示事物特征，確保程序功能的實(shí)用性。因此，通過采用數(shù)學(xué)方法對編程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，也有利于提升程序運(yùn)行的穩(wěn)定性，減少程序漏洞。

2.3 ?優(yōu)化計(jì)算機(jī)編程語言

數(shù)學(xué)算法與計(jì)算機(jī)編程語言的發(fā)展具有密切的相關(guān)性，數(shù)學(xué)算法能夠起到對計(jì)算機(jī)編程語言進(jìn)行優(yōu)化的作用。以使用廣泛的C語言為例，C語言是一種高級編程語言，也是目前許多計(jì)算機(jī)編程語言的基礎(chǔ)。在采用C語言進(jìn)行計(jì)算機(jī)編程時(shí)，容易出現(xiàn)重復(fù)翻譯問題，進(jìn)而影響程序執(zhí)行效果。因此，在C語言編程過程中，程序員需要注意代碼的運(yùn)行邏輯性，保證編程的規(guī)范性。數(shù)學(xué)算法對于C語言的優(yōu)化作用主要體現(xiàn)在提升其運(yùn)行效率和代碼質(zhì)量方面。在傳統(tǒng)編程方式下，主要是基于程序流程進(jìn)行分析，通過代碼實(shí)現(xiàn)邏輯操作，但是容易出現(xiàn)代碼無法解決的問題，影響編程質(zhì)量。通過采取數(shù)學(xué)算法，建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析，不僅能夠顯著提高C語言解決實(shí)際問題的能力，而且可以減少程序運(yùn)行時(shí)間，提高程序結(jié)構(gòu)的規(guī)范性，從而提升編程質(zhì)量。數(shù)學(xué)算法自身具有非常強(qiáng)的邏輯性，可以利用數(shù)學(xué)算法使相對復(fù)雜的問題變得簡單，因此能夠幫助計(jì)算機(jī)語言編程解決更多的問題。對于C++等其他編程語言的應(yīng)用也是如此，在問題處理過程中，可以根據(jù)數(shù)學(xué)模型對類進(jìn)行封裝，實(shí)現(xiàn)代碼的重復(fù)利用，大大減少大型程序項(xiàng)目的工作量。

2.4 ?提高編程運(yùn)行效率

隨著計(jì)算機(jī)編程技術(shù)的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)編程已經(jīng)在各行各業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，對程序產(chǎn)品質(zhì)量也提出了要求。編程人員只有建立程序運(yùn)行效率方面的優(yōu)勢，才能在大量的同類產(chǎn)品中脫穎而出，獲得客戶的青睞。在此方面，也需要通過發(fā)揮數(shù)學(xué)算法的作用，通過綜合采用編程邏輯結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、編程語言優(yōu)化方法，從整體上提升程序運(yùn)行效率。從行業(yè)內(nèi)部發(fā)展?fàn)顩r來看，目前許多具有一定工作經(jīng)驗(yàn)的程序員，都開始學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)算法，提升自身的編程能力。特別是在一些創(chuàng)新領(lǐng)域，對新功能代碼的開發(fā)，更需要數(shù)學(xué)算法提供支持。這也能夠從側(cè)面反映出，數(shù)學(xué)算法對于優(yōu)化計(jì)算機(jī)編程具有重要作用。

3 ?結(jié) ?論

綜上所述，數(shù)學(xué)算法與計(jì)算機(jī)編程技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)，利用數(shù)學(xué)算法對計(jì)算機(jī)編程進(jìn)行優(yōu)化，是提升計(jì)算機(jī)編程及程序運(yùn)行效率的有效途徑。在計(jì)算機(jī)編程技術(shù)發(fā)展的過程中，應(yīng)充分關(guān)注數(shù)學(xué)算法的應(yīng)用，在深刻認(rèn)識數(shù)學(xué)算法的作用價(jià)值的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對數(shù)學(xué)算法的靈活運(yùn)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 高祎.數(shù)學(xué)算法在計(jì)算機(jī)編程優(yōu)化中的應(yīng)用分析 [J].科技風(fēng)，2019（4）：48.

[2] 周曉青.數(shù)學(xué)算法在計(jì)算機(jī)編程中的優(yōu)化作用 [J].電子技術(shù)與軟件工程，2018（23）：132.

作者簡介：任峻澤（1998.04-），男，漢族，山東膠州人，本科，2016級非師1班，研究方向：數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)。