淺談數學算法在計算機編程優化中的作用

楊謙

摘要：近年來，隨著計算機軟件研發的不斷深入，編程技術也得到了完善與優化。計算機編程的本質是利用特定編程語言來描述和解決具體問題，而計算機程序在很多方面依賴于數學理論和數學方法，數學不僅為計算機編程提供了理論基礎，也為計算機編程提供了實踐工具。因而數學算法這種按照數學原理和運算規則的方法一直使用計算機編程領域，對計算機編程帶來了深刻的影響，并展現出強大的應用效能，其已經成為計算機編程中重要的優化途徑。本文重點闡述數學算法的特點以及與計算機編程的內在關聯，梳理數學算法應用于計算機編程之中的積極價值，并羅列當下數學算法在計算機編程中的具體優化應用，希望為相關工作人員提供參考借鑒。

關鍵詞：數學算法；計算機編程；優化策略

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.01.030

中圖分類號：O 24，TP 313? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：B? ? ? ? ? ? 文章編碼：1672-7274（2024）01-00-03

On the Function of Mathematical Algorithm in Computer Programming Optimization

YANG Qian

（Lanzhou Modern Vocational College， Lanzhou 730300， China）

Abstract： In recent years， with the development of computer software， as the core programming technology has been gradually improved and optimized. The essence of computer programming is to use a specific programming language to describe and solve specific problems， and computer programs in many ways rely on mathematical theories and mathematical methods， mathematics not only provides a theoretical basis for computer programming， but also provides practical tools for computer programming. Mathematical algorithm， which is based on mathematical principles and operation rules， has always existed in the field of computer programming， which has brought a profound impact on computer programming， showing a powerful application efficiency， and has become an important optimization approach in computer programming. This paper will focus on the characteristics of mathematical algorithms and the internal relationship with computer programming， sort out the positive value of mathematical algorithms applied in computer programming， and finally list the specific optimization application of mathematical algorithms in computer programming， hoping to provide reference for relevant staff.

Key words： mathematical algorithm; computer programming; optimization strategy

0? ?引言

現階段，計算機編程成為各類軟件開發的關鍵，不斷優化計算機編程將在無形中提高軟件開發的效率與質量，促進現代信息技術和科學技術的進步與發展，為各行業的發展奠定堅實基礎。為此，對于計算機編程人員而言，加強編程優化的研究和探討尤為必要，可以逐步提高自身的編程能力，為計算機軟件技術應用提供創新的動力。數學算法這一建模工具作為計算機編程優化的重要切入點，能夠提高編程效用，加強程序內容功能性，促進軟件開發技術發展，是廣大計算機編程人員需要深入研究的重要內容。

1? ?數學算法及計算機編程概述

1.1 數學算法特點

數學算法在計算機領域得到廣泛應用。簡單來說，數學算法主要是利用特定的計算形式將原本復雜高難度的問題進行簡化，既能減輕工作負擔，也可提升工作效率。此外，數學算法需要按照一定的數學規則以及計算步驟對相應工作量進行計算，具有較強的歸納性特征。尤其在當下，數學算法與計算機編程相互關聯度極高，利用率日漸頻繁，使得數學算法漸漸成為促進多語言轉換的重要方法之一。在此基礎上，應用數學算法還能在各類數學信息之中提取出有價值的數學問題，并進行深入總結，實現對相應問題的分析和歸納。數學算法在具體的應用過程中，要先進行規律總結，再提出簡單假設，然后由此建構結構模型，由數學模型開展計算分析工作，實現分析計算目標。數學算法這一系列的特征和優勢，在計算機編程之中發揮了良好的作用，并為計算編程提供數據支持和優化參考，也將讓編程更為完美，體驗度更佳。但是，在實際應用下，數學算法對計算機編程的優化效果還沒有完全顯現出來，需要持續進行探索與實踐。

1.2 計算機編程

編程技術一直是計算機領域的核心所在，編程主要是指相關工作人員使用特定的編程語言完成程序代碼的編寫任務，從而形成一定的應用程序。每一種計算程序在執行過程中都必須嚴格按照前期設定的具體流程完成相關程序任務，進而達到程序最終的目標。而計算機語言則是程序實現的最核心所在。想要完成計算機編程從本質來說必須運用合理的數學思維來提高計算機語言的整體應用效率，減少資源的占用量，優化程序整體的進程，這樣才能提高對復雜問題的處理效率。而數學算法能夠將原有的編程環節進行優化，顯著提升計算機編程質量，讓計算機完成任務的效率不斷升級^[1]。

1.3 內在關聯分析

從數學算法與計算機編程的內在關聯方面來看，其是一種數學思想的體現，也是數學規律的整合，其基礎在于數學理論和思想，在具體的算法使用中，可將同一類別的內容進行歸類，進而形成穩定的應用程序，實現算法的重要應用。而每一類計算機應用程序的實踐和操作，其本質內涵仍然在于算法的相應規律，程序算法整合其中的數學內容，最終達到程序的應有目的，這便是計算機編程中響應體系的核心內容。也正因如此，算法可以被有效應用于計算機編程之，并完成編程的相關任務，滿足程序穩定運行的要求。與此同時，隨著計算機編程技術水平的不斷提升，對編程速度的要求更高。為此，不斷優化計算機程序顯得至關重要。基于數學算法開展計算機編程，將在無形之中引入數學模型的積極價值，發揮模型構建的作用，簡化計算量，提升整個軟件程序的應用效果，讓原本復雜的數學問題得以解決，最終實現計算機程序的有效運行，進一步解決各類程序難題^[2]。

2? ? 數學算法應用于計算機編程中的積極價值

2.1 加強程序內容功能性

從編程人員引入數學算法的效果來看，數學算法能夠發揮重要的價值，極其顯著的便是可有效提升編程工作效率，強化程序內容的功能性。相較于傳統計算機編程而言，借助數學算法的強大計算優勢，將數學思想應用到計算機編程之中，以數學邏輯關系加快內部相關要素的整理以及運用，能夠解決以往編程中的不良問題，提升編程工作的整體速度和效率。在此基礎上，編程人員運用數學算法將有效解決各類問題，通過細致的分析找出其中存在的弊病，根據問題的本質原因，形成有效優化方案，這樣一來便能為后續計算機編程工作的有序開展以及優化完善提供參考。即使后續工作開展中需要再次對程序進行擴容和完善，都能滿足其基礎要求。

2.2 促進編程智能化發展

數學算法以其強大的數學思維和數據模型在無形中促進了計算機編程的智能化發展，改變了傳統編程中思維的局限性。尤其近年來，隨著科學技術的不斷發展，智能化已經漸漸成為各行業發展的重要趨勢，合理靈活地運用數學算法能夠提高編程效能，實現智能化程序的應用效果。另外，借助數據算法開展計算機編程，還能利用算法之中的邏輯關系，提高數據分析速度，并完成匹配任務，形成執行指令，進而提高整體的應對處理效率。可以說將數學算法引入到計算機編程之中，可以體現數學算法在計算機編程中的優勢，增強系統內容的豐富度，推動計算機技術的發展進程，促進智能化發展，提高編程的經濟效益以及社會效益^[3]。

3? ?數學算法在計算機編程優化中的具體應用

3.1 數據結構的優化

在計算機編程之中，應用數學算法能夠充分發揮應有的價值和優勢，首先便是數據結構的優化，這也是數學算法典型應用優勢的重要展現。一般而言，計算機編程工作的開展都必須基于數據結構完成相應工作，而數據結構也要保證其應有的合理性，方能完善后續工作的相關環節，提高計算機的處理效率，強化計算編程質量。在傳統計算機編程之中，計算機的數據結構容易出現一些問題，無形中降低了編程的質量，從而整體降低了的計算機處理效率。隨著數學算法的引入，在計算機數據結構層面上使得數據結構更為合理，并且能夠得到高效運用。在數據結構中應用數學算法，利用一系列的規律總結以及數學運算能夠將其中的共享變量進行利用，從而讓這些共享變量得以統一存儲，并在需要的時候進行集中調用，這樣一來不僅可以簡化計算機的處理工作量，也能從中減少對計算機內存空間的占用。在數據結構優化層面上，數學算法的優勢還表現在降低數據復雜程度，這也是其他運算所無法比擬的。基于數學算法優化的數據結構以更為合理的結構形成高效的計算處理效果，能將原有的事物規律顯示出來，提升程序功能的時效性^[4]。也正因如此，借助數學算法可顯著加強計算機編程過程中數據的整合能力，將一系列程序的源數據信息合理進行整合并有效存儲，這樣在每次程序運行時，利用數學算法準確判斷數據信息的有效性，再根據有效與否執行相關操作，如果判定無效，便可將相關數據信息進行去除，用以節省存儲空間，也能在無形中提高系統的操作效率，保證系統整體的流暢。

3.2 編程語言的優化

除數據結構的優化應用外，在計算機編程中應用數學算法也能實現編程語言的優化。隨著計算機軟件編程的興盛，各種編程語言涌現出來，為計算機編程提供了多樣化選擇。以計算機編程常見的C語言為例，其是程序編程中常用的語言類型，有著傳統高級語言的典型特點。不可否認，C語言是一種面向過程的編程語言，強調程序的流程和函數的調用，編程人員在使用C語言編程書寫代碼時，容易受C語言自身局限影響，對后續計算機程序的運轉影響較大，而且各類程序之間在相互應用和融合時，需要加強編程語言的轉化。且采用傳統編程語言能夠發揮基礎的編程優勢，但在后續投入使用中遇到各式各樣的問題，影響程序的執行效果以及計算機的處理速度。而將數學算法應用于計算機編程之中，可以在一定程度上解決編程語言存在的問題，并且能夠進一步解決代碼難以實現的問題。如C語言這類計算機編程語言編寫任務時，借助數學算法加強編程過程的邏輯清晰性，讓編程語言更加凝練。使用數學算法進行優化時，能顯著提高類相關操作及類的封裝效率，從最基本的編程原理上實現編程語言的整體優化。不僅可以提高運行效率，也將改進編程人員的代碼質量，梳理和提高編程思路，讓原有的編程語言能夠清晰的展現出來，提高編程代碼的邏輯性，最后在程序流程執行之中也將更具可行性。可見，將數學算法應用于計算機編程之中，能夠發揮算法強大的邏輯性優勢，解決以往語言編程之中存在的各類難題^[5]。

3.3 執行速度的優化

在計算機編程領域，程序的執行速度非常重要，其決定了程序的應用水平。而使用傳統計算機編程方法時，由于受到編程語言或其他客觀因素的影響，使得程序的執行效率低下。而隨著人工智能、大數據技術的廣泛深入應用，對計算機程序的執行速度和效率提出更高的要求。編程人員利用數學算法提高程序的執行速度，降低對計算機硬件設備和基礎的要求，能夠滿足新時期對程序執行速度的需求。相較于傳統計算機編程和程序運行而言，在數學算法的支持下能夠有效縮短相應計算時間，提高計算效率。例如，借助數學算法可以提高循環語句的效率，尤其一些常常使用循環的應用場景，效果尤為顯著。唯有提高循環效率，才能降低循環體的復雜性。可見，通過優化數學算法，能夠顯著提高代碼應用效率，改變程序語言的循環路徑，減少CPU跨切循環的次數，將最短的循環放于最外層，從根本上提高程序的執行速度。在此基礎上，借助數學算法也將從一定程度上降低時間和空間的復雜度，減少內存使用，進而為程序的實施和運行提供有效支持，也能顯著改善算法的執行效率，優化程序執行速度。

4? ?結束語

綜上所述，在人工智能、大數據技術快速發展的當下，對計算機編程進行優化勢在必行。而數學算法這一種高效的運算模式能夠顯著發揮數學邏輯思維的優勢，借助數據模型的建構，完善計算機編程的數據結構，編程語言，執行速度以及編程效率，促進模式多元化發展，是目前計算機編程人員必須運用的編程優化策略，也必然深化推進計算機技術的長期發展，高速進步，為各行各業提供創新動力。

參考文獻

[1] 周睿．數學算法的計算機編程優化設計與實踐研究[J]．電子測試，2021，（16）：70-71.

[2] 胡其榮．數學算法對計算機編程優化實現的合理性探究[J]．電子元器件與信息技術，2020，4（09）：133-134.

[3] 何東．試談數學算法對計算機編程優化的分析與研究[J]．電腦編程技巧與維護，2019，（10）：26-27+60.

[4] 李海洋，侯雅雅．基于數學算法在計算機編程優化中的運用分析[J]．佳木斯職業學院學報，2019，（07）：292-293.

[5] 熊慧．數學算法在計算機編程優化中的應用分析[J]．電子世界，2018，（07）：65+67.

基金項目：甘肅省教育廳2023年高校教師創新基金項目，課題名稱為基于容器技術的網絡安全虛擬實訓室應用研究，編號為2023B-469。