数学算法对计算机编程优化的分析与研究

曾镇东

摘要：随着科学技术的不断进步，社会发展的不断加快，使得社会发展的重心由以往的工业生产向高新的计算机领域发展。计算机在当今的发展中扮演着极为重要的作用，当前计算机软件多数是通过编程实现的，计算机编程的效果将对软件工作效率有着直接的影响。而数学算法是数学学科中的一项重要的内容，可以对问题进行归纳总结后加以解决。计算机技术中科学合理的应用数学算法对计算机编程的突破以及创新有着极大的推动作用。该文就编程中运用数学算法进行优化来分析，以期对有关人士在运用、开发、研究中有所借鉴意义。

关键词：数学算法；计算机编程；优化；分析研究

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）21-0245-02

目前实现软件的开发主要手段是进行计算机编程。而对于编程而言，其基础知识便是对数学算法的运用，使数学算法完美的运用到计算机编程中，才可能保证计算机软件的开发合格。数学中的离散数学以及微积分均是编程的基础知识。数学算法是一类建模基础理论知识，利用数学算法能够完成对计算机编程高效的使用。所以，要相对编程加以研究的话，前提是对数学算法进行一定的研究，在实际编程时对数学算法进行充分的利用，以此来对编程加以优化。对此也要对数学算法在应用性上进行深入的理解，使其可以更好的为技术革新提供帮助。

1 数学算法与计算机编程

在数学中，数学算法是一类归纳算法。通常是通过对事物中的数学规律进行研究、总结，来达到对工作量的减少的目标。此外，在工作量得到减少的同时，可以选择最佳的求解捷径，从而达到快速求解的目的。总体来说，数学算法就是在对事物规律进行发掘、研究，寻求以最小的代价来快速获取结果的方式。数学算法对于计算机编程有着至关重要的促进意义，然而实际应用与研究中常常是被忽略的。目前进行计算机编程过程中，已经对数学算法有所运用，根据其拥有的效用，在编程过程中，数学算法已经作为一种高效编程方式来加以运用[1]。

在当前时期的计算机编程领域，由于数学算法拥有高效的作用，已经在编程中得到了较为广泛的运用，比如C语言中，有着极为重要的地位。数学算法可以对计算机编程展开相应的优化，由于该作用的存在，因此要对数学算法研究与分析，把它所具有的效用最佳的运用到编程领域。

计算机技术发展迅猛的21世纪，计算机专业人员对于编程的重视程度以及依赖性正在逐渐的加深。数学建模思想也就是对对象的信息进行了解、展开深入的研究、对其规律进行分析、假设简化思路等工作后，对其使用数学符号、语言进行描述，这就是建立数学模型，再使用计算机加以运算，在运算过程中对对其进行检验[2]。计算机编程对建模思想进行了深入的研究和使用，提高了编程的效率，取得了很大的成功。

2 对计算机编程的优化分析

计算机学科中有着极强的专业性质以及广泛应用的便是编程，计算机编程是利用计算机语言来进行编写，对计算机语言实现合理的编写与翻译，能够满足编写的程序的功能可以更加合理的进行使用。对于计算机中的计算器进行设计时，计算器中所涉及的各类算法都要经过计算机语言进行编写来实现，实现计算其中的加减乘除等运算均是利用计算机的语言进行编写的。在进行计算编程过程中，运用数学算法可以起到优化作用包含如下三个方面。

（1）语言编程运用数学算法的优化分析

在计算机编程语言中，使用最为普遍的语言便是C语言，因为C语言是一种基础计算机语言，因此其使用的范围较为广泛，而且还可以为计算机高级语言在扩展方面奠定坚实的基础。在以C语言为基础的计算机编程过程中，不可避免的便是编写与翻译上的困难。C语言在作为程序语言时，但对其进行编译时，要严格的展开代码逻辑的输入，这也是C语言一个独特优势[3]。但是C语言同样有着自身局限性，便是要使用数学算法来对它进行优化，从而解决C语言具有的局限性。

对数学算法的合理运用可以使C语言的有关代码变得精简，这样可以使整个代码程序变得简化，也就可以使面向过程效率得到很好的提高。在运用数学算法展开计算机编程时，首先要做好逻辑分析，根据程序来设计相应的流程图，确保程序可以按照逻辑运行。在C语言中对数学算法进行合理的运用，能够使编程语言得到有效的简化，同时对编程流程的设计也会有所简练，数学算法本身就拥有极强的抽象性，根据这一特性，可以使编程流程变得更为精简，有关的时间冗余也能够得到很好的解决[4]。

（2）面向对象语言运用数学算法的优化分析

面向对象语言在C语言中也就是指的C++，该语言是以C语言为基础而发展出来的一类语言。通常情况，面对对象程序展开语言设计过程中，，会将对象进行封装，保证C语言内含有的弊端可有效地转变，可以在计算机编程上有效的提升效率。面对对象程序展开语言设计时，完美的与类的理念相结合，同时对封装原理加以融合，是编程的效率得到了进一步的提升。但是，封装原理和类的继承时依然需要对数学算法加以优化，从而使编程可以进一步的高效实现。

面对对象程序在设计过程中，需要对类进行定义，以及对不同类间进行嵌套、继承和封装。一个复杂的程序一旦需要对其进行继承处理，那么就要有相当大的工程量。所以，在数学算法之中，建模是一个非常有效的数学思想，可以利用数学模型来进行统一的数学计算，实现高效对问题进行解决。面对对象程序的语言设计中，完全可以利用数学算法中的建模思想。经过对建模思想的建立，才可能不断的强化面向对象程序语言设计所具有的优势以及时效性。建模是使不同类实现统一进行模型分类，不同模型间，利用逻辑继承从而完成不同程序的设计。这样在提高编程效率同时强化了在程序有效性方面的掌握程度[5]。

（3）合理设计数据结构

数据结构的合理与否对于算法的性能有着至关重要的作用，合理数据结构能够使算法使变量访问更便捷，此外还可以减少变量需求的内存空间，以此来提升算法的效率。比方说，在稀疏矩阵中，若矩阵含有元素较多时，那么就要对矩阵的存储空间进行压缩考虑。若直接进行二维数组存储矩阵，因稀疏矩阵中含有大量的零元素，那么就会导致大量存储空降被浪费。这时应该考虑运用三元组即列号、行号、元素值进行稀疏矩阵的存储。这样可以很好的对稀疏矩阵占用的内存进行压缩，此外可以使遍历矩阵的遍历次数有效的减少，从而使算法效率得到提升。另外，对共享变量，一般是利用联合体方式，让多个变量可以共同存储到同一段空间内，这种方式是使算法空间复杂度进行有效的降低，从而提高了算法效率[6]。

3 结语

目前，解决数学问题所采用的最佳方式便是利用数学算法，采用数学算法可以有效地对编程工作量加以降低，使得对于复杂问题可以更加简便的进行解决，使工作的效率得到很大的提升。在计算机编程优化过程中也要对数学算法进行合理的运用，对计算机程序设计时能够实现逻辑运算。也就是说，数学算法对编程来说是一种基础，可以使编程过程更加的优化，对编程语言起着简化的作用，确保编程的效率。综上，运用数学算法能够使编程优化效果更加的显著。

参考文献：

[1] 祁俊，王璐，王晓青. 基于数学思维与McCabe方法的编程优化问题研究[J].微型电脑应用，2016，5（5）：20-22.

[2] 李文举. 探讨数学算法对计算机编程的优化作用[J]. 电子技术与软件工程，2016，12（12）：155.

[3] 王小琼，张帆. 计算机编程方式优化的必要性与策略探索[J]. 产业与科技论坛，2015，11（23）：34-35.

[4] 廖克顺. 数学方法在计算机算法中的应用[J]. 河南科技，2015，9（18）：19-20.

[5] 郭蕾，王昕，陈世亮. 计算机编程方式改进的必要性及优化[J]. 科技尚品，2015，12（12）：37+12.

[6] 王运生. 计算机编程方式改进的必要性及优化策略[J]. 电脑编程技巧与维护，2014，10（20）：40-53.