浅谈数学算法在计算机编程优化中的作用

摘  要：数学算法是计算机编程优化的基础，利用数学思维，可以提高编程效率及程序运行效率。文章首先对数学算法与计算机编程的关系进行分析，进而探讨数学算法在计算机编程优化中的作用，包括优化编程逻辑机构、数据结构、计算机编程语言等，以期为相关编程优化活动提供参考。

关键词：数学算法;计算机编程;编程优化

中图分类号：TP311.1      文献标识码：A 文章编号：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

计算机编程的灵活性使其可以实现多种功能，解决实际生活中的问题。无论采用何种语言，都需要完成现实事物向编程语言的转化，并让程序按照一定的逻辑顺序运行，从而发挥预期的功能。在此過程中，数学算法发挥着重要作用，可以使编程语言更加精简、更加系统化，在运行过程中，也能够减轻计算机的运行负担。

1  数学算法与计算机编程的关系

1.1  数学算法角度分析

数学算法研究的是数字规律，可完成相关内容优化工作。数学算法对于计算机编程具有重要意义，是实现计算机编程优化目的的重要途径。通过采用数学算法对计算机编程进行优化，可以提升程序运行效率。就目前数学算法在计算机编程中的应用情况来看，虽然其优化效果显著，但以往数学算法并未在计算机编程中得到足够重视。随着计算机编程竞争力的提升，数学算法的优化作用才开始得到关注。具体可采用数学算法对计算机编程信息进行计算分析，根据数学规律，提出假设、构建模型、编程实现运算。也可以利用数学算法检验计算结构，寻找最优化的计算机编程方案。特别是数学建模思想在计算机编程中的应用，对计算机编程语言的发展也有重要的推动作用。因此，目前数学算法在计算机编程中的应用越来越广泛，已经成为计算机编程的基本优化方法[1]。

1.2  计算机编程角度分析

计算机编程发展较快，而且逐渐呈现出跨学科发展的特点。在计算机编程研究的过程中，需要综合运用多个学科的知识内容，在充分考虑程序功能、性能要求的基础上，尽可能精简程序结构，提高其运行效率。而且现在大部分计算机程序需要在网络环境下运行，还需要考虑网络等方面的影响因素。从计算机编程的应用方向来看，目前在政治、经济、文化等各个领域，都离不开计算机编程技术的支持。特别是在实际工业生产过程中，计算机编程运行效率，直接关系着工艺控制效果及生产成本。因此，在实际编程活动中，越来越重视对其功能、性能的优化。在此过程中，数学算法在计算机编程各层次的优化中都能够发挥出显著作用。从这一角度来看，数学算法在计算机编程优化中的应用，能够推动计算机编程技术的发展，为各行各业的应用提供创新动力[2]。

2  数学算法在计算机编程优化中的作用分析

2.1  优化编程逻辑结构

数学算法的作用首先体现在对计算机编程逻辑结构进行优化方面。比如在计算“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（数字：＼n+str）;

int cout=0;

Char [] chrs=str.toCharArray（）;

For（char c：chrs）{

If（c==0）{

Count++;

}

}

采取这种算法虽然能够得出统计结果，但实际计算次数较多，且部分计算值无法为0。在对其进行优化时，可考虑分解质因数方法，统计5的个数，由于2×5=10，且2的个数要比5多，因此可以通过判断n中有多少个5，推断计算结果中有多少个0。此外，还可以在上述改进算法的基础上，将5作为步长进行循环统计，将具体数值转化为5的倍数，在将其平方作为步长，直到步长大于n后停止循环，通过计算5的各次方数量和，得出结果中0的个数。通过依靠数学算法对编程逻辑结构进行优化，可以改变其分析计算流程，以一种最简单的方式实现目标要求。在此情况下，可以有效减少计算机程序执行过程中的计算次数，从而提高其运行效率。对于上述案例中的大型计算问题，采用数学算法进行优化的效率提升十分显著，是改善计算机编程质量的关键途径。

2.2  优化编程数据结构

除了对编程逻辑结构进行优化外，数学算法还可以用来优化编程数据结构。对于计算机编程而言，如果数据结构更加合理，可以明显减少计算机处理时间。但对数据结构进行优化具有一定难度，其中的关键部分都需要基于数学算法进行设计。其中，如何选择合适的数学算法，是影响计算机编程优化效果的决定性因素。一般而言，如果程序中可能存在共享变量，需要通过数学算法进行分析，设计更加合理的数据结构，让共享变量可以在统一内存下存储和调用，从而节约计算机内存空间开销。在程序运行过程中，也可以有效降低时间和空间复杂度。如前文所述，要利用计算机编程语言解决生活中的问题，首先需要完成实际事物向编程数据或编程模型的转换。在此过程中，也需要采用数学建模方法，通过构建严谨的数据结构，并充分表征显示事物特征，确保程序功能的实用性。因此，通过采用数学方法对编程数据结构进行优化，也有利于提升程序运行的稳定性，减少程序漏洞。

2.3  优化计算机编程语言

数学算法与计算机编程语言的发展具有密切的相关性，数学算法能够起到对计算机编程语言进行优化的作用。以使用广泛的C语言为例，C语言是一种高级编程语言，也是目前许多计算机编程语言的基础。在采用C语言进行计算机编程时，容易出现重复翻译问题，進而影响程序执行效果。因此，在C语言编程过程中，程序员需要注意代码的运行逻辑性，保证编程的规范性。数学算法对于C语言的优化作用主要体现在提升其运行效率和代码质量方面。在传统编程方式下，主要是基于程序流程进行分析，通过代码实现逻辑操作，但是容易出现代码无法解决的问题，影响编程质量。通过采取数学算法，建立数学模型进行分析，不仅能够显著提高C语言解决实际问题的能力，而且可以减少程序运行时间，提高程序结构的规范性，从而提升编程质量。数学算法自身具有非常强的逻辑性，可以利用数学算法使相对复杂的问题变得简单，因此能够帮助计算机语言编程解决更多的问题。对于C++等其他编程语言的应用也是如此，在问题处理过程中，可以根据数学模型对类进行封装，实现代码的重复利用，大大减少大型程序项目的工作量。

2.4  提高编程运行效率

随着计算机编程技术的快速发展，计算机编程已经在各行各业得到了广泛应用，对程序产品质量也提出了要求。编程人员只有建立程序运行效率方面的优势，才能在大量的同类产品中脱颖而出，获得客户的青睐。在此方面，也需要通过发挥数学算法的作用，通过综合采用编程逻辑结构、数据结构、编程语言优化方法，从整体上提升程序运行效率。从行业内部发展状况来看，目前许多具有一定工作经验的程序员，都开始学习数学算法，提升自身的编程能力。特别是在一些创新领域，对新功能代码的开发，更需要数学算法提供支持。这也能够从侧面反映出，数学算法对于优化计算机编程具有重要作用。

3  结  论

综上所述，数学算法与计算机编程技术的发展密切相关，利用数学算法对计算机编程进行优化，是提升计算机编程及程序运行效率的有效途径。在计算机编程技术发展的过程中，应充分关注数学算法的应用，在深刻认识数学算法的作用价值的基础上，实现对数学算法的灵活运用。

参考文献：

[1] 高祎.数学算法在计算机编程优化中的应用分析 [J].科技风，2019（4）：48.

[2] 周晓青.数学算法在计算机编程中的优化作用 [J].电子技术与软件工程，2018（23）：132.

作者简介：任峻泽（1998.04-），男，汉族，山东胶州人，本科，2016级非师1班，研究方向：数学与应用数学。