计算机算法设计及数据结构离散性.pdf

电子乐园2023.01010电子技术 Electronic Technology1 相关概念1.1 算法概述所谓算法，即对解题方案的一种描述，却保证描述内容的完整性，以及精确性，对解题指令进行明确。算法可以理解为一种系统方法，旨在实现对问题的合理描述，以及策略机制的研究。将某一标准录入后，在制定的时间内，实现结果的产出。当然，针对流程型而言，算法需求较少，但针对人工智能而言，包括但不限于：人机交互、虚拟现实、图形图像识别、现实增强、音视频识别，以及大规模网络拓扑等，在云计算领域，算法则起到了关键性的作用。世界顶级科技企业、高等院校等开展了多项科学性研究，只要是涉及计算机或者和程序有关的，一个很大的焦点是对算法的学习。不管对多大的系统来说，设计好它的算法，这是最为基本和至关重要的首要环节。1.2 数据结构概述数据结构具体分为以下两种，分别是物理数据结构、逻辑数据结构。在逻辑方面数据结构方面，集中地将成分数据间的逻辑关系体现出来了；而物理数据结构，则是对计算机内部数据存储方式进行集中体现，总之，数据结构是一种展现数据存在形式的一种方式。数据结构就是组织信息，旨在提升算法效率，它一般对应于一个算法集，通过这一组算法集合，能够在数据结构上执行一些运算。数据结构课程的主要目的是介绍一些常见的数据结构，明确了数据结构的内在逻辑关系，论述了其在计算机上存储表示，以及多种数据结构的组合，论述了针对其所执行的多种操作的实现算法。许多算法其实就是针对某一特定的数据结构施行转换，研究算法，即对实现变换时数据结构动态性质进行研究。1.3 图形结构概述在算机图形学中，图形学技术是其重要的展现方式，可以简单地理解为一门学科，主要以研究相关物理定律为基础，并介绍其中的计算机原理与经验，通过不同的数学算法进行图形数据处理，科学的处理二维图形或者三维图形数据，进而将其处理结果展现在计算机或者其他设备上的一种学科，不仅是计算机科学的分支领域，更是计算机科学应用的主要方向之一。同时，从广义角度分析，计算机图形学是一种研究技术，处理三维图形建模、动画、渲染、二维向量图形，以及图像视频等内容。计算机图形学所涉及的范围较为广泛，如，光栅图形的生成算法、实体造型、曲线曲面造型、图形硬件、图形标准，以及图形交互技术等方面。简而言之，计算机图形学的重点研究方向在于，利用计算机实现了计算机计算图形原理与算法的深度阐述。图形组成的元素包括点，线，面、体等方面，以及一些几何属性，如，线型、灰度、色彩，以及线宽等。在实际的计算机处理过程中，图形大致可以分为两种类型，一类，根据线条信息来表达，如，计算机算法设计及数据结构离散性文/冯奕鹏摘 要：计算机信息化技术得到了日益广泛的运用，并以算法设计为计算机系统运行之根本，它能有效地运用数学方法，把信息数据变换成系统可识别编码程序，并以此来完成有关的操作与作业。并对计算机算法的设计，除掌握标准方法外，离散性这一数量关系也需要加以处理，它对算法设计和计算机系统结构本身都具有同样的意义，必须引起人们的充分注意。本文着重对计算机的算法设计和数据结构的离散性等有关问题展开研究与分析，供大家参考与借鉴。关键词：算法的设计；数据结构等；离散性强2023.01电子乐园011Electronic Technology 电子技术等高线地图、曲面等高线框图，以及工程图等；另一类即为明暗图，也是大众所能感知到的真实图案。计算机图形学的重要目标之一，则为通过计算机的方式，生成极具现实感的图形。在生活的过程中，要求计算机能建立用于描述景物的几何表示方法，而后通过光照模型，模拟假想光源，从纹理、材质等属性方面体现光线照明效果。因此，计算机图形学与计算机辅助几何设计之间，存在着较为密切的关联性。真实感图形的计算结果通过数字元元图像形式给出，计算机图形学又与图像处理紧密相连。1.4 C 语言概述C 语言是时下最为普及的程序设计语言，功能多，表达力大、使用方便灵活，适用范围广泛、目标程序的高度，可植入性强，既具有高级语言之特征，它还具有低级语言所具有的诸多特征，适于用作系统描述语言，既可用于系统软件的编制，也能用于应用软件的编制。在 C 语言问世以来，利用汇编语言的软件得到了快速的发展，比如，大家所能数值的 C 语言（如，UNIX 操作系统）。相比于汇编语言而言，C 语言学习会更加简单，C 语言是一种结构化的语言类型，具有层次分明的特点，通过模块化的方式，对组织程序进行编排，且调试、维修过程更具便捷性。同时，C 语言的表现能力与处理能力较强，它不仅具有丰富的运算符，且数据类型也具有多样性，能简单地完成各种复杂的数据结构，还能直接地进入到内存物理位元址，运行于位（bit）层面。因为 C 语言提高了硬件的编程操作能力，因此，C 语言将低级语言与高级语言功能进行统一融合，既实现了系统软件工具的开发，还能符合各类以 C 为核心的软件开发。一九八三年，C+也从贝尔实验室引进。C+是 C 语言的改良版，实现了 C 语言的拓展，使语言工具更加倾向于对象程序设计。C+的思想更加深刻，实现了面向对象的概念，有助于将问题空间直接地映像在程序空间中，改良了传统的语言设计思路与变成思路，编程方式也发生了相应的改变，增加了语言整体的复杂程度，在掌握上存在一定的困难。但在 C+中，C却是基础，C+语言与C语言之间存在着多方面的兼容性。2 目前计算机算法使用情况2.1 云计算在信息化时代，云计算是自动化运行的主要形式，他对计算机算法也提出较高的要求。在云计算中融入算法，不仅使网络服务能力得到提高，同时，服务功能也能得到有效延伸。与其他模式相比，云计算既能有效地提高数据处理效率与质量，并且它的投入成本也比较低廉，能够满足不同使用者的实际需要。在云计算实际算法设计中，它能够对信息数据进行合理分配，以此来对企业单位的发展进行全面的数据信息支撑，还可以为企业节约成本投入。随着信息化的发展，并提高了算法设计的规范性与可靠性，使云计算存储容量大、数据处理能力得到进一步提高，同时，还对其服务质量进行有效的优化。2.2 美颜软件在信息化水平进一步提高的今天，智能手机的美颜功能，可以说越来越强了。其中美图秀秀是一款手机美颜软件，为了达到它的美颜效果，首先需要借助计算机进行算法设计，实现了人脸的鉴别与修复。这一过程应引起重视，美颜之后的照片，不可能和原始人的脸相差太远，因此，对算法要求比较苛刻，实际算法设计时需考虑瘦脸问题、美肤和其他许多功能需求。3 计算机算法设计与离散性分析离散性是计算算法的集中表达方式，是一种综合性较为且解决方案精准的表达方式，并在计算机执行命令的过程中，实现了应用问题的解决。算法表达了以系统方法求解问题的机理，即可以通过规范输入，在限定的时间得到所需要的输出。但是流程型程序对于算法并没有很高的需求，但是，就人工智能而言、云计算领域和人机交互领域，以及当今大热大数据领域，算法均为其运用之重点。是计算机科学之父图灵所设计出来的一款机器，对二战起了举足轻重的影响，使二战期间德国所用密码系统彻底破解，该携带密码系统机器设计过程可概括为算法设计过程。图灵就是设计了一种快速破译系统密码的算法，并且对算法设计的操作还提供了一个可以携带的媒介。由此可见一斑，程序是建立在算法之上的。不管多么厉害的系统，最基本的一步是对其算法进行设计。3.1 常用的设计方法在设计计算机算法的过程中，通常采用下列两种设计方法：首先，递推法。该方法的应用，能有效地反映出计算机的运行速率，该方法通过实践规律，计算序列中的某一项值。例如，由计算机前的某些项值算出后续序列的某些规定项，这一过程需进行多次重复计算，因此，对计算机系统提出了更高功能性需求；二是递归法。递归法本质上是通过程序来调用自己编程技巧中的一种方法，函数定义或者描述时，以直接或者间接方式调用其编程技巧，这样，就能使某些复杂而烦琐的问题简易化，也就是说，要把它层层变成一个类似于原来复杂问题的小规模问题。和递推法比较，采用递归法设计算法，不需要大量反复计算，仅需少数几个程序就可以完成，有效地降低程序代码量。实际设计算法时，应引起重电子乐园2023.01012电子技术 Electronic Technology视，递归法要求边界条件满足、参数标准，如递归前进段、递归返回段，一般情况下，当边界条件满足要求，递归表现为前进形式；相反则表现为递归返回。以确保计算机运行和处理效果，要求算法的设计应遵循以下一些原则：第一，算法是否正确，算法一定要对，需要根据需要选用科学算法编制程序，注意，算法结果要唯一；二是算法可读性问题，也就是要确保程序运行得更快，效果更佳；三是算法稳定，也就是避免计算机输出曲线波动不正常；最后给出了该算法高效低耗性能，也就是以“节能环保”为指导思想，达到了计算机快速操作、低噪声，低能耗。3.2 研究了设计方法离散性3.2.1 递推法离散性分析采用递推法进行设计时，系统一般都是采用比较复杂的运算方式来进行设计。这类算法计算程序烦琐，对手工求最大值，若数字量很大，这时为节省时间，将按数的位数甄别排序，通过这种比较，将有效地促进计算效率的提高，这种思维方式恰恰是人类惯有的连续性，亦为许多初等数学确立了准则。而对计算机系统而言，很难树立持续性思维，它对算法提出了更高要求，当算法满足规范标准时，为了模拟人类这种连续性思维。3.2.2 递归法离散性分析所谓递归法，就是在描述或者定义函数或者进程时，间接或者直接地调用其编程技巧，它通常是把错综复杂的大问题逐层变换，让它成为一个小问题，进而解决问题。相对比递推法等，递归法能有效地降低计算量，对算法进行了精简化。递归法求最大公约数，与递推法相比，大大简化了，极大地促进了计算的效率与质量。递归法其实是“自行调用”，下面就其程序在运行表现上的离散性作一剖析：计算机系统运行于栈上的过程，主要特征是后进先出，因此在采用递归法设计算法的时候，要求返回值中返回“自己”的值，只是参数不一样，直到回到某个确定值然后逐层回归。3.3 计算机数据结构离散性研究数据结构是研究数据元素的一门学科，旨在发现数据元素之间的存在的内在关系。通常根据元素关系的性质，数据结构可以简单地划分为四种，即网状、树形、集合，以及线性等构造，这也直接体现了数据结构中，数据元素离散的本质性特点。集合结构友多数离散数据元素组成，且线性结构具有明显的离散性；而树形图形结构，通常有多个相互独立的数据元素组成，说明了数据元素之间存在着离散性，不连续性等特点。离散数学就是不涉及连续变化量，主要应用于基于离散空间的数学结构研究。针对数据结构，离散数学与它有着十分密切的联系，如图论等，它研究的是数据元素和数据元素之间错综复杂的联系。对计算机来说，它一般采用二进制来实现对数据进行存储与操作，所涉范围以逻辑数学为主。而对逻辑运算来说，它能反映离散性，因此，对计算机数据结构的离散性的研究一般都是和二进制有关的。此外，计算机上，通过运用离散数学中的部分理论知识，对某些高难度问题进行求解或者达到对求解方法进行优化如 Huffman 树等，它通常用于实现压缩和解码。数字电子是计算机学科的交叉点，通常采取数字信号的方式说明其离散性。其中，数字信号指的是时间与数值两者离散的集合，与模拟信号相对应，并且是一组在数值和时间上都是连续的。从数学的角度讲，“连续性”是指这类信号的微积分含义，表明离散信号是毫无意义的。文章接下来用计算机二进制反映出来的离散性特点，对计算机数据结构离散性进行了分析，其具体内容如下。3.3.1 二进制概述从目前来看，多数计算机系统是二进制，所谓二进制，主要指逢 2 进 1 的进位制形式，这种进位制是以“0”,“1”这两个进位符号为主。由于符号简单，因此，实际运算量小，计算非常方便，还方便以电子方式进行。3.3.2 二进制离散性研究相对于人类，计算机系统只能识别二进制中的“0”和“1”，因此有些人类似乎更简单的资料如文字、图片和音频等等，这些资料对计算机系统来说，鉴别难度较大。为了达到有效地鉴别与了解这些信息，计算机系统必须将这些资料离散化，获取其本身可被辨识的离散数据，从而完成随后信息处理与存储操作。一般是指计算机能够辨识出的离散数据，其实质是“0”与“1”所构成的二进制数据信息。换句话说，离散化处理是对文字的一种处理、将所述图片和所述音频及其他信息转换成二进制数据，以方便计算机系统的识别判断，例如，针对音频信息，应易于系统识别，要求对不断变化着的音频信息进行离散化，转换成二进制数据类型，使系统能够被加工，被分析，详细的处理意见。4 结束语总之，在计算机信息技术迅猛发展的今天，它对人类生存与生活提出了更高要求。并对计算机算法设计，才能使它适应人类生存生活之需要，不仅仅是设计方法，对它们的离散性研究也有待加强，目前，针对计算机算法和结构方面的研究尚存在着不足，今后仍需在这方面加强研究，保证计算机应用水平得到进一步提高。作者单位：金陵科技学院