关于计算机算法设计及数据结构的离散性研究

李鸣

（桂林智神信息技术股份有限公司，广西 桂林 541004）

0 引言

我国计算机技术一直在不断创新和发展，其目标是进军国际市场，其中计算机技术的发展很大程度取决于前期设计人员的程序设计。算法作为计算机的基础，计算机的运行和工作都离不开此技术，而离散性结构的优势主要体现在计算机问题的处理上面。离散性结构可以处理各种计算机问题，但是其无法有效识别连续数量之间的关系，想要将计算机的优势作用完全发挥出来，就需要将这类连续性的数量转换成离散性的数量关系。作为程序设计人员，只有将各项信息从连续性转换成离散性，才能有效提高计算机处理问题的效率，如此才能体现出设计价值。

1 算法概述

在计算机中，算法主要是指将计算机解决问题的思路和方案等完整清晰的描述出来，使用算法本身的特性等体现出问题的解决对策。也就是说，人们将信息数据等输入到计算机中，算法能够在规定时间内输出对应的数据。不同类型的程序和软件，对算法的要求都是不一样的，对于一些流程性的程序来说，对算法要求并不高；而对于云计算类，具有数据挖掘功能和分析功能的技术和软件，对算法的要求非常高，可以说这些技术和软件之所以能完成数据分析和挖掘，所依靠的便是计算机算法。例如手机上的人脸解锁系统，能有效区别每个人的人脸；其中美颜软件也是较为突出的一个例子，不仅能通过摄像头识别五官位置，还能根据识别的内容等进行美化[1]。完成系统识别和美化主要依靠的便是计算机的算法设计。在程序设计过程中，算法设计既是最基础的步骤同样也是最重要的步骤，前期算法设计越好，证明该软件的功能和系统越强大。

2 算法与算法的离散性

计算机在运行过程中经常会遇到一些离散性问题，算法是计算机众多指令的一种，其可以将计算机使用者的想法和遇到的问题等转换成计算机能识别的形式，帮助使用者解决问题。算法实际上就是一种系统，与人工的区别较大，该系统不会疲劳，只要使用者按照规范输入，无论重复多少遍，都能轻松解决。

2.1 算法的实际应用

2.1.1 云计算

云计算是计算机和科技技术不断发展的新产物，该技术的优势需要通过计算机展现出来，是一种自动化的运用模式，由于其自动化程度较高，以及其对数据的处理能力较强，对算法的要求非常高。该技术的应用非常便利，通过该技术的优势能有效提高整个网络服务的便利性，能有效扩展网络服务。一般情况下，云计算技术的出发点是站在服务的角度上的，其立足点则是现代科技技术的一种操作模式。该技术的优势作用主要体现在实际的使用中，不仅投入的成本少，能快速高效分析和处理数据、还能根据技术使用者对数据的需求等完成处理工作，具有较强的灵活性，能满足不同用户的需求。该技术与传统信息技术的区别也非常明显，在云计算技术使用中可以让各项信息的分配更加合理，将其应用到企业的经营中，不仅能根据企业的需求提供对应且完整的信息，通过该技术对信息的分析功能，还能避免企业在经营发展中投入不必要的资金，能有效避免资金和资源浪费。随着互联网和科技技术不断发展，云计算技术也得到了较大的发展和进步，其储存量和处理数据的效率、能力等都在不断提高，其适用范围也在逐渐扩大，出现在了众多行业和企业中，而云计算技术的这些发展，都取决于计算机算法的设计。

2.1.2 美图软件

人们在日常生活中，对云计算技术的了解和掌握可能并不深，但是手机的相机和拍照软件人们都会有所涉及。随着科技技术不断发展，手机上相机的美颜功能越来越强大，其主要体现在能有效识别人脸和五官，而软件之所以具备这类功能，便是依靠计算机算法的设计。对于相机的美颜功能来说，既要识别人脸和五官，还需要根据识别到的内容有效优化和修复，其修复之后整体与真人还不能存在明显区别，想要通过软件完成这系列工作，其算法就非常复杂，不仅需要包括简单的识别功能，还需要将瘦脸、美肤、大眼等诸多功能都涵盖进来。

2.1.3 破译密码

算法的应用还体现在密码的破译上面，世界第二次大战作为社会公众都知道的历史事件，在这一事件中能清晰看出德国是战败国家，回顾历史不难发现，德国之所以战败很大程度取决于计算机技术[2]。德国的工业技术发展速度远高于计算机技术，在二战期间，其工业技术非常发达，但是计算机技术发展较为落后，而信息的加密工作主要依靠的便是计算机，由于其技术落后，敌方很容易便破译了其传递的信息，而计算机的破译功能也主要取决于前期的算法设计。算法是计算机的基础技术，离开算法，计算机便无法正常运行，其优势作用也无法被大众熟知。

2.2 算法的离散性

前期在计算机算法的设计中，便能体现出离散性。算法的设计方法非常多，其中常见的便是递推法和递归法，以下就针对两种设计方法展开分析：其一递推法，主要根据顺序，找到问题的规律，在实际工作中，只需要推算出第一项或者前面几项的数值，便能根据问题的规律直接推算出后面的数值，部分问题的解决步骤和方法非常复杂，通过递推法的规律等可以节约大量的时间。根据递推法的工作原理不难看出，该方法的核心就是将解决问题的过程不断简化，将复杂的问题转换成简单的问题，然后再重复计算，从表面来看，递推法的计算次数较多，但是计算机处理数据的效率非常高，加上其不会疲惫，所以利用该方法的最终结果依旧是节约时间。其二递归法，主要是从已存的程序中将算法直接调用过来，以此来节约时间。在面对一些较为繁琐且复杂的问题时，可以利用识别系统，识别已有程序中与该问题有关的程序，并直接从已有程序中将问题需要部分的程序调用过来，为我所用，能有效省略解决问题的步骤。

通过对递推法和递归法的分析不难看出，递推法主要是寻找规律简化步骤和流程，此种设计方法在连续运算中能将优势作用完全发挥出来；递归法则是通过识别直接使用已有的程序，此种方式就体现出了较强的离散性。两者方式最大的区别便是，前者是简化步骤，后者是省略步骤。

3 数据结构简述

对于计算机来说，数据结构主要是储存和组织各项数据的一个重要方式，所谓数据结构实质上就是计算机中各项有关系数据的总称[3]。在数据结构中主要是研究各数据之间的逻辑结构和物理结构以及相互之间的关系，根据数据实际的结构设计算法，实现运算目的，且保证各数据在完成运算工作后，结构与原结构一致。一般情况下，有效的数据结构能提升计算机的运行速度和储存效率，数据结构与算法之间是紧密联系在一起的。简单来说，计算机系统中有众多数据，只要其中一项数据与另外一项数据或者多项数据有关系，那与之关联的众多数据共同组成数据结构，其中“数据”就是系统内存在的各项数据元素，“结构”则是指各项数据元素之间的关系，根据数据的关系可以将数据结构分为逻辑结构和储存结构两类。

逻辑结构和物理结构的关联较深，都是数据结构中的内容，逻辑结构可以对应不同的储存结构。其中计算机算法的设计主要是通过数据的逻辑结构进行的，而想要让算法设计发挥其实际作用，便需要依靠储存结构。

4 数据结构离散性

数据结构是计算机科学中非常经典的学科，主要是对存在于计算机系统中的各项数据进行分析。数据结构主要取决于数据自身的特征，根据数据的特征可以将数据结构分为集合结构、线性结构、树形结构、图状结构四大类。结构数据的分类便体现出了结构数据自身具备的离散性的特点。一个计算机问题中，包含的数据元素非常多，并且各数据元素并不是单独存在于计算机系统中的，各数据元素之间或多或少都有关系，其关系也就是结构。不止是计算机系统中各项元素之间相互联系，离散数学和数据结构之间也是紧密联系在一起的。

目前，部分高校的计算机专业中，离散数学已经成为了基础课程之一，主要原因便是数据结构中有存在较多抽象不易理解的知识，而离散数学就能有效解决这些抽象问题，能帮助学生更好理解数据结构中的抽象知识[4]。就数据结构的分类来看，集合结构和线性结构本身就具有非常明显的离散性；树状结构和图形结构都是独立存在的个体，是个数据元素之间满足了相应关系之后才形成的该结构，通过分析不难发现，他们之间的关系也并非连续性而是离散性。与此同时，数据结构与离散数学之间也相互关联，离散数学中涉及到的一些知识实质上就是数据结构知识的延伸和拓展，积极应用离散数学能有效解决计算机中的难题。

5 计算机数据结构离散性研究

一般情况下，计算机的运算和储存功能都是通过二进制实现的，计算机的运行本就涉及到一些逻辑数学。就逻辑运算的本身来看，就将离散性的特点展现得淋漓尽致，在离散性的研究中一般都与二进制存在非常明显且直接的关系。对此根据二进制自身所表现出来的离散性，就可以有效分析数据结构的离散性问题。

5.1 二进制概述

二进制就是逢二进位的一种进位方式，其主要是通过“0”和“1”来实现的。由于符号本身简单，加上运算简单且量不大，计算起来方便又快捷，一般情况下是通过计算机的形式来实现的。

5.2 二进制离散性研究

计算机与人工存在较明显区别，计算机所识别的只有二进制中的“0”和“1”。对于人类来说音频、图片和文字等都是非常常见且简单的信息，但是对于计算机来说识别这类信息的具有较大难度，其识别效率远低于二进制。想要合理有效的识别这类信息，就需要做好离散处理，才能实现对数据的识别功能，只有先做好离散化才能实现对此类数据的处理和储存[5]。通常情况下，计算机通过图片等信息识别出来的离散性实际上及时二进制数据信息的体现，在离散化处理过程中，需要将音频、图片等信息用二进制的形式展现出来，才能提高计算机的识别效率。而将这类信息转换成二进制就需要先做好离散处理，对音频进行有效的离散处理，不仅信息更加清晰明了，就连音频的还原度也有较大的提升。

6 结语

综上所述，随着我国科技技术的不断发展，计算机技术的发展有了质的提升，计算机技术的优势作用和带来的便利等能体现在人们的生活和工作之中。就目前来看，人们越来越依赖计算机技术，随着人们生活水平的不断提高，人们也对计算机技术提高了要求，在这一背景下，想要让计算机持续发展，就需要重视算法的设计工作，为了提高计算机的运行效率还需要重视其离散性的研究。随着社会经济不断发展，在计算机中离散性的应用愈发广泛，相信我国计算机技术的发展会越来越好。