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出版者:清華大學齣版社

作者:石峰

出品人:

頁數:428

译者:

出版時間:2003-11

價格:35.00元

裝幀:簡裝本

isbn號碼:9787302073970

叢書系列:

圖書標籤:

• 程序設計
• 編程入門
• 計算機基礎
• 算法
• 數據結構
• C語言
• Python
• Java
• 編程思想
• 邏輯思維

探索計算思維的奧秘：《算法與數據結構精粹》 麵嚮對象： 計算機科學專業學生、軟件工程師、對底層計算原理有濃厚興趣的自學者。 圖書定位： 本書旨在填補理論與實踐之間的鴻溝，深入剖析現代計算科學的基石——算法與數據結構。它不僅關注“是什麼”，更緻力於闡釋“為什麼”和“如何實現”，引導讀者從根本上理解程序的效率與性能。 --- 第一部分：計算思維的基石——離散數學與復雜度分析 本部分奠定堅實的理論基礎，為後續高級算法的學習鋪平道路。 第一章：數學基礎的重構 本章從計算的視角重新審視離散數學。我們探討集閤論在數據抽象中的應用，重點解析圖論的基礎概念——節點、邊、路徑、連通性。不同於純數學的證明導嚮，本書將圖論直接與網絡路由、數據庫關係模型聯係起來，展示其在實際係統設計中的不可或缺性。此外，我們深入研究組閤數學中的排列組閤與遞歸關係，這些是分析算法運行次數的關鍵工具。 第二章：性能的量化——復雜度理論 性能不再是模糊的概念，而是可以通過數學精確衡量的指標。本章詳盡介紹大O、Omega ($Omega$)、Theta ($Theta$) 符號的精確定義與應用。我們不滿足於識彆 $O(n^2)$ 或 $O(n log n)$，而是深入剖析最好情況、最壞情況和平均情況的時間復雜度和空間復雜度。重點章節將解析 主定理 (Master Theorem) 的推導過程，以及如何利用 攤還分析 (Amortized Analysis) 來評估那些操作耗時波動較大的數據結構（如動態數組和斐波那契堆）的實際性能。通過大量具體案例，讀者將學會如何對自己的代碼進行嚴謹的性能預測和瓶頸分析。 --- 第二部分：核心數據結構的構建與應用 數據結構是組織和管理信息的方式，直接決定瞭操作的效率。本部分聚焦於最基本、最關鍵的抽象數據類型。 第三章：綫性結構的深層優化 本章從數組和鏈錶開始，探討其內存布局的差異及其對緩存局部性的影響。重點解析 棧 (Stack) 和 隊列 (Queue) 的經典實現，並拓展至 雙端隊列 (Deque)。針對鏈錶，本書詳細比較瞭單嚮、雙嚮和循環鏈錶的適用場景，特彆是雙嚮鏈錶在實現某些高級結構時的優勢與潛在的指針操作風險。 第四章：樹形結構：從分層到高效查找 樹是處理層次關係和實現快速檢索的核心工具。 二叉樹與遍曆： 詳述前序、中序、後序遍曆的實現，並將其與錶達式求值、樹的序列化與反序列化聯係起來。 二叉搜索樹 (BST)： 深入剖析 BST 的插入、刪除和查找過程，並分析其最壞情況下的性能退化問題（即退化為鏈錶）。 自平衡樹的藝術： 本章的核心在於 AVL 樹 和 紅黑樹 (Red-Black Tree) 的詳細構造與鏇轉機製。我們將逐個步驟演示如何通過左鏇、右鏇和顔色調整來維護樹的高度平衡，確保所有基本操作都維持在 $O(log n)$ 的性能。紅黑樹的講解會特彆關注其在 C++ STL `std::map` 和 Java `TreeMap` 中的實際應用。 第五章：散列技術：速度的極緻追求 散列（哈希）是實現 $O(1)$ 平均時間復雜度操作的關鍵。 散列錶的原理： 深入探討散列函數的設計原則（均勻性、雪崩效應）。 衝突解決策略： 詳盡對比 鏈式地址法 (Separate Chaining) 和 開放定址法 (Open Addressing)。對於開放定址法，我們會對比綫性探測、二次探測和雙重散列的優缺點及其對聚集現象（Clustering）的影響。 完美的散列： 介紹如何構建在特定數據集上無衝突的完美散列函數，以及其在編譯原理等領域的應用。 第六章：堆與優先隊列：動態極值管理 堆是一種特殊的樹形數據結構，專為快速獲取最大或最小值而設計。本書專注於 二項堆 (Binomial Heap) 和 斐波那契堆 (Fibonacci Heap) 的復雜操作（如閤並、減少鍵值），並結閤 Dijkstra 算法 和 Prim 算法 展示優先隊列在圖論中的核心作用。 --- 第三部分：關係與連接——圖算法的深度解析 圖結構是建模復雜係統（如社交網絡、地圖導航、依賴關係）的終極工具。 第七章：圖的錶示與遍曆 圖的兩種主要錶示方法——鄰接矩陣 和 鄰接錶 的內存占用與時間復雜度對比。重點講解 廣度優先搜索 (BFS) 和 深度優先搜索 (DFS) 的實現，並展示它們如何用於拓撲排序、查找連通分量以及檢測環路。 第八章：最短路徑的發現 這是圖算法中最為經典的部分。 單源最短路徑： 詳細推導 Dijkstra 算法 在非負權重圖上的正確性，並分析其性能瓶頸。接著，解析 Bellman-Ford 算法，重點說明它如何處理包含負權邊的圖，以及如何利用其原理檢測負權環。 全源最短路徑： 深入研究 Floyd-Warshall 算法 的動態規劃思想，並探討其在交通網絡優化中的應用。 第九章：最小生成樹與網絡流 最小生成樹 (MST)： 完整闡述 Prim 算法 和 Kruskal 算法 的貪心策略。我們會對比兩者在不同圖結構（稀疏圖與稠密圖）下的性能錶現。 網絡流基礎： 引入最大流-最小割定理。重點講解 Ford-Fulkerson 方法 的基本框架，並過渡到使用 Edmonds-Karp 算法（基於 BFS 尋找增廣路徑）的實際實現，為理解更復雜的匹配問題打下基礎。 --- 第四部分：效率的飛躍——高級算法範式 本部分探討解決復雜問題的通用策略和技巧。 第十章：分治策略的典範 分治法是優化遞歸性能的強大武器。我們將通過 Merge Sort (歸並排序) 和 Quick Sort (快速排序) 的精確實現，展示分治法的威力。對於快速排序，本書將深入分析樞軸選擇（Pivot Selection）對性能的極端影響，並介紹如“三數取中法”等優化策略，以規避最壞情況。 第十一章：動態規劃：消除冗餘計算 動態規劃（DP）的核心在於最優子結構和重疊子問題。本書將 DP 分解為三個關鍵步驟：識彆狀態、確定狀態轉移方程、尋找邊界條件。我們將通過經典的 背包問題 (Knapsack Problem)、最長公共子序列 (LCS) 和 矩陣鏈乘法 等案例，引導讀者掌握自底嚮上（迭代）和自頂嚮下（帶備忘錄的遞歸）兩種實現範式。 第十二章：貪心算法的正確性證明 貪心算法以其簡潔性著稱，但其正確性往往不易證明。本章將聚焦於 活動選擇問題 和 霍夫曼編碼 (Huffman Coding)，並通過反證法和裁剪論證，清晰展示何時可以安全地應用貪心選擇，以及其局限性所在。 第十三章：搜索與迴溯 在解空間巨大的問題中，高效的搜索至關重要。我們不僅復習瞭 DFS/BFS 在圖上的應用，更進一步探討 迴溯法 (Backtracking) 在解決 N 皇後問題、數獨求解 等組閤優化問題時的精確流程。本書將詳細講解剪枝 (Pruning) 技巧，如何在搜索樹的早期階段排除無效分支，以極大地提高搜索效率。 --- 附錄：工程實踐與實現細節 本附錄將理論與實際編碼環境相結閤。 內存對齊與緩存友好性： 簡要介紹現代 CPU 緩存的工作原理，解釋為什麼在算法實現中局部性（Locality）如此重要。 通用編程接口： 提供 C++ 和 Python 兩種語言環境下，對核心數據結構（如紅黑樹節點、圖的邊列錶）的通用、高效的接口設計範例，強調抽象數據類型（ADT）的封裝性。 本書的承諾： 通過對理論的深入挖掘和對復雜算法結構的細緻解構，讀者將不僅能夠使用現成的庫函數，更能理解這些函數背後的工程智慧，從而構建齣真正高效、可擴展的軟件係統。

评分☆☆☆☆☆

我拿到這本書的時候，說實話是抱著試一試的心態。我之前嘗試過幾本市麵上的“零基礎入門”讀物，結果都是虎頭蛇尾，要麼是過分簡化導緻思維跟不上，要麼是突然間就跳到高階內容，讓我完全摸不著頭腦。然而，《程序設計基礎》給我的感覺是完全不同的，它就像一位耐心的老教授，每走一步都要確保你站穩瞭。最讓我驚喜的是它對數據結構的深入淺齣，那些鏈錶、樹狀結構，在其他書裏讀起來像是天書，但在這裏，作者仿佛用積木搭建齣瞭它們的樣子，每塊積木的連接、拆分，都清晰可見。特彆是關於遞歸那幾個章節，我反復看瞭好幾遍，不同於乾巴巴的公式推導，作者引入瞭一個非常巧妙的“俄羅斯套娃”模型來解釋調用棧，讓我那種模糊的理解一下子變得立體和動態起來。這本書的編排邏輯非常流暢，知識點之間的過渡自然得像是水流，幾乎沒有那種生硬的章節跳躍感，讀起來非常舒心，完全沒有那種在學習中産生的挫敗感。

评分☆☆☆☆☆

這本厚厚的書擺在桌上，封皮樸實無華，乍一看像是那種大學裏人手一本的教材，但我翻開目錄後纔發現，它遠不止於此。它更像是一部武林秘籍，隻不過這裏的“內功心法”是關於如何與計算機對話的邏輯思維。作者並沒有急於拋齣復雜的代碼，而是花瞭大量篇幅在鋪陳“編程的本質”這個宏大命題上。我印象最深的是關於“抽象化”的講解，那種將現實世界的問題層層剝離，最終凝練成計算機可以理解的指令的構建過程，簡直是醍醐灌頂。書中大量的類比——將程序結構比作建築藍圖，將算法比作烹飪流程——非常接地氣，讓一個編程新手也能迅速抓住核心概念。讀到後麵，那些晦澀的術語突然間變得清晰起來，仿佛原本濛著一層霧的屏幕突然被擦亮，我開始真正理解“為什麼”要這麼寫代碼，而不僅僅是“怎麼”寫。這本書的價值在於它構建瞭一個堅實的底層認知框架，而不是僅僅羅列瞭一堆語法規則，對於想真正入行的朋友來說，這是個絕佳的起點，它教會你的遠超那一門具體語言本身。

评分☆☆☆☆☆

坦白說，這本書的印刷質量和裝幀設計稍微有點保守，封麵設計確實不如市麵上那些色彩斑斕的“速成寶典”吸引人，但內容上的紮實程度絕對是無可挑剔的。我最欣賞的是它對麵嚮對象思想的引入，沒有采用過於教條的定義，而是通過一個大型軟件項目的虛擬構建過程來逐步展現類、對象、繼承和多態的實際應用價值。讀到這裏，我纔真正明白，為什麼程序設計要從過程式轉嚮對象化，那是一種應對復雜性管理的必然選擇。作者在講解“封裝”時，舉瞭一個非常形象的例子：將一個復雜的內部機械結構比作汽車的發動機，用戶隻需要知道如何踩油門和換擋（接口），而不需要瞭解內部燃燒的細節。這種將抽象概念與生活經驗緊密結閤的敘述方式，極大地降低瞭我的認知負擔，也讓這些核心概念在我腦海中留下瞭深刻的烙印，遠比單純記憶定義來得有效得多。

评分☆☆☆☆☆

這本書最讓我感到“物超所值”的地方，在於它對算法效率的審慎態度。在很多基礎教材中，算法往往是“會用”即可，很少深入探討時間復雜度和空間復雜度背後的權衡取捨。而《程序設計基礎》則非常清晰地劃分瞭不同算法在處理海量數據時的錶現差異，並且用圖錶和實際運行時間的對比來佐證。特彆是對於排序算法的分析，作者不僅列舉瞭冒泡排序和快速排序，還詳細分析瞭它們在最佳、最壞和平均情況下的性能錶現，這種嚴謹的態度非常專業。閱讀過程中，我感覺自己不僅僅是在學習一門技術，更是在培養一種對資源消耗的敏感度，明白在代碼的世界裏，效率就是生命綫。這本書的知識體係非常完整，它似乎預設瞭讀者未來會接觸到更高級的編譯原理和係統編程，因此在基礎階段就打下瞭極高的標準，讓讀者在後續的學習中能保持一種高屋建瓴的視角。

评分☆☆☆☆☆

這本書的語言風格有一種獨特的、近乎哲學思辨的魅力。它不是那種快餐式的技術手冊，而更像是一本探討人與機器交互的深度論述。書裏探討的不僅僅是如何讓程序跑起來，而是更深層次的“程序為什麼會齣錯”以及“如何設計齣健壯的程序”。其中有一段關於“程序的優雅性”的論述，作者強調瞭代碼的可讀性和可維護性，這在很多隻追求功能實現的入門書中是會被忽略的細節。我特彆欣賞作者在描述調試（Debugging）過程時采用的敘事方式，他沒有把它描述成一個痛苦的尋找錯誤的過程，而是將其塑造成一個偵探破案的過程，每一步的日誌分析、邊界條件的測試，都被賦予瞭邏輯上的趣味性。這極大地提升瞭我在麵對復雜Bug時的心態，讓我不再畏懼那些看似無解的錯誤，而是將其視為進一步理解係統工作原理的機會。這本書的深度，讓它注定不是那種能一口氣讀完的讀物，它需要時間去消化和反思。

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