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出版者:机械工业出版社

作者:常晋义

出品人:

页数:251

译者:

出版时间:2004-5-1

价格:22.00元

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787111143062

丛书系列:

图书标签:

• 信息管理
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• 系统开发
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• 项目管理
• 需求分析
• 系统设计

编程语言与算法实践指南 第一章：编程基础与核心概念 本章旨在为初学者构建坚实的编程思维基础，并深入探讨现代编程语言的核心特性。我们将从最基础的变量、数据类型、控制流（条件语句与循环）讲起，确保读者能够熟练地运用这些基本构建块进行程序设计。 重点内容包括： 1. 离散数学在编程中的应用：探讨布尔代数、集合论和图论基础如何转化为有效的算法逻辑。 2. 面向对象编程（OOP）的范式：详细解析封装、继承和多态这三大支柱，并通过具体案例演示如何用OOP思想解决复杂问题。我们会对比不同语言（如Java和Python）在实现这些概念上的差异。 3. 函数式编程思想的引入：介绍纯函数、不可变性以及高阶函数，探讨它们在提高代码可维护性和并行处理能力方面的优势。 4. 内存管理机制：深入理解栈（Stack）与堆（Heap）的工作原理，以及垃圾回收（Garbage Collection）机制，帮助读者写出更高效、内存友好的代码。 第二章：数据结构精要 数据结构是高效算法的基石。本章将系统地介绍和实现一系列关键的数据结构，并分析它们在时间复杂度和空间复杂度上的表现。 内容覆盖： 1. 线性结构深入：链表（单向、双向、循环）、栈（Stack）和队列（Queue）的底层实现及其在表达式求值、缓冲区管理中的应用。 2. 非线性结构解析： 树（Trees）：包括二叉树、二叉搜索树（BST）、平衡树（AVL树与红黑树的原理介绍），以及B树在数据库索引中的关键作用。 图（Graphs）：详细介绍图的表示法（邻接矩阵与邻接表），以及遍历算法（深度优先搜索DFS与广度优先搜索BFS）。 3. 散列表（Hash Tables）：探讨哈希函数的设计原则、冲突解决策略（链式法与开放寻址法），及其在快速查找中的核心地位。 4. 堆（Heaps）：实现最大堆与最小堆，并展示它们如何构建优先队列，以及在堆排序算法中的应用。 第三章：高效算法设计与分析 算法设计是解决问题的核心能力。本章将侧重于教授系统化的算法设计范式，并提供严格的性能分析工具。 重点学习以下设计模式： 1. 分治法（Divide and Conquer）：通过实例如归并排序（Merge Sort）和快速排序（Quick Sort），理解如何将大问题分解为可管理的子问题。 2. 动态规划（Dynamic Programming, DP）：深入剖析DP的两个核心特征——最优子结构和重叠子问题。通过背包问题、最长公共子序列等经典案例，掌握自底向上（Tabulation）和自顶向下（Memoization）两种实现方法。 3. 贪心算法（Greedy Algorithms）：学习何时可以采用贪心策略，并严格证明其局部最优选择能导致全局最优解，例如霍夫曼编码和最小生成树（Prim/Kruskal算法）。 4. 回溯法与分支限界法：探讨这些搜索算法在解决组合优化问题（如八皇后问题、旅行商问题TSP）中的应用。 5. 复杂度分析：使用大O、大Ω和Θ符号对算法进行渐进分析，掌握主定理（Master Theorem）在递归方程求解中的应用。 第四章：并行计算与并发编程 随着多核处理器的普及，理解如何编写并发和并行代码变得至关重要。本章将聚焦于安全有效地利用系统资源。 核心主题包括： 1. 并发模型：区分进程（Process）与线程（Thread），理解同步与异步执行的区别。 2. 线程安全与同步机制：深入讲解互斥锁（Mutex）、信号量（Semaphore）、条件变量（Condition Variables）在防止竞态条件（Race Condition）中的作用。我们将讨论死锁（Deadlock）的产生条件与避免策略（如银行家算法的原理）。 3. 现代并发工具：介绍无锁数据结构的基本概念，以及利用原子操作（Atomic Operations）进行轻量级同步。 4. 并行执行模型：探讨任务并行（Task Parallelism）和数据并行（Data Parallelism），并初步介绍消息传递接口（MPI）和开放计算语言（OpenCL）的基本思想，以实现跨多核或多节点的计算加速。 第五章：编译原理与底层优化 本章将揭示高级语言代码如何转化为机器可执行指令的过程，这对于编写高性能和资源受限环境下的代码至关重要。 内容聚焦： 1. 词法分析与语法分析：介绍有限自动机（FA）在词法分析中的应用，以及上下文无关文法（CFG）和下推自动机（PDA）在构建抽象语法树（AST）中的角色。 2. 中间代码生成：讲解三地址码等中间表示形式的生成，以及常见的优化技术，如常量折叠和死代码消除。 3. 代码优化技术： 机器依赖优化：分析指令调度和寄存器分配对程序执行速度的影响。 循环优化：研究循环展开、循环交换和提升等技术如何减少内存访问延迟并提高流水线效率。 4. 链接与加载：解释静态链接和动态链接的区别，以及程序在操作系统中如何被加载和执行。 第六章：网络通信与分布式计算基础 本章旨在建立读者对现代网络架构和分布式系统设计的基本认知，这些是构建大规模应用的基础。 涵盖内容： 1. TCP/IP协议栈详解：深入解析TCP的可靠性机制（三次握手、四次挥手、拥塞控制）和UDP的无连接特性。 2. HTTP协议深度剖析：从请求-响应周期、状态码、头部字段到RESTful架构的基本原则。 3. 网络编程接口：使用Socket API进行基本的客户端/服务器编程实践，理解阻塞（Blocking）与非阻塞（Non-blocking）I/O的区别。 4. 分布式系统挑战：介绍CAP定理（一致性、可用性、分区容错性）的权衡，以及时钟同步、节点故障检测等分布式计算中固有的难题。 通过对这些前沿和基础理论的系统性学习和实践，读者将能够设计出结构清晰、性能卓越且具备高度可维护性的计算解决方案，无论是在单机环境下还是在复杂的分布式系统中。

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