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出版者:清華大學齣版社

作者:Dr.P.G.Sarang Rahim Adatia等

出品人:

頁數:244

译者:

出版時間:2002-8

價格:32.00元

裝幀:

isbn號碼:9787302057253

叢書系列:

圖書標籤:

• J#
• NET
• C#
• 編程教程
• 軟件開發
• 入門
• 示例代碼
• Windows
• VisualStudio
• 學習
• 教程

好的，這是一份關於《高級數據結構與算法實現》的圖書簡介，內容詳實，旨在深入探討現代計算科學中的核心理論與實踐應用，完全不涉及您提到的《J程序設計教程》的任何內容。 --- 《高級數據結構與算法實現》 —— 奠定未來計算基石的深度解析與工程實踐 【圖書定位與目標讀者】 本書旨在成為對算法與數據結構有紮實基礎，並渴望嚮專業級軟件工程、高性能計算、或計算機科學前沿研究邁進的讀者的一本權威參考書和實踐指南。我們不滿足於對標準結構（如鏈錶、樹）的錶麵介紹，而是深入挖掘其底層原理、時間/空間復雜度的嚴格證明，以及在特定硬件架構（如緩存一緻性、並行化）下的優化策略。 本書的目標讀者群包括： 1. 資深軟件工程師與架構師： 需要優化現有係統性能瓶頸，或設計具備極高伸縮性和魯棒性的復雜軟件模塊的專業人士。 2. 研究生（計算機科學、軟件工程、數據科學方嚮）： 準備進行專業課程學習、畢業設計或學術研究，需要掌握前沿算法理論的深度理解。 3. 算法競賽（ACM/ICPC, LeetCode 進階）的挑戰者： 尋求超越基礎模闆，掌握復雜動態規劃、圖論的高級變體及高效實現技巧的進階選手。 4. 係統級程序員： 關注操作係統、數據庫內核、編譯器優化等領域，需要精確控製內存布局和指令執行效率的開發者。 --- 【內容深度與結構概覽】 本書分為五大部分，共計二十章，內容層層遞進，從理論的嚴謹性到實現的復雜性，全麵覆蓋瞭現代計算科學中至關重要的算法與數據結構領域。 第一部分：基礎理論的再審視與復雜性分析的深化 (The Rigor of Foundations) 本部分旨在鞏固讀者對算法分析的理解，並引入更復雜的分析工具，超越平均情況分析。 第1章：漸近分析的局限與精確度量：深入探討平均案例分析（Average-Case Analysis）的難度，引入概率方法在算法分析中的應用，如隨機算法的期望性能分析。重點分析與Amortized Analysis（攤還分析）在動態數組、斐波那契堆等結構中的關鍵作用及嚴格證明。 第2章：排序算法的現代視角：不僅迴顧經典比較排序，更側重於非比較排序（如基數排序、桶排序）在特定數據分布下的性能優勢。詳細分析外部排序（External Sorting），特彆是針對TB/PB級數據，磁盤I/O效率的優化策略與模型構建。 第3章：信息論與算法設計：探討信息熵如何指導決策樹的構建，以及最小描述長度（MDL）原則在模型選擇中的應用。討論$Omega(N log N)$ 下界的嚴格推導與例外情況。 第二部分：內存層次結構優化的數據結構 (Cache-Aware Structures) 在現代處理器中，內存延遲是性能的主要瓶頸。本部分專注於設計和實現那些能有效利用CPU緩存（L1, L2, L3）的數據結構。 第4章：緩存友好性與空間局部性：詳細闡述僞訪問（False Sharing）、緩存行填充（Cache Line Padding）的概念，以及如何通過重新排序數據訪問模式來最大化緩存命中率。 第5章：B樹族的現代變種：深入研究B+樹在數據庫索引中的核心地位，並重點介紹其在固態硬盤（SSD）環境下的優化版本，如B樹和LSM-Tree（Log-Structured Merge Tree）的原理、寫放大問題及其緩解技術。 第6章：高維空間索引：超越簡單的二維數據，探討R-Tree、Quadtree、Octree等空間劃分結構，及其在地理信息係統（GIS）和近鄰搜索中的應用。分析不同結構在數據分布不均時的性能退化。 第7章：綫性與跳躍錶的高效並發實現：研究Skip List的並發版本（如Lock-Free Skip List），以及如何利用原子操作（CAS）實現無鎖訪問，並在多核環境中保持高吞吐量。 第三部分：高級圖論算法與網絡流 (Advanced Graph Algorithms) 本部分聚焦於復雜網絡建模中的核心算法，特彆是那些在網絡優化、資源分配和約束滿足問題中不可或缺的部分。 第8章：最短路徑的擴展：除瞭Dijkstra和Bellman-Ford，深入講解A搜索的啓發式函數設計，以及在大規模動態圖中，如何利用層次化網絡分解（如Contraction Hierarchies）進行實時查詢加速。 第9章：最大流/最小割的工程實現：詳述Dinic算法和Push-Relabel算法的內部機製和性能瓶頸。討論如何利用預流推進（Preflow Push）思想來解決大規模、稀疏網絡的流問題。 第10章：匹配、覆蓋與集劃分：深入探討二分圖最大匹配的Hopcroft-Karp算法，以及在非二分圖中的最大權重匹配（如Blossom算法）的復雜性與實踐難點。 第11章：圖嵌入與復雜網絡分析：介紹如何將圖結構映射到低維嚮量空間（如Node2Vec, DeepWalk），用於社區發現、鏈路預測等前沿應用。 第四部分：動態規劃與優化技術 (Mastering Dynamic Programming and Heuristics) 本部分旨在提升讀者解決NP-Hard問題的能力，重點關注如何在實際約束下找到“足夠好”的解。 第12章：動態規劃的優化與狀態壓縮：係統梳理背包問題、旅行商問題（TSP）的精確解法。重點分析“四邊形不等式”和“Knuth優化”等技術如何將DP的復雜度從$O(N^3)$降至$O(N^2)$。 第13章：近似算法與有界誤差：針對無法在多項式時間內精確求解的問題（如集閤覆蓋），講解Greedy近似算法的性能保證（Approximation Ratio）的證明方法，並分析FPT（Fixed-Parameter Tractable）算法的設計思想。 第14章：隨機化算法與濛特卡洛方法：介紹Las Vegas算法（保證正確性，隨機化運行時間）和Monte Carlo算法（允許一定概率的錯誤）。探討如何在組閤優化中利用隨機抽樣和模擬退火（Simulated Annealing）進行全局搜索。 第五部分：並發與分布式環境中的數據結構 (Concurrent & Distributed Structures) 麵嚮大規模並行計算和雲計算環境，本部分介紹如何在多綫程、多核以及分布式係統中安全、高效地管理數據。 第15章：無鎖（Lock-Free）編程基礎：深入講解Compare-and-Swap (CAS)等原子指令，以及如何利用它們構建無鎖隊列（如Michael & Scott Queue）和棧。分析實現無鎖結構的復雜性與ABA問題的規避。 第16章：基於樂觀並發控製的數據結構：探討事務內存（Transactional Memory）的概念，以及在標準庫中如何通過讀寫鎖（Read-Write Locks）和樂觀鎖來優化高並發讀取場景下的性能。 第17章：分布式哈希與一緻性模型：介紹一緻性哈希（Consistent Hashing）在負載均衡和分布式緩存（如Memcached, Dynamo）中的核心作用。討論CAP定理對數據結構設計選擇的製約。 第18章：可擴展的外部存儲結構：專門分析Bloom Filter和HyperLogLog等概率數據結構在分布式係統中的作用，用於快速成員測試和基數估計，以減少昂貴的網絡通信。 --- 【特色與實踐導嚮】 本書不僅停留在理論層麵，更強調工程實現細節： 1. 多語言實現的視角： 所有核心算法均提供瞭C++（側重性能與底層控製）和Java/Go（側重並發模型與工程落地）的僞代碼或關鍵片段說明，幫助讀者理解不同語言範式下的實現差異。 2. 性能分析工具鏈： 提供瞭如何使用如Valgrind/Cachegrind、perf等工具對實現的數據結構進行微基準測試（Micro-benchmarking）和緩存性能分析的方法論。 3. 真實世界案例剖析： 穿插瞭對PostgreSQL B+樹索引、Redis Skip List實現、Google Guava庫中算法的深度剖析，將抽象理論與工業級代碼連接起來。 《高級數據結構與算法實現》是您從“會用”到“精通”的關鍵一步，它將為您揭示高性能計算領域背後的數學嚴謹性與工程智慧的完美結閤。

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**第五段** 從作者的語氣和行文的節奏來看，這本書的撰寫過程一定充滿瞭對讀者的關懷與耐心。整本書的語言風格保持瞭一種令人愉悅的平衡——既有技術文檔的嚴謹性，又不失一種溫和的指導感。作者似乎總能預判到讀者可能産生的睏惑，並在關鍵轉摺點設置瞭“疑難解析”或者“常見誤區”的提示框。例如，在講解遞歸函數時，那個關於調用棧溢齣的警告，配上一個形象的“無限下墜”的比喻，讓原本抽象的概念立刻具象化瞭。這種細緻入微的關懷，使得閱讀體驗非常順暢，幾乎沒有遇到“卡殼”的地方。我感覺作者不僅僅是在傳授知識，更像是在進行一場高質量的“一對一輔導”。這種高密度的知識點講解與人性化的引導設計相結閤，使得這本書成為瞭我書架上那本被翻閱次數最多的技術讀物。

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**第三段** 這本書的實戰演練部分，是其價值鏈中非常閃光的一環。很多教程在理論講解後，往往隻是簡單地給幾個“Hello World”級彆的練習草草收場，但這本書明顯走得更遠。它提供瞭一係列難度遞增的小項目，這些項目不是孤立的知識點測試，而是將前幾章所學的知識點有機地串聯起來，形成一個完整的功能模塊。我記得在講到文件I/O操作的那一章結束後，配套的任務是要求編寫一個小型日誌記錄器。這個任務不僅考察瞭文件讀寫，還巧妙地引入瞭時間戳的應用和簡單的錯誤日誌記錄機製。完成這個小項目後，我感覺自己像是真正搭建瞭一個有用的工具，而不是僅僅寫齣瞭一段能編譯通過的代碼。這種“學以緻用，即時反饋”的模式，極大地增強瞭我的學習動力，讓我感覺自己掌握的知識是“活的”，而不是書本上的死知識。

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**第一段** 這本書的裝幀設計真是讓人眼前一亮，那種深沉的藍色調搭配燙金的書名，立刻就營造齣一種專業且權威的氛圍。我拿到手的時候，那種厚重感和紙張的質感，都讓人覺得這是一本值得細細品讀的“硬貨”。內頁的排版也相當考究，字號大小適中，行間距拿捏得恰到好處，即便是長時間閱讀也不會感到眼睛疲勞。更值得稱贊的是，書中大量的代碼示例，它們被清晰地用不同的顔色進行瞭高亮區分，使得復雜的邏輯結構一目瞭然。對於初學者來說，這種視覺上的友好度簡直是福音，它大大降低瞭早期學習的挫敗感。而且，每一章的開頭都有一個簡短的引言，概述瞭本章將要涉及的核心概念及其在整個編程體係中的位置，這種結構化的引導方式，讓讀者在深入細節之前，就能對全局有一個清晰的認知。總的來說，這本書在物理呈現和視覺傳達上，做到瞭極高的水準，體現瞭齣版方對技術書籍品質的堅持。

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**第二段** 坦白說，我最初抱著一種“試試看”的心態開始翻閱這本教材的，畢竟市麵上編程入門書籍汗牛充棟，真正能深入淺齣講透底層原理的鳳毛麟角。然而，這本書的敘事風格卻齣乎我的意料。作者似乎非常理解一個初學者的思維定勢和認知盲區，他沒有一上來就拋齣晦澀難懂的專業術語，而是選擇瞭一個非常貼近生活、具有畫麵感的比喻來引入第一個麵嚮對象概念。比如，他將類比作“藍圖”，將對象比作“根據藍圖建造齣來的實體建築”，這種描述方式極其生動，讓人一下就抓住瞭核心精髓。後續章節的遞進也處理得非常平滑，從基礎語法到數據結構，再到異常處理，每一步都像是沿著一條精心鋪設好的軌道前進，穩健而不會讓你感到突兀。我特彆欣賞作者在講解復雜算法時所采用的“逐步剖析法”，它不是直接給齣最終代碼，而是將每一步的思考過程都詳細寫齣，這對於培養讀者的邏輯推理能力至關重要。

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**第四段** 要評價一本技術書籍的深度，就必須看看它如何處理那些“邊緣地帶”的問題。這本書在這方麵展現齣瞭極高的專業素養。在講解基礎特性時，作者總會附帶一個“深入探究”或者“性能考量”的小欄目。例如，在討論變量作用域和內存管理時，作者沒有滿足於簡單的解釋，而是深入探討瞭垃圾迴收機製的工作原理，甚至對比瞭不同實現下的性能差異。對於那些想要從“會用”進階到“精通”的讀者來說，這些內容簡直是如獲至寶。它避免瞭讓讀者在未來遇到實際性能瓶頸時，隻能去網絡上零散地搜索答案。這種前瞻性的知識儲備，讓這本書的生命周期得以延長，它不僅僅是一本入門手冊，更像是一本可以伴隨開發者度過職業生涯初期階段的參考書。它的視野超越瞭單純的語法教學，觸及到瞭工程實踐的核心。

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