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出版者:华东理工大学出版社

作者:白云

出品人:

页数:398

译者:

出版时间:2003-8-1

价格:38.00元

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787562813828

丛书系列:

图书标签:

• 自然科学
• Fortran90
• 程序设计
• 科学计算
• 数值分析
• 编程入门
• 计算机科学
• 高等教育
• 教材
• 工程技术
• 算法

图书简介：计算机科学前沿探索与实践 书名： 《计算机科学前沿探索与实践：算法设计、系统架构与新兴技术》 作者： 资深技术专家团队 页数： 约 850 页 开本： 16 开 定价： 168.00 元 --- 内容概述 本书并非侧重于某一特定编程语言的入门或深入，而是致力于为读者构建一个宏大而扎实的计算机科学知识体系。全书紧密围绕当代信息技术发展的核心脉络——高效的算法设计、健壮的系统架构构建、以及对新兴计算范式的深刻理解——展开论述。它旨在帮助具备一定编程基础的读者，跨越简单的代码实现阶段，迈向能够设计复杂软件系统和解决前沿技术挑战的专业工程师和研究人员的层次。 本书的结构分为三大核心部分，层层递进，相辅相成。 --- 第一部分：底层逻辑与高效算法的深层解构 本部分深入剖析了支撑所有现代计算的基石：算法与数据结构。我们摒弃了仅停留在“如何使用”的层面，转而探讨“为何如此设计”和“如何优化”的深层原理。 第一章：复杂性理论与计算模型的再审视 本章从计算的本质出发，回顾了图灵机模型在现代计算中的理论指导意义。重点讨论了P、NP、NPC问题的边界，以及如何利用复杂性理论来指导工程实践中的可行性判断。不同于初级教材的简单介绍，本章引入了交互式证明系统（IP）和量子计算对经典复杂性理论可能带来的冲击的初步探讨。 第二章：高级数据结构与空间优化 除了传统的数组、链表、树结构，本章聚焦于高性能计算环境下的数据组织。详细阐述了B+树在数据库索引中的优化策略、跳跃表的随机性优化原理，以及自平衡树（如红黑树和AVL树的变体）在并发环境下的局限性与改进方案。特别关注了Trie结构在文本处理和网络路由中的高效应用，以及基于哈希函数的设计原则，包括一致性哈希在分布式系统负载均衡中的关键作用。 第三章：优化算法的工程实现 本章的重点在于将理论算法转化为高效的工程代码。讨论了动态规划（DP）在资源调度问题中的矩阵链乘法、背包问题的精确解法与近似解法的权衡。图论算法部分，除了经典的Dijkstra和Floyd-Warshall，还深入剖析了最大流/最小割算法（如Edmonds-Karp和Dinic算法）在网络流和匹配问题中的实际性能瓶颈及解决之道。此外，本章还包含了一系列搜索与剪枝技术，如A算法的启发式函数设计对路径规划效率的影响。 --- 第二部分：系统架构与高性能计算范式 计算机科学的进步不仅在于算法，更在于如何将算法部署到实际运行的硬件与软件环境中。本部分聚焦于构建大规模、高可用、高性能的计算系统。 第四章：操作系统核心：内存管理与并发控制 本章超越了操作系统的基本概念，深入内核层级。详细解析了虚拟内存管理中页表的多级结构、TLB（Translation Lookaside Buffer）的缓存机制及其对性能的影响。在并发控制方面，重点探讨了现代多核处理器下的同步原语（如原子操作、内存屏障/Fence）的底层实现机制，以及无锁数据结构（Lock-Free Data Structures）的设计哲学和编程陷阱。 第五章：分布式系统设计原理 本部分是本书篇幅最重的章节之一。它系统地介绍了构建可靠、一致的分布式系统的核心协议。详细分析了CAP理论在实际系统（如ZooKeeper、etcd）中的取舍，深入讲解了Raft和Paxos一致性算法的详细流程、领导者选举的机制与裂脑问题的避免。此外，还探讨了分布式事务的SAGA模式与两阶段提交（2PC）的局限性，以及基于向量时钟和Lamport时间戳的事件排序机制。 第六章：现代网络通信与延迟优化 聚焦于应用层和传输层协议的高效应用。TCP协议中的拥塞控制算法（如CUBIC、BBR）如何影响吞吐量与延迟被详细剖析。在应用层，本书对比了REST、gRPC和消息队列（如Kafka、RabbitMQ）在不同场景下的性能表现与适用性。特别强调了零拷贝技术（Zero-Copy）在高性能I/O处理中的实现细节。 --- 第三部分：新兴计算范式与前沿交叉领域 本部分面向未来，探讨了当前正在重塑计算领域的关键技术，帮助读者建立跨学科的视野。 第七章：机器学习模型部署与推理加速 本章探讨了如何将复杂的深度学习模型投入生产环境。内容包括模型量化（Quantization）和剪枝（Pruning）技术对模型大小和推理速度的提升，以及如何利用特定的硬件加速器（如GPU、FPGA）进行高效的矩阵运算调度。讨论了ONNX等模型交换格式在异构平台部署中的作用。 第八章：量子计算基础与经典算法的量子加速潜力 本章提供了量子计算的入门视角，重点关注量子比特、量子门操作和基本电路模型（如Deutsch-Jozsa算法、Grover搜索算法的原理）。不涉及复杂的物理实现细节，而是着重分析当前经典算法在遇到量子威胁时，其安全性和效率可能受到的影响，以及经典密码学如何进行适应性升级。 第九章：安全计算模型与隐私保护技术 在数据驱动的时代，安全与隐私至关重要。本章涵盖了现代密码学中的关键应用，如椭圆曲线密码学（ECC）在数字签名和密钥交换中的效率优势。重点介绍了同态加密（Homomorphic Encryption）的基本概念，以及安全多方计算（MPC）在保护数据所有权同时进行联合分析的实现路径。 --- 适用读者 本书适合具有至少两年编程经验的软件工程师、系统架构师、计算机科学专业的高年级本科生、研究生，以及希望从应用层转向底层原理和系统设计的高级技术人员。它要求读者对基本的数据结构和编程范式有扎实的理解，并渴望系统性地提升解决复杂计算问题的能力。 本书强调理解原理重于记忆语法，通过严谨的数学推导、大量的系统级案例分析和工程实践中的权衡取舍，引导读者成为真正的“系统思考者”。

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坦白说，我对这本书的初印象是“厚重”且“务实”。我不是科班出身，转行接触高性能计算时，面对一堆晦涩的参考手册倍感压力。是我的导师推荐了这本《FORTRAN90程序设计》。这本书的厉害之处在于它并未沉溺于FORTRAN77遗留的那些繁琐的GOTO语句和固定格式，而是大刀阔斧地引入了模块化编程和面向数组的编程思想。书中关于`MODULE`结构的讲解尤其精彩，它清晰地展示了如何封装数据和子程序，极大地提升了代码的可维护性和复用性。我特别欣赏作者在处理输入/输出（I/O）时采用的“流式”描述方法，配合着清晰的案例，让我很快就掌握了如何处理复杂的数据文件。书中附带的大量“思考题”并非简单的练习，而是精心设计的微型项目，这些项目迫使读者去思考代码的性能瓶颈和边界条件。读完这本书，我感觉自己像是完成了一次系统的军事训练，对后来的并行计算（如MPI和OpenMP）的学习也打下了坚实的基础，因为它教会了我如何从底层思考计算的本质。

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这本书的阅读体验，可以说是一次对计算思维的洗礼。与其他编程书那种急于展示最新特性的浮躁不同，这本《FORTRAN90程序设计》显得极其沉稳和内敛。它没有用花哨的图表或引人注目的市场术语来吸引眼球，其力量完全蕴含在文字的精确性和逻辑的严密性之中。最让我印象深刻的是关于“指针”和“动态内存分配”的章节。在那个时代，这些概念对于许多程序员来说仍然是个挑战，但作者通过类比和细致的步骤分解，将复杂的内存管理过程描绘得一目了然，避免了许多潜在的内存泄漏和野指针问题。我曾拿着这本书，对照我正在进行的一个流体力学模拟项目，发现书中提供的优化建议可以直接应用到我的循环结构中，立竿见影地提升了运算速度。这本书的价值不在于教会你“怎么敲代码”，而在于教会你“如何思考计算的结构和效率”。它更像是一本高级工程师的笔记集，记录了多年经验的结晶，对于想要深入理解编译原理和高性能计算实践的人来说，是不可多得的珍宝。

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时隔多年，我偶然在二手书店再次发现了这本《FORTRAN90程序设计》。尽管我已经习惯了Python的动态类型和高级抽象，但重新翻阅此书，依然能感受到一种久违的“踏实感”。这本书最独特的地方在于它对“并行性”的早期引入。它不仅仅停留在理论层面讨论并行，而是通过具体的例子展示了如何利用FORTRAN90的数组操作符（如元素级运算）来自然地映射到未来的并行架构上。书中关于如何设计易于向量化的代码的章节，即便放在今天来看，其指导意义也丝毫不减。作者的文笔非常克制，没有任何夸张的描述，每一个技术点的讲解都像是外科手术刀般精准。我记得我当年最头疼的模块间的依赖关系管理，在这本书里被清晰地梳理出来，用模块接口规范完美解决了。它不是一本可以快速入门的书，它更像是一本“内功心法”，需要沉下心来反复研读，方能体会其深远的编程哲学。对于任何想真正掌握科学计算核心逻辑的人来说，这本书提供的底层视角是任何现代脚本语言都无法替代的。

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这本《FORTRAN90程序设计》初版问世时，我正处于学习计算机科学的黄金时期。那时候，对计算能力的渴望是空前的，而FORTRAN无疑是那个时代科学计算领域无可争议的王者。这本书的装帧朴实无华，封面设计简洁到近乎古板，但这恰恰体现了其内容的严谨性。我记得翻开第一页，扑面而来的是对变量声明、数据类型定义的详尽阐述，每一个符号、每一个关键字的意义都被拆解得淋漓尽致。作者似乎抱着一种“不容许任何模糊”的教学态度，对初学者极其友好，即便是对内存分配和编译过程只有模糊概念的人，也能通过书中的实例和图示，逐步建立起对程序逻辑的清晰认知。特别是关于数组操作的部分，书中用了很多篇幅来解释矩阵运算的效率优化，这对于当时急需处理大量科研数据的我来说，简直是雪中送炭。读完前几章，我就能写出比以前版本更简洁、更符合现代编程规范的代码了。这本书不仅仅是介绍一门语言，更像是一本工程学的入门指南，强调的是如何用高效、健壮的方式解决实际问题。它的价值在于其深厚的理论基础和对编程范式转型的深刻洞察力，绝非市面上那些只停留在“语法速查”层面的浅薄读物可比。

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我是在一个学习氛围相对轻松的培训班上接触到这本教材的，坦白讲，一开始觉得内容有些枯燥。然而，一旦我坚持读到关于“内部函数与外部函数接口”的部分，立刻领悟到了它的精髓。这本书对于如何与其他语言（比如C语言）进行高效互操作性的介绍，在当时是相当前沿和实用的。作者没有简单地罗列接口函数，而是深入剖析了数据在不同编译环境下的字节序和内存布局差异，这对于构建混合语言的计算系统至关重要。书中对“纯函数”的强调也让我受益匪浅，它引导我写出那些易于测试、副作用少的代码块。虽然现在的语言如Python和Julia在易用性上占据了上风，但理解FORTRAN90底层的这种对数据类型和内存布局的精细控制，对于理解现代科学计算库的性能优化原理至关重要。这本书的叙事风格是线性的、累积性的，它要求读者按部就班，不跳跃，不取巧，这种扎实的基础训练，远比掌握一堆时髦的框架更有价值。

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