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出版者:机械工业出版社

作者:周启海

出品人:

页数:276

译者:

出版时间:2004-1-1

价格:25.0

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787111123101

丛书系列:

图书标签:

• C语言
• 程序设计
• 教程
• 入门
• 编程
• 计算机
• 教材
• 学习
• 基础
• 算法

好的，这是一本名为《高级数据结构与算法解析》的图书简介，旨在深入探讨计算机科学中的核心理论与实践应用。 图书简介：高级数据结构与算法解析 目标读者： 本书面向具备一定计算机科学基础（如熟悉至少一门主流编程语言，理解基本数据结构概念）的读者，包括在校的计算机专业高年级学生、研究生，以及希望系统提升算法与数据结构能力的软件工程师、数据科学家和技术研究人员。 核心理念： 在信息爆炸和计算能力飞速发展的时代，高效地组织数据和设计优化的处理流程是解决复杂问题的基石。《高级数据结构与算法解析》旨在超越基础教程的范畴，深入剖析那些在现代计算领域（从高性能计算到人工智能，再到大规模系统设计）中扮演关键角色的复杂数据结构和核心算法。我们不满足于简单的“是什么”，而是侧重于“为什么”和“如何实现最佳性能”。 第一部分：深度数据结构剖析与优化 本部分将对基础数据结构进行革新性的重构和深化，关注其在特定场景下的性能瓶颈与优化策略。 第1章：平衡树的演进与应用 红黑树的内在机制与实用边界： 深入探讨红黑树的自平衡逻辑、旋转操作的严格证明以及其在内存局部性和缓存友好性方面的表现。我们将对比AVL树和B树，分析在读多写少或写多读少的不同I/O模式下，哪种结构能提供更优的摊还时间复杂度。 跳跃表（Skip List）的概率优势： 详细解析跳跃表的随机化思想如何实现近乎$O(log n)$的平均性能，并重点讨论如何精确控制层级分布的随机数生成器，以确保其在分布式系统和并发环境下的性能稳定性。 B+树与磁盘I/O优化： 针对数据库系统和文件系统，深入讲解B+树如何最大限度地减少磁盘寻道次数。内容包括缓冲池管理（Buffer Pool）与B+树节点加载策略的协同设计。 第2章：图论算法的复杂性与近似解 高级图表示法： 除了邻接矩阵和邻接表，我们将介绍容斥原理下的稀疏图表示（如Edge List的优化存储）以及用于大规模网络分析的压缩存储格式（如Label Propagation的底层数据结构）。 最短路径的局限与拓展： Dijkstra算法和Floyd-Warshall算法的理论复杂度分析之外，重点关注它们在引入负权边、需要实时路径重计算（Dynamic Shortest Path）时的应对策略，包括Contraction Hierarchies (CH) 的预处理思想。 最大流与最小割的工程实现： 深入讲解Push-Relabel算法和Dinic算法，分析其在不同网络拓扑结构下的实际表现，并探讨在交通网络或资源分配问题中如何利用多商品流模型进行扩展。 第3章：集合、堆与优先级队列的高级变体 斐波那契堆（Fibonacci Heap）的理论峰值： 详尽解析斐波那契堆如何实现常数时间的合并和减小键值操作，并讨论其在实际应用中（如Prim和Dijkstra的理论加速）常因常数因子过大而被舍弃的原因和适用范围。 二项堆与配对堆： 对比二项堆的结构化合并优势和配对堆的简单实现，分析它们在需要频繁合并操作的场景下的性能权衡。 融合数据结构（Meldable Structures）： 介绍Skew Heaps和Leftist Heaps，侧重于这些结构在实现可持久化数据结构时的简洁性。 第二部分：算法设计范式的深入实践 本部分关注解决问题的核心方法论，从经典范式到前沿优化技术。 第4章：动态规划的无后效性与状态压缩 DP的优化技巧： 重点讲解“WQS二分法”在处理“恰好K个”或“至少K个”约束的DP问题中的应用，以及如何利用斜率优化（Convex Hull Trick, CHT）来优化状态转移方程。 DP的记忆化与自动生成： 探讨如何使用程序分析技术来辅助识别DP的重叠子问题，并介绍一些用于自动构造或验证DP状态转移的工具化方法。 三维/高维DP的求解框架： 针对状态空间爆炸的问题，引入Meet-in-the-Middle策略作为对纯粹暴力搜索或高维DP的补充。 第5章：高级搜索与回溯策略 分支限界（Branch and Bound）的剪枝艺术： 不仅是简单的剪枝，而是探讨如何设计更紧凑的上下界估计函数，以及如何在启发式搜索（如A）中集成这些估计。 约束规划（Constraint Programming, CP）基础： 介绍基于回溯的CP求解器如何通过传播和一致性算法（如AC-3）来高效地修剪搜索树，并将其与传统的整数规划进行对比。 迭代加深搜索（Iterative Deepening Search, IDS）在内存受限环境下的优势分析。 第6章：字符串匹配与文本处理的现代方法 Aho-Corasick自动机与多模式匹配： 深入讲解如何利用有限自动机实现线性时间内的多模式并行搜索，并分析其在入侵检测系统（IDS）中的应用。 后缀结构的应用： 详尽介绍后缀树和后缀数组的构造算法（如Ukkonen算法和SA-IS算法），重点展示它们在LCP（最长公共前缀）计算、最长重复子串等复杂文本查询中的强大能力。 KMP算法的深入解析： 不仅停留在“Next”数组的构造，而是探讨其在流式数据处理中的潜在优化。 第三部分：高性能计算与并行化思维 本部分将视角从单机效率扩展到分布式和高并发环境下的算法设计。 第7章：近似算法与概率分析 近似比的严格证明： 重点分析如何为NP难问题的近似算法（如旅行商问题、集合覆盖问题）提供可靠的性能保证，包括对偶分析（Duality Analysis）在下界估计中的应用。 局部搜索与元启发式算法： 深入研究模拟退火（Simulated Annealing）的退火调度策略，以及禁忌搜索（Tabu Search）的记忆化机制，并探讨它们在组合优化中的实战效果。 随机化算法的错误概率控制： 讨论Las Vegas算法和Monte Carlo算法的设计原则，以及如何通过增加采样次数来将错误概率降至可接受的水平。 第8章：算法的并行化与并发性 并行数据结构（Concurrent Data Structures）： 分析无锁（Lock-Free）和无等待（Wait-Free）数据结构的设计，如基于CAS操作的并发栈和队列，以及它们在现代多核CPU上的性能瓶颈（如伪共享问题）。 并行图算法的挑战： 讨论如何将图遍历和最短路径算法（如BFS/DFS）映射到大规模并行处理器（如GPU或多核CPU集群）上，重点关注数据依赖性和负载均衡问题。 MapReduce与流式计算中的算法适应性： 探讨如何将经典算法（如排序、图迭代）重构以适应大数据框架的特性，强调通信成本在并行算法分析中的重要性。 总结： 《高级数据结构与算法解析》旨在提供一个严谨、深入且高度实用的知识体系。通过对经典理论的深度挖掘和对现代计算挑战的回应，读者将不仅掌握如何“写出”算法，更重要的是，理解如何在工程实践中“选择、设计和优化”应对复杂问题的最佳计算策略。本书的每一个章节都辅以严格的数学分析和具体的性能对比案例，确保理论的坚实性与工程实践的有效性并重。

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这本教材的排版和印刷质量简直是教科书级别的典范，每一页的边距、行距都经过了精心设计，长时间阅读也不会感到视觉疲劳。尤其是那些代码示例，不仅格式清晰规范，而且关键的语法点都用不同的颜色和字体进行了突出显示，这对于初学者来说简直是福音。我记得有一次，我在学习指针那部分时，因为书本的结构划分得非常合理，概念的引入循序渐进，每一个复杂概念的引入都伴随着直观的图示和简短的解释，让我能迅速抓住核心。不像我之前看的某些书，代码密密麻麻挤在一起，看得人晕头转向，这本书简直是反其道而行之，真正做到了“以人为本”的设计理念。而且，书本的装帧也很耐用，经常翻阅也不会轻易散页，这对于我这种喜欢在书上做大量笔记的读者来说，太重要了。翻开书本时，扑面而来的是一种沉稳、专业的学术气息，让人一看就知道这不是一本应付了事的教材，而是作者倾注了大量心血的结晶。

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从语言风格上来说，作者的叙述方式非常平易近人，完全没有传统理工科教材那种枯燥乏味的腔调。阅读这本书的过程，与其说是学习，不如说像是在跟一位经验丰富、知识渊博的导师进行一对一的深度交流。作者总是能用非常生动形象的例子来阐释抽象的概念。举个例子，关于“预处理指令”的那一节，作者并没有直接罗列一堆规则，而是通过一个生动的“工厂生产线”的比喻，将宏定义的展开、条件编译的筛选过程描绘得栩栩如生。这种充满人情味的写作风格，极大地降低了学习的心理门槛，让我原本对编程的畏惧感逐渐消散，取而代之的是对探索计算机世界的浓厚兴趣。

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书中对基础数据结构的讲解深度和广度，远超出了我对“入门级”教程的预期。我特别欣赏作者处理“内存管理”这一核心难点时的细腻手法。他们没有直接抛出复杂的术语，而是通过一系列精心构造的、逐步递进的小程序来模拟内存的分配与释放过程，甚至连堆栈的区别都用类比的方式阐述得非常到位。我过去在其他地方学习时，对`malloc`和`free`总是似懂非懂，总觉得哪里不对劲，但读了这一章后，我仿佛亲眼目睹了操作系统是如何管理内存的，那种“豁然开朗”的感觉是无与伦比的。更难能可贵的是，书中不仅讲解了“怎么做”（语法），更深入探讨了“为什么这么做”（底层原理），这种理论与实践紧密结合的教学方式，极大地提升了我对C语言的整体认知水平，不再仅仅停留在代码实现的层面，而是触及到了底层运行机制。

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这本书的体系结构组织得极为严谨，呈现出一种教科书特有的、逻辑递进的完美闭环。它仿佛是一张精心编织的知识网，从最基础的输入输出开始，稳步攀升至函数调用栈的深度剖析，每深入一个层次，都会自然而然地为下一个难点的理解打下坚实的基础。我尤其赞赏它在章节末尾设置的“知识点回顾与联系”部分，它不仅仅是简单的总结，更是将本章知识与之前章节内容进行关联，并预告后续章节将要解决的问题，这种前瞻性的结构安排，使得学习过程充满了连贯性和目标感，让我能始终把握住整个C语言知识体系的全貌，而不是陷入某个孤立知识点的泥潭中无法自拔，构建了一个非常牢固的知识框架。

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这本书的习题设计简直是精妙绝伦的“算法沙盒”。它们不是那种简单的、重复性的填空或改错题，而是真正考验读者逻辑思维和问题分解能力的小型项目。我特别喜欢最后一章那些综合性的实验项目，比如自己动手实现一个简单的文件I/O管理模块，或者编写一个基础的字符串处理库。这些练习迫使我必须将前面学到的所有知识点——从变量、循环到函数、结构体——整合起来应用，这比单纯做选择题有效得多。而且，每一组习题后面都附带了详细的解题思路分析（当然不是直接给出代码），这种引导性的提示非常到位，在我卡住的时候，能够提供一个正确的思考方向，而不是直接给我答案，保持了学习的挑战性和乐趣。我感觉自己像是在参加一个为期数月的编程训练营，收获巨大。

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