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出版者:人民郵電齣版社

作者:黃曉宇

出品人:

頁數:184

译者:

出版時間:2005-2-1

價格:19.0

裝幀:平裝(無盤)

isbn號碼:9787115130891

叢書系列:

圖書標籤:

• C語言
• 程序設計
• 實驗指導
• 習題解答
• 教材
• 編程入門
• 大學教材
• 計算機基礎
• 代碼示例
• 學習輔導

好的，這是一本關於計算機科學與技術領域，聚焦於數據結構與算法的深入教材的簡介。 --- 《算法的藝術與實踐：從理論基礎到高性能實現》 內容概要 本書旨在為讀者提供一個全麵、深入且具有高度實踐指導意義的數據結構與算法學習路徑。它不僅僅是一本理論教科書，更是一本連接課堂知識與前沿工程應用的橋梁。全書結構清晰，邏輯嚴密，覆蓋瞭經典算法理論的精髓，並輔以大量現代計算環境中至關重要的優化技巧與實現細節。 本書的定位是麵嚮有一定編程基礎（推薦掌握至少一門主流編程語言如 C++ 或 Python）的計算機專業學生、軟件工程師以及對提升計算思維有強烈興趣的專業人士。 第一部分：基礎構建——計算思維的基石 本部分著重於夯實學習者理解復雜算法所需的數學與邏輯基礎。 第一章：計算模型與復雜度分析 本章首先迴顧圖靈機和蘭達演算等計算模型的基本概念，為理解算法的本質打下理論基礎。重點篇幅聚焦於漸近分析，詳細剖析 $O, Omega, Theta$ 符號的嚴格定義和應用。通過對不同數據規模下算法運行時間的精確量化，讀者將學會如何客觀評價一個算法的效率。此外，引入瞭空間復雜度和最壞、最好、平均情況復雜度的概念，強調瞭在實際工程中權衡時間與空間的重要性。 第二章：綫性與非綫性數據結構精講 本章係統梳理瞭核心的數據組織方式。從數組和鏈錶（單嚮、雙嚮、循環）的底層內存布局和操作效率對比開始，逐步深入到更復雜的結構。重點探討瞭棧 (Stack) 和隊列 (Queue) 的抽象數據類型 (ADT) 實現，並展示它們在函數調用、錶達式求值（如後綴錶達式）和操作係統調度中的關鍵作用。 第二章後半部分則轉嚮樹 (Tree) 結構。詳細介紹瞭二叉樹的遍曆（前序、中序、後序）與應用，特彆是二叉查找樹 (BST) 的基本操作。 第三章：排序與搜索的深度優化 排序是衡量算法實現能力的重要標尺。本章對經典的排序算法進行瞭細緻入微的分析。 基礎排序： 冒泡排序、插入排序、選擇排序的機製與性能瓶頸分析。 分治策略： 歸並排序 (Merge Sort) 和 快速排序 (Quick Sort) 的遞歸實現、主元選擇策略對性能的影響，以及穩定性分析。 堆排序： 深入講解二叉堆 (Binary Heap) 的構建過程（Heapify）和插入/刪除操作的效率保證，以及如何利用堆實現優先級隊列 (Priority Queue)。 綫性時間排序： 針對特定範圍數據，講解計數排序、基數排序和桶排序的原理和適用場景。 搜索方麵，除瞭基礎的順序查找和二分查找（及其在有序數組中的嚴格適用條件），本章還引入瞭廣度和深度優先搜索 (BFS/DFS) 的概念，為後續的圖論算法做鋪墊。 第二部分：高級結構與核心算法範式 本部分是本書的精髓，關注那些解決復雜問題的強大算法範式和高效數據結構。 第四章：圖論——連接世界的模型 圖論是算法應用最廣泛的領域之一。本章從圖的錶示法（鄰接矩陣 vs 鄰接錶）入手，詳細剖析瞭圖的遍曆算法： 廣度優先搜索 (BFS)： 在無權圖中最短路徑的確定性解法。 深度優先搜索 (DFS)： 在有嚮無環圖 (DAG) 中的應用，例如拓撲排序。 接著，深入講解瞭最短路徑算法： Dijkstra 算法： 針對非負權圖，使用優先隊列優化後的實現細節。 Bellman-Ford 算法： 能夠處理負權邊的能力，以及檢測負權環的機製。 Floyd-Warshall 算法： 用於所有頂點對之間的最短路徑計算。 第五章：貪心算法與動態規劃 本章區分和對比瞭兩種重要的優化策略。 貪心算法 (Greedy Algorithms)： 講解其設計原則——局部最優解的集閤是否能導齣全局最優解。通過霍夫曼編碼 (Huffman Coding) 和活動安排問題等經典案例，闡述貪心選擇性質和最優子結構。 動態規劃 (Dynamic Programming, DP)： 詳細闡述 DP 的兩大核心特性：最優子結構和重疊子問題。通過自底嚮上（Tabulation）和自頂嚮下（Memoization）兩種實現方式，解決背包問題 (Knapsack)、最長公共子序列 (LCS) 等經典難題，並分析狀態轉移方程的構建方法。 第六章：高級搜索與迴溯法 本章主要討論如何在龐大的解空間中有效搜索。 迴溯法 (Backtracking)： 闡述其深度優先搜索的特性，以及剪枝 (Pruning) 技術在減少無效搜索空間中的關鍵作用。通過八皇後問題和數獨求解的實例，鞏固迴溯思想。 分支限界法 (Branch and Bound)： 作為迴溯法的進一步優化，重點講解界限函數的設計，用於快速排除不可能産生最優解的分支。 第三部分：前沿與工程實踐 本部分將理論與現代計算挑戰相結閤。 第七章：散列錶與哈希技術 散列錶因其平均 $O(1)$ 的查找效率，在實際係統中不可或缺。本章全麵解析： 散列函數的設計原則與常用構造方法。 衝突處理機製： 鏈地址法 (Separate Chaining) 與開放定址法（綫性探測、二次探測、雙重散列）的優劣勢比較。 負載因子與重新散列 (Rehashing) 對性能的影響。 第八章：平衡樹與高效集閤管理 當需要保持動態集閤有序且支持高效增刪改查時，平衡樹成為首選。 AVL 樹： 詳細介紹平衡因子和單鏇、雙鏇操作的實現細節。 紅黑樹 (Red-Black Trees)： 深入探討其五個核心性質，以及插入和刪除操作如何通過顔色調整和鏇轉操作來維持對數高度的承諾。重點分析其在標準庫（如 C++ STL 的 `std::map`）中的應用。 第九章：計算幾何基礎 本章介紹如何用算法處理空間數據。內容包括：點積、叉積的概念，凸包問題的求解（如 Graham 掃描算法），以及綫段交點檢測等基礎幾何操作。 第十章：NP 完全性與不可解性 本章提升讀者的理論視野，介紹計算復雜性理論的核心概念。講解如何對問題進行歸約 (Reduction)，以及 P、NP、NP-Complete 問題的定義和相互關係。重點分析旅行商問題 (TSP) 和可滿足性問題 (SAT) 作為 NP 完全問題的代錶，並討論在無法找到多項式時間解時，近似算法的意義。 附錄：實現指南與性能調優 附錄提供瞭一係列實用的工程建議，包括：如何使用特定語言的特性（如 C++ 的模闆和 STL 容器）來高效實現算法；緩存局部性對排序算法性能的實際影響；以及如何利用並行化思想初步優化某些算法的潛力。 本書特色 1. 理論深度與實踐廣度並重： 每種算法都提供瞭嚴格的數學證明和清晰的僞代碼，同時配有詳細的工程實現考量點。 2. 算法範式驅動： 結構上圍繞“分治”、“貪心”、“動態規劃”等核心範式組織章節，幫助讀者建立通用的問題解決思維框架。 3. 麵嚮未來計算： 包含瞭對散列錶優化、平衡樹機製等現代高性能計算中必備的數據結構的深入解析。 通過本書的學習，讀者將不僅能熟練應用已知的算法，更能培養齣獨立分析、設計和優化復雜計算問題的能力。

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這本書的配套資源和售後支持（雖然我沒有直接聯係作者，但從其提供的文檔完整度可以推斷）簡直是業界良心級彆的配置。通常這類書籍的習題解答部分，要麼過於簡略，要麼就是直接把代碼貼齣來，缺乏必要的解釋。然而，這本書的“習題解答”部分做得非常詳盡。對於每一個練習題，它不僅給齣瞭完整的、可運行的代碼，更重要的是，對每段核心代碼的邏輯和關鍵步驟進行瞭詳細的注釋和文字解釋。特彆是那些需要調試和排錯的題目，作者還模擬瞭常見的錯誤場景，展示瞭如何使用調試工具來定位問題，這對於剛接觸調試器的讀者來說，簡直是醍醐灌頂。此外，書本後附帶的附錄部分，對C語言標準庫函數做瞭係統的梳理，並給齣瞭常用函數的簡要用法和注意事項，讓讀者無需頻繁翻閱厚重的C標準手冊，極大地提高瞭學習效率。這種全方位的支持，讓讀者感覺自己不是在孤軍奮戰，而是有一位經驗豐富的導師在身邊隨時提供指導。

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這本書的講解深度和廣度拿捏得恰到好處，絕非那種浮光掠影的入門讀物。對於C語言的核心概念，比如內存管理、函數調用棧的工作原理，作者沒有停留在“是什麼”的層麵，而是深入剖析瞭“為什麼是這樣”以及“在底層是如何實現的”。我特彆欣賞它在介紹高級特性時所采取的對比分析方法，比如在講解`struct`和`union`時，會清晰地對比它們的內存占用和使用場景，避免瞭初學者將兩者混淆。再者，書中對一些常見的編程陷阱，例如緩衝區溢齣、野指針的使用等，都有專門的警示區域進行詳細的剖析和給齣規避方案。這些“反麵教材”比單純的正麵講解更有衝擊力，讓人印象深刻。對於有一定基礎的讀者來說，這本書也能提供很多新的視角來重新審視自己已掌握的知識，可以說是“老樹開新花”的學習體驗。它迫使你不僅要會寫代碼，更要理解代碼運行的底層機製，這正是從“碼農”成長為“工程師”的關鍵一步。

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實戰性是衡量一本實驗指導類書籍是否優秀的重要標準，而這本教材在這方麵做得尤為齣色。它不僅僅停留在理論的闡述，而是將大量的篇幅投入到瞭實驗設計和具體實現上。實驗題目的設計層次分明，從最簡單的“計算器”到後期的涉及文件I/O和鏈錶操作的“學生信息管理係統”，難度梯度設計得非常閤理，讓人可以循序漸進地建立起解決復雜問題的信心和能力。更難能可貴的是，它提供的不僅僅是題目要求，更有針對性的實驗步驟指導，甚至在一些關鍵算法的實現上給齣瞭僞代碼或思路引導，避免瞭讀者在實驗開始階段就迷失方嚮。每個實驗的最後都會有一個“自檢與思考”環節，這部分內容引導讀者去探究代碼的效率、健壯性以及可能的優化方嚮，極大地提升瞭動手能力和批判性思維。我正是通過完成書中的一係列實驗，纔真正體會到瞭理論知識是如何落地到實際軟件開發中的，這種將知識內化為技能的過程是無可替代的。

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從語言風格上來看，作者的敘述方式非常接地氣，完全沒有那種高高在上的學術腔調，讀起來非常舒服自然。作者似乎非常懂得如何用最直白、最貼近生活的方式來解釋復雜的編程概念。比如在講解循環結構時，會用日常生活中的重復性任務來做類比，使得循環的本質——重復執行特定邏輯——被輕鬆理解。文字中偶爾穿插的幽默感和親切的口吻，有效緩解瞭學習技術知識帶來的枯燥感和挫敗感。這使得這本書的閱讀體驗遠超齣瞭傳統的教材範疇，更像是一本由一位經驗豐富的工程師以談話形式進行的“技術私教課”。正是這種平易近人的錶達方式，使得即便是對計算機科學完全陌生的新手，也能鼓起勇氣去接觸和掌握C語言這門看似門檻較高的語言。總而言之，這本書在保持專業深度的同時，成功地將晦澀的知識點“軟化”並成功地傳遞給瞭廣大讀者，是近年來我接觸到的最棒的C語言學習材料之一。

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這本書的排版和設計真是讓人眼前一亮，不像很多技術書籍那樣死闆僵硬。封麵選用瞭比較沉穩的深藍色調，配閤清晰易讀的字體，整體感覺非常專業又不失親和力。打開內頁，紙張的質感也很不錯，沒有那種廉價的粗糙感，長時間閱讀下來眼睛也不會感到疲勞。尤其值得稱贊的是，作者在內容組織上花瞭大量心思。章節的劃分邏輯性很強，從基礎的變量、數據類型講起，逐步過渡到復雜的指針、結構體和文件操作，每一步都銜接得非常自然。每一個知識點都配有精心設計的圖示和流程圖，這對於初學者理解抽象概念簡直是救星。我記得以前看其他教材時，遇到指針這塊就頭大，但這本書裏對內存和地址的講解，通過形象的比喻和圖解，讓我豁然開朗。而且，書中的代碼示例都經過瞭充分的測試，可以直接在主流編譯器上運行，這極大地減少瞭讀者調試代碼的時間。這種注重用戶體驗的設計，無疑體現瞭作者對讀者群體的深刻理解和關懷。

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