嵌入式系统设计与实例开发实验教材Ⅰ pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:清华大学出版社

作者:魏洪兴

出品人:

页数:280

译者:

出版时间:2005-9

价格:28.0

装帧:平装

isbn号码:9787302115069

丛书系列:

图书标签:

• 嵌入式
• nucleus
• 嵌入式系统
• 单片机
• 实验教学
• C语言
• Keil
• Proteus
• 硬件设计
• 软件开发
• 实践
• 教材

好的，这是一本关于高级数据结构与算法分析的专业教材的简介，旨在深化计算机科学专业学生对复杂数据结构设计、高效算法实现及其性能评估的理解。 --- 《高级数据结构与算法分析：理论、实现与性能优化》 图书简介 本书聚焦于计算机科学领域的核心基石——数据结构与算法的深层理论探讨、精妙实现技巧以及严谨的性能分析方法。它不仅是对基础数据结构（如数组、链表、栈、队列）的简单回顾，更是对那些支撑现代高性能计算、大数据处理和复杂系统构建的非标准、动态及分布式数据结构的全面系统性介绍。 本书旨在培养读者构建和评估复杂软件系统的核心能力，使其能够针对特定应用场景，选择或设计出最优的数据结构和算法方案。全书内容兼顾理论的严谨性与工程实践的实用性，力求在抽象思维训练与具体代码实现之间架起坚实的桥梁。 第一部分：复杂数据结构的深度剖析与实现 本部分将基础结构提升至新的维度，深入探讨那些在内存受限、查询密集型或需要高并发访问的环境中表现卓越的结构。 第1章：平衡搜索树的进化与实践 本章将详细解析红黑树（Red-Black Trees）的旋转机制与颜色维护准则，并引入AVL 树的严格平衡条件作为对比。重点在于B 树 (B-Trees) 及其变种B+ 树在磁盘I/O优化中的核心作用。我们将通过具体案例演示 B+ 树在数据库索引（如 MySQL InnoDB）中的内部结构，分析其分支因子（fan-out）对查找时间复杂度的实际影响，并探讨如何在内存受限的环境下，实现高效的跳跃表（Skip Lists），对比其与平衡树在并发控制上的优劣。 第2章：散列技术的精细化管理 超越基础的哈希表，本章深入探讨解决冲突的高级策略。内容涵盖链式法（Chaining）、开放地址法（Open Addressing）的各种探测序列（线性、二次、双重散列）。关键在于对一致性哈希（Consistent Hashing）的透彻讲解，这是理解分布式缓存系统（如 Memcached, Redis）和去中心化网络（如 DHTs）如何实现负载均衡和节点故障容忍的关键。此外，还将介绍完美哈希（Perfect Hashing）的构造方法，及其在静态数据集查询加速中的应用。 第3章：图论结构的高效建模与遍历 图结构是网络、社交、路径规划等领域的核心。本章从理论出发，深入分析最小生成树 (MST) 算法（Prim 和 Kruskal）的效率分析，特别是如何结合并查集（Disjoint Set Union, DSU）优化 Kruskal 算法的性能。在最短路径方面，将详细对比 Dijkstra 算法、Bellman-Ford 算法，并引入处理负权边的 SPFA 算法的实践考量。对于大图的遍历，我们将探讨流网络 (Flow Networks) 的基础概念，并实现 Ford-Fulkerson 方法及其基于增广路径的改进版本，分析其在最大匹配问题中的应用。 第4章：堆结构与优先级的动态维护 除了标准的二叉堆，本章专注于那些提供更优摊还时间复杂度的优先队列结构。我们将详细介绍斐波那契堆 (Fibonacci Heaps)，分析其在实现 Prim 算法和 Dijkstra 算法时，如何将渐进时间复杂度降低到理论最优水平。此外，二项堆 (Binomial Heaps) 作为其重要的理论前身，其合并操作的优雅性也将被深入剖析。 第二部分：算法分析的严谨性与高级主题 本部分将分析工具从渐进符号扩展到更精细的性能度量，并探讨解决 NP 难题的策略。 第5章：算法性能的严谨分析 本章将精确区分最坏情况、平均情况与摊还分析（Amortized Analysis）。我们将使用势能法（Potential Method）来严格推导动态数组扩容、斐波那契堆等结构的操作摊还时间复杂度。内容还将涉及概率分析，用以评估随机算法（如快速排序的随机化版本）的性能保证。 第6章：动态规划 (DP) 的状态设计与优化 动态规划不再仅仅是教材中的示例，本章侧重于DP 状态空间的压缩与优化。我们将分析如何应用凸包技巧 (Convex Hull Trick) 来加速线性递推关系式的 DP 求解，将 $O(N^2)$ 复杂度优化至 $O(N log N)$ 或 $O(N)$。同时，将讨论记忆化搜索 (Memoization) 与自底向上 DP 的工程选择考量。 第7章：近似算法与启发式搜索 面对不可解或计算成本极高的 NP 完全问题，本章介绍如何设计可接受的近似算法。内容涵盖集合覆盖问题 (Set Cover) 的 $ln(n)$ 因子近似算法，以及旅行商问题 (TSP) 的 2-近似算法。在启发式搜索方面，我们将深入研究 A 算法的评估函数设计，探讨其可采纳性 (Admissibility) 与单调性 (Consistency) 对搜索效率和最优性保证的影响。 第三部分：面向现代计算的特定结构 本部分将目光投向需要特殊处理的计算场景，如内存限制和大规模数据。 第8章：外部存储数据结构 当数据集无法完全载入内存时，算法的I/O成本成为瓶颈。本章专注于外部内存算法 (External Memory Algorithms)。我们将详细分析 B 树如何最小化磁盘寻道次数，并介绍Trie（前缀树）在高维空间或字符串匹配中的应用，特别是在处理海量文本索引时的性能特点。 第9章：高级字符串匹配与压缩结构 本章深入探讨高效字符串处理技术。内容包括 KMP 算法的失效函数（Prefix Function）的构造，以及 Boyer-Moore 算法的坏字符/好后缀规则。更进一步，我们将引入后缀树 (Suffix Trees) 和后缀数组 (Suffix Arrays)，分析它们在基因序列比对、多模式匹配和文本压缩中的强大能力，并对比后缀数组利用 LCP 数组进行快速查询的工程优势。 第10章：并行化与并发数据结构基础 针对多核处理器的普及，本章探讨如何在数据结构设计中融入并行性。我们将介绍基本的无锁 (Lock-Free) 或低锁 (Low-Lock) 数据结构，如基于 CAS (Compare-and-Swap) 操作实现的并发栈和并发队列。这部分内容强调的是原子操作的正确使用以及由此带来的内存模型挑战。 本书的结构设计确保了从基础理论到前沿应用的平滑过渡，旨在为有志于从事系统软件开发、高性能计算、数据科学平台构建的读者提供一套坚实且深入的知识框架。每章后附有具有挑战性的编程实现任务和理论证明题，以巩固所学知识。

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《嵌入式系统设计与实例开发实验教材Ⅰ》在概念的解释上，力求做到深入浅出，这一点我非常欣赏。很多时候，我们学习嵌入式，会遇到很多抽象的概念，比如中断、DMA、内存管理等等，这些概念如果解释得不够清晰，很容易让人望而却步。但在这本书中，编者通过生动的比喻和形象的插图，将这些复杂的概念一一拆解，比如在讲解中断时，作者用了一个“紧急电话”的比喻，生动地说明了中断发生时CPU是如何被打断并跳转到中断服务程序执行的。这种方式让我能够更容易地理解这些底层机制的工作原理，而不是死记硬背。

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我对本书在实时操作系统（RTOS）部分的处理方式印象深刻。RTOS是嵌入式系统开发中一个非常重要的组成部分，它能够有效地管理多任务、资源，提高系统的实时性和可靠性。本书在这部分并没有一笔带过，而是花了相当的篇幅去讲解，包括任务创建、调度、同步与互斥、消息队列等核心概念。通过书中提供的实验，我能够直观地感受到RTOS在多任务并行处理上的优势，比如同时控制多个LED闪烁，或者实现一个简单的生产者-消费者模型。这让我对嵌入式系统的复杂性和功能实现有了更深层次的理解，也认识到了RTOS在现代嵌入式开发中的不可或缺性。

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这本书在代码示例方面做得相当到位，这一点让我非常满意。很多章节都配有详细的代码片段，并且针对每一个关键的知识点都进行了注释，这对于初学者来说简直是福音。我曾经尝试过其他的一些教材，发现很多时候光看文字描述很难将概念转化为实际操作，但这本书不同，它提供了一整套可以动手实践的代码，让我可以直接复制代码然后进行修改和调试，这种“手把手”的教学方式极大地降低了学习门槛。我尤其喜欢其中关于GPIO控制的部分，书中提供了多种不同的点亮LED的示例，从最基础的直接操作寄存器，到使用HAL库，再到RTOS下的任务调度控制，层层递进，让我能够清晰地看到不同抽象层次带来的便利性和效率提升，这对于理解软件抽象和硬件交互的平衡非常有帮助。

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这本书在对硬件平台的选择和讲解上也显得非常专业和具有代表性。它并没有局限于某种单一的微控制器，而是选取了一些在工业界和教学领域都比较常见的平台，并且对这些平台的特性、开发环境、调试工具都进行了详细的介绍。这使得读者在学习完这本书后，能够触类旁通，更容易地适应和掌握其他类似的嵌入式平台。我尤其欣赏书中关于开发工具链的讲解，从交叉编译器的配置到调试器的使用，都给出了清晰的操作指南，这对于很多初学者来说，是迈出第一步的关键。

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《嵌入式系统设计与实例开发实验教材Ⅰ》给我最大的感受是，它是一本真正为读者考虑的书。无论是内容的选择、逻辑的编排，还是语言的表达，都体现出了编者深厚的专业功底和丰富的教学经验。它不仅仅是一本教材，更像是一位循循善诱的导师，带领我一步步走进精彩的嵌入式世界。书中的许多例子都非常贴近实际应用，让我能够感受到嵌入式技术在日常生活中的广泛应用，也激发了我进一步深入学习和探索的热情。对于想要系统学习嵌入式开发的读者来说，这本书绝对是不可多得的优秀教材。

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在阅读过程中，我发现本书非常注重培养读者的实际动手能力和解决问题的能力。它提供的实验案例并不是那种“照搬照抄”就能通过的，而是鼓励读者去思考，去尝试，去修改。例如，在讲解定时器的时候，书中提供了一个基础的定时器应用，但同时也引导读者去思考如何实现更复杂的定时功能，或者如何结合中断来完成周期性任务。这种引导式的教学方式，让我感觉自己不是在被动地接受知识，而是在主动地探索和学习，这对于提升我的工程实践能力非常有帮助，也让我对接下来的学习充满了信心。

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我特别喜欢书中对嵌入式系统调试技巧的讲解。很多时候，嵌入式开发的难点不在于编写代码，而在于调试。书中提供了一些非常实用的调试技巧，比如如何利用串口打印调试信息，如何使用断点和单步执行，如何分析内存和寄存器状态等等。这些技巧对于我来说，简直是“救命稻草”。我记得我曾经在一个项目中遇到了一个难以捉摸的bug，花费了很长时间都找不到原因，但当我翻阅这本书，并尝试书中提到的调试方法后，很快就定位到了问题所在。这种实践性的指导，远比理论上的描述要更有价值。

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拿到这本《嵌入式系统设计与实例开发实验教材Ⅰ》的时候，我满怀期待，毕竟嵌入式领域一直是我非常感兴趣的方向。书的封面设计简洁大气，散发着一种专业而沉稳的气息，这让我对内容有了初步的好感。翻开目录，首先映入眼帘的是清晰的章节划分，从基础概念的介绍，到具体硬件平台的讲解，再到软件开发的流程，逻辑非常严谨，看得出来编者在组织内容上花了不少心思。我特别关注了关于微控制器架构的那几章，我一直觉得理解底层原理对于深入学习嵌入式至关重要，而这本书在这方面的阐述，通过图文并茂的方式，将复杂的指令集和寄存器操作变得相对易懂，让我对CPU的工作方式有了更直观的认识。

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这本书对于实际开发流程的介绍也十分到位。它不仅仅是讲解了某个具体的硬件或某个具体的功能，而是从一个完整的项目流程出发，带领读者一步步完成。我个人觉得，对于嵌入式工程师来说，掌握的是一套完整的设计思维和开发方法论，而不仅仅是零散的知识点。这本书在这一点上做得很好，它会让你理解从需求分析、硬件选型、原理图设计、PCB布局，到软件编写、调试、测试等各个环节，尽管教材Ⅰ可能侧重于基础部分的开发，但其对整体流程的渗透，足以让你建立起一个初步的开发认知框架，为后续更深入的学习打下坚实的基础。

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本书在实验环节的设计上也给了我很多惊喜。它不仅仅是理论的堆砌，更强调动手实践，这正是嵌入式开发的核心所在。每一个实验都围绕着一个具体的功能展开，并且给出了详细的硬件连接图和步骤说明，这使得即使是没有太多硬件经验的读者也能顺利完成。我记得有一个实验是关于串口通信的，书中详细讲解了如何配置波特率、数据位、停止位等参数，并且提供了发送和接收数据的完整示例代码。通过这个实验，我不仅学会了如何使用串口进行设备间的数据交换，还对嵌入式系统中常见的通信协议有了初步的了解。最重要的是，实验过程中遇到的问题，书中的讲解也能提供一些思路，帮助我独立解决问题，这种培养独立解决问题能力的设计，远比单纯地告诉答案要珍贵得多。

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