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出版者:中國勞動社會保障

作者:李環主編

出品人:

頁數:241

译者:

出版時間:2004-2

價格:25.00元

裝幀:

isbn號碼:9787504543981

叢書系列:

圖書標籤:

• 計算機基礎
• 公共課
• 教程
• 計算機公共基礎
• 入門
• 基礎知識
• 高等教育
• 教材
• 信息技術
• 計算機科學

好的，為您撰寫一本關於計算機基礎知識的書籍簡介，該書並非《計算機公共基礎教程》，而是側重於更前沿、更深入或特定應用領域的計算機科學主題。 --- 書名：算法設計與高性能計算前沿探析 前言：跨越計算的邊界 在信息技術日新月異的今天，單純掌握基礎的計算機操作和概念已遠不能滿足現代工程、科學研究乃至日常生活對計算能力的需求。計算的深度與廣度正以前所未有的速度擴展，從支撐萬億次浮點運算的超級計算機，到優化每一次網絡請求的分布式算法，再到驅動人工智能革命的深度學習架構，其核心驅動力在於對算法的深刻理解和對計算效率的極緻追求。 本書《算法設計與高性能計算前沿探析》，正是為那些渴望超越基礎知識、立誌於解決復雜計算難題的讀者而準備。我們不再糾結於計算機硬件的初級架構或操作係統的基本命令，而是將視角聚焦於現代計算科學的製高點——算法的創新、復雜性的優化以及如何將這些優化付諸於大規模並行環境中實現高效執行。 本書核心內容概述： 本書結構分為三大篇章，層層遞進，旨在構建讀者從理論到實踐、從單機到集群的完整知識體係。 第一篇：現代算法設計範式與理論基石 本篇緻力於深化讀者對算法設計思維的理解，超越傳統的貪心、分治等基礎策略，深入探討解決當前計算瓶頸的先進方法。 1. 高級圖論算法與網絡流優化： 詳細剖析最小費用最大流、多商品流等在物流、通信調度中的實際應用模型。我們將探討如何利用對偶理論簡化復雜網絡問題的求解過程，並介紹隨機遊走算法在網絡結構分析中的新興作用。 2. 概率性算法與近似求解： 麵對NP難問題，精確求解往往不切實際。本章重點介紹拉姆齊理論在組閤優化中的應用，以及基於濛特卡洛方法的高精度隨機抽樣技術，特彆是針對高維積分和復雜統計建模的優化策略。我們還將深入探討在綫算法的設計，例如在綫調度與緩存淘汰策略，它們在動態環境中保持最優或接近最優性能的哲學。 3. 字符串匹配與生物信息學算法： 摒棄基礎的KMP或樸素匹配，本章引入後綴樹、Aho-Corasick 自動機及其在海量文本檢索和基因序列比對中的高效實現。特彆關注局部比對算法（如Smith-Waterman）在生物大數據挖掘中的精確性與速度平衡。 4. 數據結構的高效演進： 探討超越平衡二叉搜索樹的結構，如B+樹的變種在數據庫索引中的應用、Skip Lists的並發實現，以及Trie樹在路由查找中的優化。重點分析這些結構在內存訪問局部性和緩存友好性方麵的設計考量。 第二篇：高性能計算（HPC）與並行化策略 本篇將理論算法與現代硬件架構緊密結閤，探討如何充分利用多核處理器、GPU集群乃至超級計算機的並行能力。 1. 並行計算模型與內存層次結構： 深入分析PRAM 模型、數據並行與任務並行的區彆，並詳細闡述現代CPU/GPU的內存牆問題。本書將強調數據局部性、緩存一緻性和嚮量化指令集（SIMD）對程序性能的決定性影響。 2. GPU計算模型與CUDA/OpenCL編程： 這一部分是本書的重點。讀者將學習CUDA 編程模型（Thread Hierarchy, Shared Memory, Global Memory），理解Kernel的啓動機製、warp調度，並掌握如何將經典的矩陣運算、快速傅裏葉變換（FFT）等算法高效地映射到數韆個CUDA核心上。討論異構計算中的數據遷移瓶頸與優化技巧。 3. 大規模並行算法設計（MPI與OpenMP）： 針對多節點集群環境，本書詳細介紹消息傳遞接口（MPI）的通信原語（如Point-to-Point, Collective Operations），並針對實際應用，如有限元分析中的稀疏矩陣求解，設計高效的負載均衡策略。同時，結閤OpenMP實現共享內存環境下的細粒度並行化。 4. 分布式優化與容錯機製： 在處理PB級數據時，容錯是關鍵。本章介紹一緻性算法（如Raft/Paxos的簡化版）在分布式計算中的角色，以及如何設計Check-pointing和Rollback恢復機製來保障長時間運行的HPC作業的穩定性。 第三篇：麵嚮特定領域的計算前沿 本篇將前兩篇的理論與實踐工具，應用於當前計算科學最具活力的前沿領域。 1. 大規模機器學習的底層優化： 重點不在於TensorFlow或PyTorch的API使用，而在於其背後的優化。探討隨機梯度下降（SGD）的動量、自適應學習率（Adam, AdaGrad）的數學原理，以及分布式優化器（如AllReduce）在訓練超大型模型時的通信效率考量。 2. 雲計算環境下的資源調度與虛擬化： 分析容器化（如Docker/Kubernetes）在I/O密集型和CPU密集型工作負載中的性能差異。探討多租戶環境下的資源隔離與QoS保證所依賴的虛擬化和調度算法。 3. 量子計算基礎與算法展望： 作為對未來計算範式的探索，本章將介紹量子比特、量子門的基本概念，並著重分析Shor算法和Grover算法的核心邏輯，使讀者對量子霸權時代的計算模型有一個清晰的認識，而非停留在概念層麵。 本書特色與目標讀者： 本書結構嚴謹，理論闡述深入淺齣，同時提供瞭大量與現代計算架構緊密相關的實踐案例和性能分析。它要求讀者具備紮實的離散數學基礎和初步的編程經驗，目標讀者為計算機科學、軟件工程、應用數學及物理等領域的高年級本科生、研究生，以及尋求提升計算效率的軟件架構師和資深工程師。 讀完本書，您將能夠獨立設計、分析並高效實現在復雜硬件環境下的前沿計算問題解決方案。 ---

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這本《計算機公共基礎教程》的齣版，無疑為我們這些剛踏入信息技術殿堂的新手們提供瞭一份及時的指引。它並沒有一上來就拋齣那些晦澀難懂的專業術語，而是選擇瞭一條更親切的入門路徑。書的結構安排非常閤理，從最基礎的計算機硬件構成講起，就像是給一塊空白畫布打底，讓我們對這個“機器”有一個宏觀的認識。接著，它很自然地過渡到瞭操作係統的概念，這一點處理得尤其到位。作者似乎深諳初學者的心理，沒有過多糾結於底層代碼的復雜性，而是聚焦於如何有效地利用我們麵前的工具。比如，在講解文件管理和係統設置的部分，那種循序漸進的講解方式，讓人感覺自己不是在學習一門枯燥的技術，而是在學習一項實用的生活技能。我特彆欣賞它在概念闡述上的清晰度，即便是對於“內存”和“緩存”這類容易混淆的概念，也能通過形象的比喻來幫助理解，這極大地降低瞭學習的心理門檻。整本書讀下來，我感覺自己已經有瞭一個堅實的起點，不再是對計算機一無所知的新人，而是對這個領域有瞭初步的感知和敬畏。

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這本書在講解邏輯上的嚴密性，給人留下瞭深刻的印象。它不像某些入門書籍那樣，為瞭追求知識麵的廣度而犧牲瞭深度的連貫性，導緻讀者在不同章節之間找不到清晰的脈絡。相反，這裏的每一部分知識點似乎都是經過精心挑選和排列的，它們之間存在著清晰的因果關係和遞進邏輯。比如，在討論到程序設計的基本概念時，它並沒有直接跳入某種特定的編程語言，而是先從算法思維和問題分解的角度切入，這使得讀者能夠先建立起正確的“計算思維模式”。這種先宏觀後微觀，先理論後實踐的結構，讓讀者能夠構建起一個穩固的知識框架，而不是零散地堆砌知識碎片。當我迴顧一些較難的章節時，發現自己能夠追溯到更早的基礎概念，這證明瞭其內在邏輯的強大支撐力。對於那些追求係統性和完整性理解的學習者來說，這種結構上的嚴謹性是極其寶貴的財富。

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從排版和閱讀體驗的角度來看，這份教程的設計確實是下瞭功夫的。很多技術書籍往往因為排版過於擁擠，使得學習過程變成瞭一種視覺上的摺磨，但《計算機公共基礎教程》在這方麵做得相當齣色。大量的留白，清晰的標題層級劃分，以及恰到好處的圖示和流程圖，都極大地減輕瞭閱讀的疲勞感。我尤其贊賞它在關鍵概念總結上的處理方式——通常在一段復雜內容的講解結束後，會有一個“知識點迴顧”的小闆塊，用加粗或者不同的字體來突齣核心定義和公式，這對於快速迴顧和強化記憶非常有幫助。此外，每章末尾設置的“實踐操作建議”部分，雖然不是嚴格意義上的編程任務，但提供瞭大量引導性的思考題和驗證小實驗，促使讀者動手去驗證書中所講的原理，真正做到瞭“學以緻用”。這種細緻入微的編排，體現瞭作者對讀者學習路徑的深切關懷，使得學習過程更為順暢和高效。

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我發現這本書在語言風格上，保持瞭一種難得的平衡：既有學術的嚴謹性，又不失麵嚮大眾的親和力。它避免瞭過度學術化的冗餘錶達，而是用一種平實的、如同老朋友聊天般的語氣來解釋那些原本可能讓人望而卻步的技術名詞。這種獨特的敘事口吻，極大地激發瞭我持續閱讀下去的動力。我尤其喜歡作者在處理一些曆史背景和技術發展沿革時的敘述方式，它不再是冰冷的年代記錄，而是充滿瞭對技術創新者們智慧的贊嘆與思考。這種人文精神的注入，讓冰冷的“機器”擁有瞭溫度，幫助我們理解技術背後的驅動力和社會價值。總而言之，這本教程不光是工具書，更像是一本引人入勝的導覽手冊，它成功地將一門可能被視為高冷的學科，變得觸手可及、充滿魅力，讓我對未來的學習方嚮充滿瞭信心和期待。

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不得不說，這本書在內容的選擇上展現齣瞭一種麵嚮未來的務實態度。它不僅僅停留於對傳統計算概念的復述，而是巧妙地將一些前沿的、但又與基礎知識緊密相關的領域引入進來。例如，在討論到網絡基礎知識時，它沒有滿足於簡單的“IP地址”和“端口”的羅列，而是花瞭不少篇幅去解釋數據包的傳輸過程，以及現代互聯網協議的演進邏輯。這種深入淺齣的講解，使得讀者在掌握基礎的同時，也能對當前信息社會運行的基本規則有所瞭解。更讓我感到驚喜的是，書中對信息安全和隱私保護的討論，這在很多同類教材中往往被一筆帶過。然而，本書卻將其提升到瞭一個重要的戰略位置，通過案例分析的方式，生動地揭示瞭我們在日常使用中的潛在風險，並提供瞭切實可行的防範措施。這種將理論與現實緊密結閤的敘事手法，讓知識的獲取過程充滿瞭參與感和緊迫感，遠非那些隻羅列知識點的教科書可比。

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