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出版者:清华大学出版社

作者:代绍庆 编

出品人:

页数:200

译者:

出版时间:2005-1

价格:18.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787810824972

丛书系列:

图书标签:

• 网络协议
• 路由
• 计算机网络
• TCP/IP
• 网络工程
• 数据通信
• 网络安全
• 网络技术
• 路由协议
• 网络原理

现代数据结构与算法分析 导论：理解计算的基石 在飞速发展的数字时代，数据是新的石油，而算法则是驱动现代信息社会的引擎。本书《现代数据结构与算法分析》旨在为读者提供一套全面、深入且与时俱进的知识体系，涵盖了从基础理论到尖端应用的各类核心数据结构和算法设计范式。我们深知，扎实的理论基础是构建高效、可扩展系统的先决条件。因此，本书不仅关注“如何实现”，更着重剖析“为何如此设计”以及“在何种场景下表现最优”。 本书的编写遵循了从抽象概念到具体实现的逻辑递进路线，旨在培养读者严谨的计算思维和问题解决能力。我们力求以清晰、详尽的方式阐述每一个概念，辅以丰富的实例和严格的复杂度分析。 --- 第一部分：基础结构与复杂度理论 本部分为后续高级主题打下坚实的基础。我们首先回顾离散数学中与算法分析紧密相关的数学工具，特别是关于序列、递归关系和渐近分析（大O、Omega、Theta符号）的严格定义和应用。 第1章：算法效率的量化 深入探讨算法时间复杂度和空间复杂度的度量标准。我们将详细分析最好、最坏和平均情况下的性能差异，并介绍主定理（Master Theorem）及其在分析递归算法时的实际应用。此外，我们将引入概率分析的概念，为处理随机化算法做准备。 第2章：线性数据结构的深度剖析 本章聚焦于最基础但用途广泛的线性结构。我们不仅会介绍数组（Arrays）和链表（Linked Lists）的底层实现机制，还将对比它们在内存分配、插入/删除操作上的优劣。重点内容包括： 栈（Stacks）：后进先出（LIFO）的应用，包括表达式求值、函数调用栈的模拟。 队列（Queues）：先进先出（FIFO）的实现，包括环形队列和优先级队列的基础概念引入。 特殊线性结构：如双端队列（Deques）及其在滑动窗口问题中的高效应用。 第3章：树形结构：分层与搜索的艺术 树是组织分层数据的核心结构。本章将系统地梳理各类树结构： 基础二叉树与遍历：前序、中序、后序遍历的算法实现及其在树结构操作中的意义。 二叉搜索树（BST）：插入、删除、查找的O(log N)平均性能分析，以及最坏情况下的性能退化问题。 平衡树的引入：为解决BST的性能瓶颈，我们详细介绍AVL树和红黑树（Red-Black Trees）的旋转和再平衡机制。红黑树的五个性质将被严格证明，确保读者理解其O(log N)时间保证的数学依据。 --- 第二部分：高级数据结构与特定应用 本部分将视角拓展到解决特定复杂问题的专业化结构，这些结构是现代系统设计中不可或缺的组件。 第4章：高效搜索与排序算法 排序是算法领域永恒的主题。本章对比和分析了多种主流排序算法的性能和适用场景： 比较排序：快速排序（QuickSort）的随机化优化、归并排序（MergeSort）的稳定性与并行潜力。我们将深入剖析快速排序的“枢轴选择”对性能的关键影响。 非比较排序：计数排序（Counting Sort）、基数排序（Radix Sort）和桶排序（Bucket Sort），重点分析它们在数据范围受限情况下的线性时间优势。 搜索算法优化：二分查找的变种及其在有序数组中的极限应用。 第5章：堆结构与优先级的管理 堆（Heap）是实现高效优先级队列的核心。本章详细介绍二叉堆的结构和操作（构建、插入、提取最大/最小元素）。随后，我们转向更强大的结构： 斐波那契堆（Fibonacci Heaps）：虽然实现复杂，但其摊还分析下的优秀性能（尤其是减小键操作）使其在如Dijkstra算法等特定应用中表现卓越。我们将着重于摊还分析的方法论。 第6章：图论算法的全面解析 图结构是建模网络、关系和流程的终极工具。本章是全书的重点之一，涵盖了图的表示方法（邻接矩阵与邻接表）和核心算法： 图的遍历：深度优先搜索（DFS）和广度优先搜索（BFS）在连通性判断、拓扑排序中的应用。 最短路径问题： Dijkstra算法：非负权重的单源最短路径。 Bellman-Ford算法：处理包含负权边的图，以及检测负权环。 Floyd-Warshall算法：所有顶点对之间的最短路径。 最小生成树（MST）：Prim算法和Kruskal算法的比较及其贪婪策略的正确性证明。 网络流基础：最大流-最小割定理的直观解释与Ford-Fulkerson方法的概述。 --- 第三部分：散列、动态规划与高级主题 最后一部分深入探讨数据存储的效率极限以及处理重叠子问题的方法论。 第7章：散列表与冲突解决 散列表（Hash Tables）提供了近乎O(1)的平均查找时间。本章细致分析散列函数的设计原则，以及常见的冲突解决技术： 链式法（Separate Chaining）：负载因子对性能的影响。 开放寻址法（Open Addressing）：线性探测、二次探测和双重散列的优缺点对比。 完美散列（Perfect Hashing）：在静态数据集下实现零碰撞的理论基础。 第8章：贪婪算法与动态规划 本章区分了两种重要的优化技术： 贪婪算法：强调贪婪选择性质的证明——如何确保局部最优选择能导向全局最优解（如霍夫曼编码）。 动态规划（DP）：系统地介绍DP的两个核心要素——最优子结构和重叠子问题。我们将通过背包问题（Knapsack）、最长公共子序列（LCS）和矩阵链乘法等经典案例，详细展示自底向上（Bottom-Up）和自顶向下带备忘录（Top-Down with Memoization）的实现技巧。 第9章：计算的边界与近似 为使读者对计算复杂性有一个全面的认知，本章探讨了无法在多项式时间内解决的问题： NP完全性简介：P类、NP类、NP-Complete的定义。我们将以可满足性问题（SAT）的归约思想为例，说明NP-Completeness的证明思路。 近似算法：对于NP-Hard问题，讨论设计高质量近似算法的策略，以在可接受的时间内获得足够好的解。 --- 结语 《现代数据结构与算法分析》不仅仅是一本参考手册，更是一套思维训练的工具。掌握这些内容，将使读者能够自信地面对任何复杂的信息处理挑战，从设计高性能的数据库索引到优化大规模的机器学习模型，这一切都建立在对数据和算法的深刻理解之上。本书的后续修订将持续关注量子计算对传统算法分析的潜在影响，确保其内容始终立足于信息科学的最前沿。

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读完这本书，我对网络世界的理解，简直是脱胎换骨。我原本以为网络只是一个抽象的概念，但这本书让我看到了它背后如火如荼的“工程”。尤其是关于路由部分，简直是让我大开眼界。我一直觉得路由器就像是一个简单的“中转站”，但事实远比我想象的要复杂得多。书中详尽地阐述了各种路由协议，比如RIP、OSPF、BGP等等。我开始理解，这些协议就像是网络中的“交通规则”和“导航系统”，它们协同工作，确保数据能够在错综复杂的网络路径中找到最优的传输方式。我特别着迷于OSPF的工作原理，它是如何通过“洪泛”的方式来构建网络拓扑图的？又是如何基于这个拓扑图计算出最短路径的？而且，书中还提到了BGP，这是连接互联网核心的关键协议，它所涉及的策略和管理，让我看到了互联网的“国家地理”般的宏大和复杂。我以前觉得我只是一个“网络用户”，现在我感觉自己更像是一个“网络观察者”，能够从更宏观的角度去理解互联网的运行机制，甚至能体会到其中的一些“智慧”。

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这本书给我带来的冲击，远不止于技术层面的理解，更是一种思维模式的转变。我一直觉得计算机通信就是一个“点对点”的直接过程，但这本书让我认识到，它实际上是一个极其精细、分层设计的“服务链”。从物理层到应用层，每一层都有自己明确的职责和协议。我特别喜欢书中关于TCP和UDP的对比分析。TCP的“可靠性”是如何通过三次握手、四次挥手以及各种确认和重传机制来实现的？它就像是给每一条通信线路都加上了“保险”和“监督员”，确保数据的完整和准确。而UDP的“高效性”又是在什么场景下适用的？它就像是“即时通讯”工具，追求速度，即使偶尔丢包也能容忍。这种不同场景下不同协议的选择和权衡，让我看到了设计的艺术和工程的智慧。我甚至开始思考，这种分层模型是否也可以应用到其他领域，去解决复杂的问题。

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这本书让我对“互联互通”这个概念有了全新的认识。我以前以为，只要设备能上网，就能互相通信，但事实远非如此。这本书让我看到了，正是因为有了标准化的网络协议，不同的设备、不同的操作系统、甚至不同的网络运营商，才能够进行无缝的通信。我开始理解，为什么在互联网发展的早期，会存在各种各样的“私有协议”，以及为什么最终能够走向统一的标准。这种“标准化”的力量，让我看到了合作和共享的巨大价值，也让我认识到，一个开放、统一的网络生态系统，是多么的重要。

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一直以来，我对网络安全都抱着一种“事不关己”的态度，觉得那离我遥远。但读了这本书，我才意识到，网络协议的底层设计，本身就蕴含着安全的一些思考。书中虽然不是专门的安全书籍，但通过对数据包的封装、传输过程的讲解，我能隐约感受到一些潜在的脆弱点。比如，如果数据在传输过程中被“窃听”了怎么办？如果有人“伪造”了一个数据包又会怎么样？我开始猜测，后续的网络安全协议，比如IPsec，可能就是为了解决这些问题而诞生的。这本书为我打开了一扇关于网络安全的“启蒙之窗”，让我认识到，每一个看似简单的网络操作背后，都可能隐藏着潜在的风险，而这些风险的防范，需要从最底层的协议设计就开始考虑。我开始意识到，一个安全的网络环境，是建立在扎实、可靠的网络协议基础之上的。

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这本书，我早就听说了，它像一本沉甸甸的字典，封面上的“网络协议与路由”几个字，就透着一股子专业和神秘。我一直对网络世界是怎么运行的感到好奇，为什么我发出的信息能准确无误地到达远方的朋友？为什么我可以如此流畅地浏览网页，观看视频？这本书，就像一位经验丰富的向导，带领我一步步揭开这层神秘的面纱。我最期待的部分，是关于TCP/IP协议族的讲解。虽然名字听起来有些拗口，但据说书中会用生动形象的比喻，将那些复杂的概念解释得通俗易懂。想象一下，每一个数据包都像一辆辆载满信息的小汽车，如何在庞大而复杂的网络高速公路上安全、高效地行驶，并且最终能够准确地找到目的地，这背后的逻辑一定是相当精妙的。我尤其想了解，在数据传输的过程中，到底发生了哪些“故事”。比如，数据是如何被分割成小块的？这些小块又是如何被标记上地址和顺序信息的？在遇到网络拥堵或者连接中断时，它们又是如何“绕道而行”或者“重试”的？我对这些细节充满了兴趣，希望这本书能够满足我的求知欲，让我不再对网络通信的底层机制感到一无所知。

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这本书的阅读体验，让我最深刻的感受就是“逻辑之美”。网络的运行，就像是一场精密到毫秒的舞蹈，每一个参与者都遵循着一套严格的规则，而这些规则，就是各种网络协议。我尤其欣赏书中对“状态机”和“有限状态自动机”在协议设计中的应用讲解。这些抽象的数学模型，竟然能够如此清晰地描述出协议在不同阶段的状态转换和行为逻辑。例如，TCP连接的建立和关闭过程，就像是一个精心编排的“四步走”或者“三步走”的舞蹈，每一步都有其明确的目的和对应的响应。这种将复杂的现实世界行为，通过严谨的数学模型来抽象和描述的方法，让我深深着迷。我开始觉得，学习网络协议，不仅仅是学习一些技术名词，更是一种学习如何进行严谨逻辑思考和系统化设计的过程。

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这本书最大的价值，在我看来，在于它构建了我对网络世界的“全局观”。我之前零散地了解过一些网络知识，但总觉得它们像是一盘散沙，缺乏一个清晰的脉络。而这本书，就像是一个“框架”，将这些零散的知识点有机地串联起来，让我看到了它们之间的相互关系和层级结构。我开始理解，为什么会有“应用层”、“传输层”、“网络层”、“数据链路层”这样的划分，每一层是如何为上一层提供服务的，又如何依赖于下一层完成自己的任务。这种从宏观到微观，再到宏观的梳理过程，让我对网络通信的整体运作流程有了更清晰、更系统的认识。我不再是只看到“树叶”，而是能看到整片“森林”。

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这本书的阅读，让我对“效率”和“鲁棒性”这两个词有了更深刻的体会。我一直觉得，网络通信的“效率”就是越快越好，但书中让我看到，在追求效率的同时，也必须考虑“鲁棒性”，也就是在各种异常情况下，网络仍然能够稳定运行的能力。比如，TCP协议为了保证可靠性，在效率上会有一定的牺牲，但这种牺牲是值得的，因为它确保了数据的完整性。反之，UDP协议则更注重效率，在一些对实时性要求极高的场景下，即使丢弃一些数据包，也可以接受。这种在不同需求之间进行权衡和取舍的设计哲学，让我看到了工程师们在解决实际问题时所付出的努力和智慧。

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总而言之，这本书不仅仅是一本技术书籍，更是一本“思维训练手册”。它教会我如何去分析一个复杂系统，如何去理解其内部运作的逻辑，如何去评估不同的设计方案。我开始习惯于用分层的思想去拆解问题，用协议的思维去审视事物。即使将来我不再直接从事网络相关的工作，这本书所赋予我的这种分析能力和解决问题的思路，也必将是我宝贵的财富。它让我看到了，技术背后的哲学，以及人类在构建复杂系统时所展现出的非凡智慧。

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我对这本书的另一个惊喜，是它在讲解抽象概念时，所使用的具体案例。我原本以为，网络协议都是一些冰冷、枯燥的代码和数字，但书中用了很多贴近生活的例子，来解释那些抽象的原理。比如，讲解IP地址分配时，用到了“家庭住址”的比喻；讲解MAC地址时，用到了“身份证号”的比喻。这些通俗易懂的类比，让我瞬间就抓住了核心概念，不再被那些专业术语吓倒。我甚至觉得，这本书可以成为一本“网络百科全书”，不仅能让我了解网络技术，还能让我对计算机科学的整体思维方式有更深入的认识。它就像是搭建了一座桥梁，将我从一个普通的用户，引向了一个能够理解网络奥秘的“内在世界”。

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