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出版者:高等教育出版社

作者:教育部高等教育司

出品人:

页数:341

译者:

出版时间:1999-6

价格:25.30元

装帧:简裝本

isbn号码:9787040066883

丛书系列:

图书标签:

• C语言
• 程序设计
• 编程入门
• 计算机科学
• 教材
• 算法
• 数据结构
• 基础教程
• 经典教材
• 理工科

深入剖析现代数据结构与算法的基石 书名：现代数据结构与算法精解 内容简介： 在信息技术飞速发展的今天，无论您是计算机科学专业的学生、软件工程师，还是致力于提升编程效率的技术爱好者，对高效、健壮的数据组织和处理方法的掌握都是核心竞争力。本书《现代数据结构与算法精解》旨在提供一个全面、深入且极具实践指导意义的知识体系，覆盖了从基础理论到尖端应用的全景图。我们摒弃了对特定编程语言的过度依赖，而是专注于算法设计思想、复杂性分析的严谨逻辑以及数据结构背后的数学原理，确保读者能够跨越语言的限制，真正理解“为什么”这样设计，而非仅仅“如何”使用。 本书结构严谨，逻辑清晰，分为四个主要部分，层层递进，引导读者构建坚实的理论基础，并熟练运用到复杂的工程实践中。 --- 第一部分：算法基础与效率度量（奠定基石） 本部分是理解后续所有高级主题的先决条件。我们首先回顾了离散数学中与算法分析直接相关的核心概念，如集合论、图论基础，并着重介绍了渐近分析的严格方法。读者将学习如何运用大O（$O$）、Ω（$Omega$）和小o（$o$）符号精确地描述算法在最坏、最好和平均情况下的性能边界。 重点内容包括： 1. 递归与递推关系求解： 详细讲解了主定理（Master Theorem）的推导过程及其在分析分治算法中的应用。 2. 时间与空间复杂度的深入剖析： 不仅停留在表面计算，更深入探讨了内存层次结构（缓存命中率、局部性原理）对实际运行时间的影响，这对于性能调优至关重要。 3. 概率分析基础： 引入随机化算法分析的视角，例如对快速排序平均情况的精确分析，以及如何处理随机输入模型。 --- 第二部分：核心线性与非线性数据结构（组织万物） 本部分是对经典和现代数据结构进行一次彻底的重构与深入探讨。我们不仅介绍了它们的基本操作（插入、删除、查找），更关注其背后的平衡机制和内存布局。 A. 线性结构的高级形态： 动态数组与内存管理： 探究数组在底层操作系统中如何进行内存分配和回收，以及如何通过摊还分析（Amortized Analysis）证明动态数组操作的平均高效性。 链表变体： 详述双向链表、循环链表，并引入跳跃列表（Skip List）。跳跃列表作为一种概率性数据结构，它以一种优雅的方式在保持$O(log n)$平均性能的同时，极大地简化了插入和删除的实现复杂度，完全避免了自平衡二叉树复杂的旋转操作。 B. 树形结构（平衡与查找的艺术）： 二叉搜索树的挑战与应对： 详述AVL树和红黑树（Red-Black Tree）的自平衡机制。对于红黑树，本书提供了详细的颜色翻转和旋转案例分析，并解释了其与2-3-4树的内在联系。 B-树及其在数据库中的应用： 深入讲解B-树和B+树的结构，重点阐述它们如何通过最小化磁盘I/O操作来优化外部存储数据的访问效率，这是数据库索引设计的核心。 Trie（前缀树）与字符串处理： 聚焦于Trie在高效前缀查找、自动补全和字典实现中的巨大优势。 C. 堆与优先队列的优化： 经典二项式堆与斐波那契堆： 本部分突破了传统教材对标准二叉堆的介绍，重点讲解了斐波那契堆（Fibonacci Heap）的延迟操作（Lazy Operations）机制，并分析了它如何在Dijkstra算法和Prim算法的优化版本中实现更优的渐近时间复杂度。 --- 第三部分：高级图论算法与网络流（连接世界的逻辑） 图论是建模复杂系统（如社交网络、交通路线、依赖关系）的通用语言。本部分侧重于算法的实际应用和效率优化。 1. 图的遍历与连通性： 细致区分DFS和BFS的应用场景，并引入Tarjan算法和Kosaraju算法进行强连通分量（SCC）的识别。 2. 最短路径的深度探索： 除了基础的Dijkstra和Bellman-Ford算法，本书还详细分析了Johnson算法，它如何通过势能（Potential Function）技术优化多源最短路径问题，尤其是在存在负权边的稀疏图中的效率。 3. 网络流理论与最大匹配： 这是本书的亮点之一。我们不仅介绍了Ford-Fulkerson方法，更深入讲解了基于增广路径的Edmonds-Karp算法和最高效的Dinic算法。随后，将网络流的原理迁移至二分图匹配问题（如霍尔定理的应用），展示了算法的普适性。 4. 最小生成树（MST）的并行化考虑： 讨论Kruskal和Prim算法的并行实现潜力。 --- 第四部分：高级计算范式与工程实践（解决难题的思维） 最后一部分将视野扩展到更具挑战性的计算问题，介绍解决这些问题的通用设计范式。 1. 动态规划（DP）的精髓： 强调状态定义、转移方程和最优子结构这三大支柱。通过背包问题（0/1、有界、无界）和最长公共子序列等经典案例，教授如何将复杂问题分解为可管理的子问题，并通过记忆化搜索或自底向上填充表格来避免冗余计算。 2. 贪心算法的适用性判断： 阐述贪心选择性质和最优子结构如何共同保证贪心策略的正确性，并通过实例（如区间调度问题）说明何时贪心是有效的，以及如何证明其正确性。 3. 回溯法与分支限界法： 针对组合爆炸问题（如N皇后、旅行商问题TSP），详细讲解如何利用剪枝（Pruning）技术，在搜索空间中有效剔除无效路径，从而大幅提升求解速度。 4. NP完备性概述： 简要介绍P、NP、NP-完全的概念，帮助读者识别哪些问题是目前已知的“硬”问题，从而将精力投入到寻找近似解或启发式算法上，而不是徒劳地寻找多项式时间精确解。 全书配有大量的伪代码示例，并附有对算法实现中常见陷阱和性能优化点的细致剖析。阅读本书，您将不仅掌握一系列工具，更重要的是，培养出一种系统化、可量化、追求效率的现代计算机科学思维模式。

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从排版和阅读体验的角度来看，这本书做到了极致的“功能至上”。你不会在里面看到任何时髦的渐变色或者花哨的插图，所有的重点都通过加粗、斜体或者注释框来突出显示，重点非常鲜明。我最喜欢的是它在介绍标准库函数时那种近乎偏执的严谨性。例如，在讲解`printf`家族的格式说明符时，它不仅列出了所有常见的用法，还专门辟了一个小节讨论了不同编译环境下对 `%llu` 或 `%zu` 等宽度限定符的支持差异。这种对细节的关注，体现了作者深厚的工程背景。它没有回避C语言中那些令人头疼的“不规范”和“历史遗留问题”，反而坦诚地把它们摆在桌面上，告诉读者：“这就是现实，你需要学会驾驭它。” 这让我感觉自己阅读的不是一本“入门指南”，而是一份权威的“操作手册”。

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这本书的习题部分，简直是另一个“小黑屋”训练营。很多其他教材的练习题无非是让你照着书上的例子改改数字，换个变量名了事，但这里的题目设计，明显带有强烈的实战导向和逻辑陷阱的考量。很多题目乍一看很简单，比如一个嵌套循环的输出，但如果你对C语言的副作用规则、运算符优先级理解不够透彻，很容易就会掉进那个精心设置的坑里。我为了解决其中一道关于宏定义的难题，查阅了将近三个小时的资料，最终才发现问题出在一个非常隐蔽的括号缺失上。这种“痛并快乐着”的学习过程，对我而言比单纯的知识灌输有效得多。它强迫我走出舒适区，去思考那些微妙的边界条件，也让我对代码的健壮性有了更深刻的敬畏之心。这本书更像是一个严苛的导师，它不会给你标准答案，只会给你指出错误所在，让你自己去修正。

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说实话，如果我是一个完全没有编程基础的新手，我可能会觉得这本书的起点设置得稍微有点高，它对上下文的解释比较少，更倾向于假设读者已经对计算机的基本工作原理有初步认知。但对于那些已经接触过其他高级语言，想回过头来系统学习一下底层机制的人来说，这本书的价值无可估量。我尤其对它在预处理阶段的讲解印象深刻。它不仅仅是简单地展示`#define`的用法，而是深入到了头文件如何被文本替换、宏展开的副作用，以及如何使用特定的编译指令来查看展开后的代码。这种对编译流程的透视，让我明白为什么有时候代码编译通过了，运行结果却完全出乎意料。这本书帮助我建立了一个完整的“代码 -> 编译 -> 运行”的闭环认知体系，让我的编程思路从“代码实现”升级到了“系统认知”，这对于编写高性能和高可靠性的软件至关重要。

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我是在一个高强度的项目紧要关头，抱着“速成”的心态接触这本厚厚的书的。坦白地说，起初我有点被它的深度压倒了。这本书的行文风格非常沉稳，不像现在市面上很多流行的技术书籍那样追求“轻快”和“趣味性”，它更像一位经验丰富的老工程师在跟你进行一对一的、不容打折的指导。我特别欣赏它在数据结构章节的处理方式。它没有直接堆砌各种复杂的算法实现，而是先用几页篇幅回顾了C语言中结构体和联合体的内存布局，然后才开始构建链表、栈和队列。这种自底向上的构建方法，极大地巩固了我对“结构”这个概念的理解。读到后面，即便是涉及到文件I/O的操作，作者也详细解释了操作系统层面是如何处理文件描述符的，这使得我对程序与硬件交互的认知上升到了一个新的台阶。读完后感觉，我不再只是在写代码，而是在和机器进行更深层次的对话。

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这本书的封面设计得非常朴实，黑白相间的字体和简洁的排版，一眼就能看出它瞄准的是严肃的学习者。我一开始还担心内容会不会过于陈旧，毕竟编程语言的世界变化得太快了。然而，当我翻开目录时，一种踏实感油然而生。它没有过多花哨的图表或花边新闻，而是直接切入核心概念，从最基础的变量类型、运算符开始，逻辑性极强地铺陈开来。特别是它对指针部分的讲解，简直是教科书级别的细致。作者似乎深知初学者在面对内存地址时的那种迷茫和恐惧，所以用了很多形象的比喻和非常具体的代码示例来剖析指针的底层运作机制。我记得有一章专门讨论了`malloc`和`free`的使用规范，那段落的严谨程度，让我想起了大学里最严格的那本算法分析教材。对于那些希望真正掌握C语言精髓，而不是停留在“会写”这个表层的人来说，这本书无疑是一本基石。它要求读者投入时间去理解“为什么”这样写，而不仅仅是“怎么做”。

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