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出版者:高等教育出版社

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页数:0

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出版时间:1900-01-01

价格:26.0

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isbn号码:9787040068658

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编程之美：数据结构与算法的精妙世界 图书名称：《编程之美：数据结构与算法的精妙世界》 图书简介 在当今这个由信息和计算驱动的时代，软件系统的性能与效率已成为衡量其价值的核心标准。任何一个成功的应用程序，无论其外观多么华丽，其底层都离不开对数据如何组织和处理的深刻理解。本书《编程之美：数据结构与算法的精妙世界》旨在为有志于构建高效、健壮软件的开发者和计算机科学爱好者，提供一套系统、深入且充满实践智慧的知识体系。 本书并非仅仅罗列概念，而是致力于揭示数据结构设计背后的哲学思想，以及算法优化过程中的权衡取舍。我们将带领读者穿越抽象的数学理论，直抵程序设计的核心——如何用最经济的方式解决最复杂的问题。 第一部分：基础奠基——计算思维的基石 本部分将为读者打下坚实的基础，介绍算法分析的理论工具和最基本的数据组织形式。 第一章：算法的度量与效率分析 我们首先探讨如何科学地评估一个算法的好坏。本章将深入介绍大O表示法、Ω表示法和Θ表示法，详细解析它们在描述算法最坏情况、最好情况和平均情况下的作用。通过具体的例子，如冒泡排序和选择排序，读者将掌握如何推导出时间复杂度和空间复杂度。此外，我们将引入递归分析（主定理和迭代法）这一强大的工具，用于处理分治策略算法的复杂度计算，为后续章节中更复杂的结构分析做好铺垫。我们还会讨论摊还分析的概念，特别是对于动态数组等数据结构中偶尔出现的“昂贵”操作的评估。 第二章：线性数据的组织艺术 线性结构是程序设计中最常见的数据组织形式。本章将聚焦于数组和链表。对于数组，我们将超越其静态分配的限制，深入探讨动态数组（如Vector）的内存管理和自动扩容机制，以及它们在缓存友好性方面的优势。对于链表，我们将区分单向链表、双向链表和循环链表，并详细比较它们在插入、删除和访问操作上的效率差异。特别地，本章会用多项式乘法或链表逆序等实际问题，展示链表在处理不规则数据访问模式时的灵活性。 第三章：堆栈与队列——约束下的高效协作 栈（Stack）和队列（Queue）是LIFO（后进先出）和FIFO（先进先出）原则的体现，它们是实现函数调用、表达式求值和任务调度的核心。我们将详细讲解如何用数组和链表实现栈和队列，并分析其性能。更进一步，本章将探讨双端队列（Deque）的应用，例如如何用它实现滑动窗口最大值等经典问题。我们还会覆盖优先级队列（Priority Queue），并详细介绍其基于二叉堆（Binary Heap）的实现，包括堆化（Heapify）过程和插入/删除最大/最小值的操作，这为Dijkstra算法等奠定了基础。 第二部分：非线性结构的深度探索 当数据之间存在复杂关系时，线性结构便显得捉襟见肘。本部分转向树、图等非线性数据结构，这些结构是现代复杂系统（如操作系统、网络路由和数据库索引）的支柱。 第四章：树的结构与遍历 树结构是表示层次关系和有序集合的强大工具。我们将从最基础的树的定义、术语入手，重点深入二叉树（Binary Tree）。本章的核心内容包括前序、中序、后序遍历的递归和非递归实现，以及层序遍历。随后，我们将进入二叉搜索树（BST）的构建、查找和平衡性问题。重点会放在自平衡二叉树，如AVL树和红黑树（Red-Black Tree）。我们将详细剖析红黑树的五条性质、旋转操作（左旋与右旋）以及插入/删除后的重新着色过程，理解它们如何保证$O(log n)$的最坏情况性能。 第五章：高效查找的艺术——平衡树与哈希 本章探讨如何实现快速的数据检索。在BST的基础上，我们将讲解B树和B+树，它们是关系型数据库和文件系统索引结构的核心。读者将理解为什么B+树的叶子节点连接在一起，以及它在磁盘I/O效率上的巨大优势。 随后，我们将转向哈希表（Hash Table）。本章将详细分析哈希函数的设计原则，如何选择一个好的哈希函数以分散数据。针对冲突解决问题，我们将对比链式法（Separate Chaining）和开放寻址法（Open Addressing，包括线性探测、二次探测和双重哈希）的优缺点。本章还将讨论负载因子对性能的影响，以及动态重哈希（Resizing）的实现细节。 第六章：图论的广阔天地 图（Graph）是最通用的数据结构之一，能建模现实世界中几乎所有的连接关系。本章将定义图的基本概念（顶点、边、权重、有向/无向、连通分量）。我们将重点介绍图的两种主要存储方式：邻接矩阵和邻接表，并分析它们在空间占用和边查询效率上的差异。 图的遍历是核心技能。我们将系统学习广度优先搜索（BFS）和深度优先搜索（DFS），并展示它们在迷宫求解、拓扑排序和检测环路中的实际应用。 第七章：最短路径与最小生成树 本部分聚焦于图算法在优化问题中的应用。我们将详细讲解Dijkstra算法（单源最短路径）及其对权重为非负的要求，并讨论如何使用斐波那契堆来优化其时间复杂度。对于包含负权边的图，我们将介绍Bellman-Ford算法及其检测负权环的能力。 在最小生成树（MST）方面，我们将深入剖析Prim算法和Kruskal算法。读者将理解为什么Kruskal算法需要依赖并查集（Disjoint Set Union, DSU）数据结构来实现高效的边集合管理，并掌握DSU的路径压缩和按秩合并优化技巧。 第三部分：算法设计范式与进阶主题 本部分将提升读者的算法设计能力，介绍几种核心的、普适性的设计范式，并探讨高级应用。 第八章：分治、贪心与动态规划 这三者是解决复杂问题的三大核心范式。 1. 分治法（Divide and Conquer）：除了在树排序（如归并排序）中的应用，我们将分析Strassen矩阵乘法，展示如何通过分治打破传统复杂度的瓶颈。 2. 贪心算法（Greedy Algorithms）：我们将通过霍夫曼编码和区间调度问题，阐述贪心选择的特性和其正确性证明的思路。 3. 动态规划（Dynamic Programming, DP）：DP被誉为算法设计的“皇冠”。我们将详细讲解DP的最优子结构和重叠子问题特性。通过背包问题（0/1和完全背包）、最长公共子序列（LCS）和矩阵链乘法等经典案例，读者将学会如何构建状态转移方程，并区分自顶向下（带备忘录）和自底向上（递推）的实现方式。 第九章：搜索、回溯与NP问题 本章关注求解空间巨大的问题。我们将复习深度优先搜索在状态空间树中的应用，并重点讲解回溯法（Backtracking），例如在八皇后问题和数独求解中的应用，关注剪枝策略的优化。 最后，我们将触及计算理论的边界，介绍NP完全问题的概念。虽然我们可能无法在多项式时间内解决它们，但理解这些问题的本质（如旅行商问题TSP和子集和问题）对于选择近似算法或启发式算法至关重要。 第十章：高级主题与性能调优实践 本章将内容升华到工程实践层面。我们将探讨字符串匹配算法，包括KMP算法的预处理和匹配过程，以及Rabin-Karp算法的滚动哈希思想。此外，我们还将简要介绍计算几何中的基础问题，如凸包的求解算法。 在性能调优方面，我们将讨论缓存一致性、内存局部性对算法实际运行时间的影响，以及如何利用现代CPU的特性来优化数据访问模式。本书的终极目标是，让读者不仅“知道”这些结构和算法，更能“精通”何时、何地以及如何以最佳形式应用它们，从而写出真正具有“编程之美”的软件。 --- 目标读者： 计算机科学专业学生、软件工程师、希望提升代码性能的程序员，以及任何对高效计算原理有浓厚兴趣的自学者。本书假设读者具备一定的编程经验（如C++、Java或Python基础）。

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这本书的辅助学习资源和整体的结构逻辑，让我感到非常贴心。它不是一本孤立的教材，更像是一个完整的学习闭环。每章末尾的“知识点回顾”部分设计得很巧妙，它不是简单地重复知识点，而是以问答的形式来引导读者自我检测，很多问题都很有启发性，能让人回过头去重新审视那些之前理解模糊的地方。此外，书中提供的实训环节，内容安排得非常巧妙，它往往将前一章的理论知识与下一章的软件操作结合起来，形成一个小的项目驱动学习流程。例如，学习完网络基础后，紧接着就会有一个让你配置虚拟工作环境的小任务。这种“学一点，用一点”的教学闭环，极大地增强了学习的连贯性和趣味性。整体排版清晰，重点内容使用了不同的字体粗细和颜色区分，阅读疲劳感很低。如果说有什么遗憾，那就是希望配套的在线练习平台能更丰富一些，但就纸质书本身而言，它已经为自学者提供了极佳的路线图。

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在数据处理和信息检索这一块，作者展现出了非常现代的视角。现在的学生和职场人士，面对的不是信息匮乏，而是信息过载。这本书没有落入传统教材那种陈旧的数据库理论泥潭，而是将重点放在了如何有效地“获取”和“管理”信息。它详细介绍了搜索引擎的高级用法，比如布尔逻辑运算符的组合、特定网站内搜索的技巧，这些都是平时我们经常用到却很少系统学习的内容。我尤其欣赏它对“信息素养”的强调，不仅仅是教你如何输入关键词，更重要的是教你如何批判性地评估搜索结果的可靠性、时效性和倾向性。书中甚至提到了一些新兴的数据可视化工具的概念，虽然没有深入讲解操作细节，但拓宽了读者的视野，让人意识到数据分析不再是专业人士的专属。这种把理论基础与前沿应用紧密结合的写作手法，让这本书读起来丝毫没有过时感，反而充满了面向未来的活力。

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这本书的装帧设计很朴实，封面那种淡蓝色调，让人感觉挺平和、容易亲近。拿到手里分量适中，纸张的质感也还不错，阅读起来不会有那种刺眼的反光。我主要关注的是它在基础概念介绍上的详略得当。比如，它对“信息”这个基本概念的阐述，没有陷入过多高深的理论，而是用了很多生活化的例子来辅助理解，像我这种对计算机历史了解不深的人，也能很快抓住重点。讲解操作系统的时候，它清晰地划分了不同阶段的技术演进，从早期的单用户系统到现在的多任务环境，逻辑性很强。特别值得一提的是，书中关于硬件基础知识的章节，配图非常清晰，那些主板上的各种接口、芯片的标识，即使用放大镜来看也能分辨清楚，这对于初学者来说，是极大的便利。我尤其欣赏作者在讲述二进制和数据表示法时，那种循序渐进的节奏，不像有些教材那样上来就抛出复杂的公式，而是先从简单的开关灯状态引申开来，让抽象的数学逻辑变得触手可及。总的来说，这本书的物理呈现和前几章的铺陈，给人一种扎实、可靠的感觉，像是一位耐心的老师在领你入门。

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这本书在网络基础知识的讲解部分，我觉得处理得相当出色，完全抓住了现代社会对信息技术的需求。它没有仅仅停留在TCP/IP协议簇的理论介绍上，而是紧密结合了我们日常使用的互联网应用场景。比如，在解释HTTP请求时，它会模拟一个浏览器输入网址到最终页面显示的全过程，这种“情景模拟”的学习方式，比单纯背诵协议层次结构有效得多。让我印象深刻的是关于局域网和广域网的区别阐述，作者似乎特别注重培养读者的实际操作思维，他用了大量篇幅去解释路由器、交换机这些设备的底层工作原理，但表达方式却非常口语化，没有使用太多晦涩难懂的专业术语。我试着按照书中的步骤去检查自己家里的网络设置，发现很多之前不理解的配置选项，通过书中的讲解，瞬间就明朗了。此外，安全模块的处理也十分到位，它没有把网络安全描绘成高深莫测的黑客技术，而是将其归结为日常使用中的良好习惯，比如强密码策略、识别钓鱼邮件的常见特征等，这对于提升普通用户的自我保护能力非常有帮助。这本书的知识点覆盖面很广，但重点突出，没有那种为了充数而堆砌的边缘信息。

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我对软件应用部分的评价是：务实至上，拒绝花哨。这本书在办公软件（特别是电子表格和演示文稿）方面的讲解，简直就是为职场新人量身定做的“速成指南”。很多教材在讲Excel时，要么只停留在基础的加减乘除，要么就直接跳到VBA编程，这本书的中间地带把握得很好。它花了大量的篇幅来讲解函数，但选择的都是使用频率最高的那些，比如查找引用类、逻辑判断类，讲解时都配有具体的案例，比如如何快速整理员工薪资数据，如何构建一个简单的预算表。更关键的是，它不仅告诉你“怎么做”，还告诉你“为什么这么做”，比如在设计演示文稿时，它会强调视觉层次的重要性，并给出了关于字体、配色、动画效果的“克制”原则，避免了很多人容易犯的过度美化错误。这种注重“效率”和“规范”的教学思路，非常契合现代工作环境对效率工具的诉求。我感觉，光是掌握了这本书里关于演示文稿排版的几条黄金法则，就能让我的工作汇报PPT看起来专业了好几个档次，收获是立竿见影的。

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