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出版者:高等教育齣版社

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頁數:0

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出版時間:1900-01-01

價格:26.0

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isbn號碼:9787040068658

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• 計算機基礎
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編程之美：數據結構與算法的精妙世界 圖書名稱：《編程之美：數據結構與算法的精妙世界》 圖書簡介 在當今這個由信息和計算驅動的時代，軟件係統的性能與效率已成為衡量其價值的核心標準。任何一個成功的應用程序，無論其外觀多麼華麗，其底層都離不開對數據如何組織和處理的深刻理解。本書《編程之美：數據結構與算法的精妙世界》旨在為有誌於構建高效、健壯軟件的開發者和計算機科學愛好者，提供一套係統、深入且充滿實踐智慧的知識體係。 本書並非僅僅羅列概念，而是緻力於揭示數據結構設計背後的哲學思想，以及算法優化過程中的權衡取捨。我們將帶領讀者穿越抽象的數學理論，直抵程序設計的核心——如何用最經濟的方式解決最復雜的問題。 第一部分：基礎奠基——計算思維的基石 本部分將為讀者打下堅實的基礎，介紹算法分析的理論工具和最基本的數據組織形式。 第一章：算法的度量與效率分析 我們首先探討如何科學地評估一個算法的好壞。本章將深入介紹大O錶示法、Ω錶示法和Θ錶示法，詳細解析它們在描述算法最壞情況、最好情況和平均情況下的作用。通過具體的例子，如冒泡排序和選擇排序，讀者將掌握如何推導齣時間復雜度和空間復雜度。此外，我們將引入遞歸分析（主定理和迭代法）這一強大的工具，用於處理分治策略算法的復雜度計算，為後續章節中更復雜的結構分析做好鋪墊。我們還會討論攤還分析的概念，特彆是對於動態數組等數據結構中偶爾齣現的“昂貴”操作的評估。 第二章：綫性數據的組織藝術 綫性結構是程序設計中最常見的數據組織形式。本章將聚焦於數組和鏈錶。對於數組，我們將超越其靜態分配的限製，深入探討動態數組（如Vector）的內存管理和自動擴容機製，以及它們在緩存友好性方麵的優勢。對於鏈錶，我們將區分單嚮鏈錶、雙嚮鏈錶和循環鏈錶，並詳細比較它們在插入、刪除和訪問操作上的效率差異。特彆地，本章會用多項式乘法或鏈錶逆序等實際問題，展示鏈錶在處理不規則數據訪問模式時的靈活性。 第三章：堆棧與隊列——約束下的高效協作 棧（Stack）和隊列（Queue）是LIFO（後進先齣）和FIFO（先進先齣）原則的體現，它們是實現函數調用、錶達式求值和任務調度的核心。我們將詳細講解如何用數組和鏈錶實現棧和隊列，並分析其性能。更進一步，本章將探討雙端隊列（Deque）的應用，例如如何用它實現滑動窗口最大值等經典問題。我們還會覆蓋優先級隊列（Priority Queue），並詳細介紹其基於二叉堆（Binary Heap）的實現，包括堆化（Heapify）過程和插入/刪除最大/最小值的操作，這為Dijkstra算法等奠定瞭基礎。 第二部分：非綫性結構的深度探索 當數據之間存在復雜關係時，綫性結構便顯得捉襟見肘。本部分轉嚮樹、圖等非綫性數據結構，這些結構是現代復雜係統（如操作係統、網絡路由和數據庫索引）的支柱。 第四章：樹的結構與遍曆 樹結構是錶示層次關係和有序集閤的強大工具。我們將從最基礎的樹的定義、術語入手，重點深入二叉樹（Binary Tree）。本章的核心內容包括前序、中序、後序遍曆的遞歸和非遞歸實現，以及層序遍曆。隨後，我們將進入二叉搜索樹（BST）的構建、查找和平衡性問題。重點會放在自平衡二叉樹，如AVL樹和紅黑樹（Red-Black Tree）。我們將詳細剖析紅黑樹的五條性質、鏇轉操作（左鏇與右鏇）以及插入/刪除後的重新著色過程，理解它們如何保證$O(log n)$的最壞情況性能。 第五章：高效查找的藝術——平衡樹與哈希 本章探討如何實現快速的數據檢索。在BST的基礎上，我們將講解B樹和B+樹，它們是關係型數據庫和文件係統索引結構的核心。讀者將理解為什麼B+樹的葉子節點連接在一起，以及它在磁盤I/O效率上的巨大優勢。 隨後，我們將轉嚮哈希錶（Hash Table）。本章將詳細分析哈希函數的設計原則，如何選擇一個好的哈希函數以分散數據。針對衝突解決問題，我們將對比鏈式法（Separate Chaining）和開放尋址法（Open Addressing，包括綫性探測、二次探測和雙重哈希）的優缺點。本章還將討論負載因子對性能的影響，以及動態重哈希（Resizing）的實現細節。 第六章：圖論的廣闊天地 圖（Graph）是最通用的數據結構之一，能建模現實世界中幾乎所有的連接關係。本章將定義圖的基本概念（頂點、邊、權重、有嚮/無嚮、連通分量）。我們將重點介紹圖的兩種主要存儲方式：鄰接矩陣和鄰接錶，並分析它們在空間占用和邊查詢效率上的差異。 圖的遍曆是核心技能。我們將係統學習廣度優先搜索（BFS）和深度優先搜索（DFS），並展示它們在迷宮求解、拓撲排序和檢測環路中的實際應用。 第七章：最短路徑與最小生成樹 本部分聚焦於圖算法在優化問題中的應用。我們將詳細講解Dijkstra算法（單源最短路徑）及其對權重為非負的要求，並討論如何使用斐波那契堆來優化其時間復雜度。對於包含負權邊的圖，我們將介紹Bellman-Ford算法及其檢測負權環的能力。 在最小生成樹（MST）方麵，我們將深入剖析Prim算法和Kruskal算法。讀者將理解為什麼Kruskal算法需要依賴並查集（Disjoint Set Union, DSU）數據結構來實現高效的邊集閤管理，並掌握DSU的路徑壓縮和按秩閤並優化技巧。 第三部分：算法設計範式與進階主題 本部分將提升讀者的算法設計能力，介紹幾種核心的、普適性的設計範式，並探討高級應用。 第八章：分治、貪心與動態規劃 這三者是解決復雜問題的三大核心範式。 1. 分治法（Divide and Conquer）：除瞭在樹排序（如歸並排序）中的應用，我們將分析Strassen矩陣乘法，展示如何通過分治打破傳統復雜度的瓶頸。 2. 貪心算法（Greedy Algorithms）：我們將通過霍夫曼編碼和區間調度問題，闡述貪心選擇的特性和其正確性證明的思路。 3. 動態規劃（Dynamic Programming, DP）：DP被譽為算法設計的“皇冠”。我們將詳細講解DP的最優子結構和重疊子問題特性。通過背包問題（0/1和完全背包）、最長公共子序列（LCS）和矩陣鏈乘法等經典案例，讀者將學會如何構建狀態轉移方程，並區分自頂嚮下（帶備忘錄）和自底嚮上（遞推）的實現方式。 第九章：搜索、迴溯與NP問題 本章關注求解空間巨大的問題。我們將復習深度優先搜索在狀態空間樹中的應用，並重點講解迴溯法（Backtracking），例如在八皇後問題和數獨求解中的應用，關注剪枝策略的優化。 最後，我們將觸及計算理論的邊界，介紹NP完全問題的概念。雖然我們可能無法在多項式時間內解決它們，但理解這些問題的本質（如旅行商問題TSP和子集和問題）對於選擇近似算法或啓發式算法至關重要。 第十章：高級主題與性能調優實踐 本章將內容升華到工程實踐層麵。我們將探討字符串匹配算法，包括KMP算法的預處理和匹配過程，以及Rabin-Karp算法的滾動哈希思想。此外，我們還將簡要介紹計算幾何中的基礎問題，如凸包的求解算法。 在性能調優方麵，我們將討論緩存一緻性、內存局部性對算法實際運行時間的影響，以及如何利用現代CPU的特性來優化數據訪問模式。本書的終極目標是，讓讀者不僅“知道”這些結構和算法，更能“精通”何時、何地以及如何以最佳形式應用它們，從而寫齣真正具有“編程之美”的軟件。 --- 目標讀者： 計算機科學專業學生、軟件工程師、希望提升代碼性能的程序員，以及任何對高效計算原理有濃厚興趣的自學者。本書假設讀者具備一定的編程經驗（如C++、Java或Python基礎）。

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這本書在網絡基礎知識的講解部分，我覺得處理得相當齣色，完全抓住瞭現代社會對信息技術的需求。它沒有僅僅停留在TCP/IP協議簇的理論介紹上，而是緊密結閤瞭我們日常使用的互聯網應用場景。比如，在解釋HTTP請求時，它會模擬一個瀏覽器輸入網址到最終頁麵顯示的全過程，這種“情景模擬”的學習方式，比單純背誦協議層次結構有效得多。讓我印象深刻的是關於局域網和廣域網的區彆闡述，作者似乎特彆注重培養讀者的實際操作思維，他用瞭大量篇幅去解釋路由器、交換機這些設備的底層工作原理，但錶達方式卻非常口語化，沒有使用太多晦澀難懂的專業術語。我試著按照書中的步驟去檢查自己傢裏的網絡設置，發現很多之前不理解的配置選項，通過書中的講解，瞬間就明朗瞭。此外，安全模塊的處理也十分到位，它沒有把網絡安全描繪成高深莫測的黑客技術，而是將其歸結為日常使用中的良好習慣，比如強密碼策略、識彆釣魚郵件的常見特徵等，這對於提升普通用戶的自我保護能力非常有幫助。這本書的知識點覆蓋麵很廣，但重點突齣，沒有那種為瞭充數而堆砌的邊緣信息。

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在數據處理和信息檢索這一塊，作者展現齣瞭非常現代的視角。現在的學生和職場人士，麵對的不是信息匱乏，而是信息過載。這本書沒有落入傳統教材那種陳舊的數據庫理論泥潭，而是將重點放在瞭如何有效地“獲取”和“管理”信息。它詳細介紹瞭搜索引擎的高級用法，比如布爾邏輯運算符的組閤、特定網站內搜索的技巧，這些都是平時我們經常用到卻很少係統學習的內容。我尤其欣賞它對“信息素養”的強調，不僅僅是教你如何輸入關鍵詞，更重要的是教你如何批判性地評估搜索結果的可靠性、時效性和傾嚮性。書中甚至提到瞭一些新興的數據可視化工具的概念，雖然沒有深入講解操作細節，但拓寬瞭讀者的視野，讓人意識到數據分析不再是專業人士的專屬。這種把理論基礎與前沿應用緊密結閤的寫作手法，讓這本書讀起來絲毫沒有過時感，反而充滿瞭麵嚮未來的活力。

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這本書的裝幀設計很樸實，封麵那種淡藍色調，讓人感覺挺平和、容易親近。拿到手裏分量適中，紙張的質感也還不錯，閱讀起來不會有那種刺眼的反光。我主要關注的是它在基礎概念介紹上的詳略得當。比如，它對“信息”這個基本概念的闡述，沒有陷入過多高深的理論，而是用瞭很多生活化的例子來輔助理解，像我這種對計算機曆史瞭解不深的人，也能很快抓住重點。講解操作係統的時候，它清晰地劃分瞭不同階段的技術演進，從早期的單用戶係統到現在的多任務環境，邏輯性很強。特彆值得一提的是，書中關於硬件基礎知識的章節，配圖非常清晰，那些主闆上的各種接口、芯片的標識，即使用放大鏡來看也能分辨清楚，這對於初學者來說，是極大的便利。我尤其欣賞作者在講述二進製和數據錶示法時，那種循序漸進的節奏，不像有些教材那樣上來就拋齣復雜的公式，而是先從簡單的開關燈狀態引申開來，讓抽象的數學邏輯變得觸手可及。總的來說，這本書的物理呈現和前幾章的鋪陳，給人一種紮實、可靠的感覺，像是一位耐心的老師在領你入門。

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我對軟件應用部分的評價是：務實至上，拒絕花哨。這本書在辦公軟件（特彆是電子錶格和演示文稿）方麵的講解，簡直就是為職場新人量身定做的“速成指南”。很多教材在講Excel時，要麼隻停留在基礎的加減乘除，要麼就直接跳到VBA編程，這本書的中間地帶把握得很好。它花瞭大量的篇幅來講解函數，但選擇的都是使用頻率最高的那些，比如查找引用類、邏輯判斷類，講解時都配有具體的案例，比如如何快速整理員工薪資數據，如何構建一個簡單的預算錶。更關鍵的是，它不僅告訴你“怎麼做”，還告訴你“為什麼這麼做”，比如在設計演示文稿時，它會強調視覺層次的重要性，並給齣瞭關於字體、配色、動畫效果的“剋製”原則，避免瞭很多人容易犯的過度美化錯誤。這種注重“效率”和“規範”的教學思路，非常契閤現代工作環境對效率工具的訴求。我感覺，光是掌握瞭這本書裏關於演示文稿排版的幾條黃金法則，就能讓我的工作匯報PPT看起來專業瞭好幾個檔次，收獲是立竿見影的。

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這本書的輔助學習資源和整體的結構邏輯，讓我感到非常貼心。它不是一本孤立的教材，更像是一個完整的學習閉環。每章末尾的“知識點迴顧”部分設計得很巧妙，它不是簡單地重復知識點，而是以問答的形式來引導讀者自我檢測，很多問題都很有啓發性，能讓人迴過頭去重新審視那些之前理解模糊的地方。此外，書中提供的實訓環節，內容安排得非常巧妙，它往往將前一章的理論知識與下一章的軟件操作結閤起來，形成一個小的項目驅動學習流程。例如，學習完網絡基礎後，緊接著就會有一個讓你配置虛擬工作環境的小任務。這種“學一點，用一點”的教學閉環，極大地增強瞭學習的連貫性和趣味性。整體排版清晰，重點內容使用瞭不同的字體粗細和顔色區分，閱讀疲勞感很低。如果說有什麼遺憾，那就是希望配套的在綫練習平颱能更豐富一些，但就紙質書本身而言，它已經為自學者提供瞭極佳的路綫圖。

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