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出版者:清華大學

作者:張翼英

出品人:

頁數:390

译者:

出版時間:2008-1

價格:35.00元

裝幀:

isbn號碼:9787302162469

叢書系列:

圖書標籤:

• Visual Basic
• VB
• 課程設計
• 編程入門
• 教學
• 教材
• 計算機基礎
• 軟件開發
• 案例教學
• 學生
• 實踐

《數據結構與算法（C++實現）》 圖書簡介 一、 概述與定位 《數據結構與算法（C++實現）》是一本麵嚮計算機科學、軟件工程及相關專業本科生和研究生的權威教材與實踐指南。本書旨在為讀者提供堅實的數據結構基礎和深入的算法設計與分析能力，並緊密結閤現代主流的C++編程語言進行理論闡述與代碼實現。我們深知，數據結構是程序的骨架，算法是程序的靈魂。因此，本書不僅關注“是什麼”（理論概念），更注重“怎麼做”（實際編碼與性能優化）。 本書的定位是理論深度與工程實用性並重。它不是一本純粹的理論參考手冊，也不是一本僅限於代碼實現的工具書，而是緻力於彌閤兩者鴻溝的橋梁。通過係統化的學習，讀者將能夠熟練掌握各種經典數據結構的設計與應用場景，並掌握分析和選擇最優算法的思維方法。 二、 核心內容模塊 本書結構清晰，按照邏輯遞進的順序，共分為五大部分，覆蓋瞭數據結構與算法領域的全部核心知識點： 第一部分：基礎迴顧與C++編程準備 (Foundation & C++ Essentials) 本部分作為理論學習的基石，首先對必要的數學基礎（如大O記號、漸近分析）和C++高級特性進行迴顧與強化。重點講解模闆（Templates）、麵嚮對象設計（OOP）在數據結構實現中的應用，以及C++標準模闆庫（STL）中關鍵組件（如智能指針、迭代器）的工作原理，為後續復雜結構的實現打下堅實的語言基礎。 第二部分：綫性結構精講與實現 (Linear Structures) 本部分深入探討最基本也最常用的綫性數據結構： 1. 數組與動態數組（Vector）： 深入分析內存布局、緩存局部性對性能的影響。 2. 鏈錶傢族： 詳盡對比單鏈錶、雙嚮鏈錶和循環鏈錶的結構特點、插入刪除操作的復雜度分析，並引入循環不變式輔助證明正確性。 3. 棧（Stack）與隊列（Queue）： 重點介紹其抽象數據類型（ADT）的定義，並基於數組和鏈錶實現二者，探討遞歸與迭代的內在聯係（如函數調用棧）。 4. 雙端隊列（Deque）與高效隊列實現（如環形緩衝區）。 第三部分：非綫性結構與樹論 (Non-Linear Structures and Tree Theory) 本部分是本書的核心，側重於具有層次關係的復雜結構： 1. 樹（Trees）： 詳述樹的基本術語，重點剖析二叉樹、滿二叉樹、完全二叉樹。深入講解樹的遍曆算法（前序、中序、後序、層序）。 2. 二叉搜索樹（BST）： 基礎插入、刪除、查找操作的原理，並分析其在最壞情況下的性能退化問題。 3. 自平衡樹（Self-Balancing Trees）： 這是本書的重點之一。詳細闡述AVL樹的鏇轉機製（單鏇與雙鏇）和紅黑樹（Red-Black Trees）的五大性質、插入與刪除後的顔色調整和鏇轉操作。提供完整、可調試的C++實現代碼。 4. 堆結構（Heaps）： 介紹最大堆與最小堆的構建、插入、刪除最大/最小元素操作，並將其應用於優先隊列（Priority Queue）的實現。 5. B樹與B+樹： 針對數據庫和文件係統應用場景，介紹多路平衡查找樹的結構原理及其在外部存儲訪問中的優勢。 第四部分：圖論算法與應用 (Graph Algorithms and Applications) 圖結構是建模復雜關係的關鍵工具。本部分詳盡覆蓋圖的錶示方法（鄰接矩陣、鄰接錶）和核心算法： 1. 圖的遍曆： 深度優先搜索（DFS）和廣度優先搜索（BFS）的通用模闆與實際應用（如迷宮尋路、拓撲排序）。 2. 連通性問題： 強連通分量（Tarjan算法或Kosaraju算法）和最小生成樹（Minimum Spanning Tree, MST）——普裏姆（Prim）算法與剋魯斯卡爾（Kruskal）算法的對比與實現。 3. 最短路徑問題： 單源最短路徑（Dijkstra算法）的原理與適用條件，以及處理含負權邊的Bellman-Ford算法。全源最短路徑的Floyd-Warshall算法及其矩陣乘法優化。 4. 拓撲排序： 基於Kahn算法和DFS的實現，並討論其在項目調度中的應用。 第五部分：高級主題與算法設計範式 (Advanced Topics and Design Paradigms) 本部分聚焦於算法分析與設計思想，使用C++代碼展示如何應用這些範式解決實際問題： 1. 遞歸與分治策略（Divide and Conquer）： 深入分析快速排序（Quick Sort）與歸並排序（Merge Sort）的性能分析，特彆是快速排序的樞軸選擇策略。 2. 貪心算法（Greedy Algorithms）： 講解其局部最優解到全局最優解的思維轉換，並通過活動安排問題、霍夫曼編碼（Huffman Coding）進行實例演示。 3. 動態規劃（Dynamic Programming, DP）： 這是算法的難點與重點。係統講解DP的四大要素（最優子結構、重疊子問題、狀態定義、轉移方程），通過背包問題（0/1、完全）、最長公共子序列（LCS）、矩陣鏈乘法等經典案例，教授讀者如何自底嚮上和自頂嚮下（帶備忘錄）地構建解法。 4. 散列錶（Hash Tables）： 深入探討哈希函數的構造原理、衝突解決方法（開放定址法、鏈地址法），並分析如何設計高質量的哈希函數以保證$O(1)$的平均時間復雜度。 5. 查找技術進階： 二分查找的魯棒性實現，以及Trie樹（前綴樹）在字符串匹配中的高效應用。 三、 技術特點與教學特色 1. 純粹C++實現： 全書所有數據結構和算法均使用現代C++（C++17/20標準特性兼容）實現，強調使用類、模闆、封裝和RAII原則，而非依賴標準庫的“黑箱”調用。 2. 復雜度深度剖析： 對每種結構的操作和每種算法的每一步都進行瞭嚴格的時間復雜度和空間復雜度分析，並輔以實際運行時間的對比實驗數據。 3. 代碼質量保證： 提供的所有源碼經過嚴格的單元測試，代碼風格清晰、注釋詳盡，可以直接用於工程項目參考或作為課程設計的基礎模闆。 4. 麵嚮麵試與競賽： 選取瞭大量在頂級技術公司麵試和ACM/ICPC競賽中反復齣現的經典問題作為例題和習題，幫助讀者將理論知識轉化為解決實際問題的能力。 四、 適用讀者 學習數據結構與算法課程的在校學生。 希望夯實計算機基礎，準備技術麵試的初、中級軟件工程師。 對算法優化、係統性能提升有濃厚興趣的開發者。 希望通過實踐掌握C++高級特性的編程愛好者。 通過研讀本書，讀者將不僅僅是學會瞭如何“使用”這些結構和算法，更重要的是掌握瞭如何根據問題需求，“設計”並“實現”齣最高效的解決方案。

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