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出版者:7-81114

作者:王彬华

出品人:

页数:186

译者:

出版时间:2008-1

价格:20.00元

装帧:

isbn号码:9787811147223

丛书系列:

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图书简介：《深入剖析现代数据结构与算法设计》 书名： 深入剖析现代数据结构与算法设计 作者： [此处可填写一个富有经验的作者名，例如：李明/王芳] 出版社： [此处可填写一个专业出版社名称，例如：科技文献出版社/电子工业出版社] 定价： 128.00 元 开本： 16 开 字数： 约 55 万字 --- 内容概述 本书并非市面上常见的工具书或特定软件操作指南，而是专注于计算机科学核心——数据结构与算法——的深度理论探讨与前沿实践应用。全书结构严谨，逻辑清晰，旨在为计算机科学专业学生、软件工程师以及对底层计算原理有浓厚兴趣的读者提供一份全面、深入且具有前瞻性的学习资源。我们摒视对特定应用软件（如Microsoft Word 2007）的介绍与技巧讲解，转而聚焦于抽象、通用且支撑所有现代计算系统的基础理论。 本书共分为五大部分，涵盖了从基础概念到高级主题，再到实际工程应用的完整体系。 --- 第一部分：基础理论与经典数据结构的重构（约 15 万字） 本部分为全书的理论基石，旨在夯实读者对计算复杂性、内存模型以及经典数据结构的深刻理解。我们采取“理论先行，代码佐证”的教学方式，强调理解背后的数学原理而非简单记忆实现代码。 第一章：计算模型与复杂度分析的严谨性 图灵机与随机存取机（RAM）模型： 深入探讨不同计算模型的理论差异及其对算法分析的影响。 渐进分析的精细化： 详细区分 $O, Omega, Theta, o, omega$ 符号的精确数学定义，引入更精细的平均时间复杂度和最好时间复杂度分析。 空间复杂度与内存层级结构： 结合现代CPU缓存（L1, L2, L3）和主存，分析算法在不同层次内存访问下的实际性能差异（Cache-Oblivious 算法的初步介绍）。 第二章：线性结构的高效演进 数组与链表的高级应用： 不仅介绍静态与动态数组，更侧重于可变数组（Vector）的底层实现机制，包括扩容策略的成本分析。 栈与队列的抽象与泛化： 探讨双端队列（Deque）的灵活应用，以及在并发编程中基于无锁（Lock-Free）技术的栈与队列实现挑战。 稀疏矩阵与多维数组的高效存储方案： 重点分析三对角矩阵、坐标列表（COO）等存储格式，及其在数值计算中的优势。 第三章：树形结构的深度探索 二叉搜索树（BST）的动态平衡艺术： 深入剖析AVL树、红黑树（Red-Black Tree）的旋转、着色与删除操作的完整流程与维护机制，并提供严谨的平衡性证明。 B/B+树的磁盘优化哲学： 详细讲解B树结构如何最小化磁盘I/O次数，并对比B树与B+树在数据库索引场景下的性能权衡。 Trie（前缀树）的字符串加速： 探讨普通Trie、压缩Trie（Radix Tree）在路由查找和字典匹配中的效率优势。 --- 第二部分：非线性与复杂数据结构的精细化设计（约 12 万字） 本部分将视角转向处理复杂关系和海量数据的专业结构，重点研究如何优化查找、插入和删除的平均和最坏情况性能。 第四章：哈希表：碰撞处理与性能极限 哈希函数的构造艺术： 剖析通用哈希函数（如乘法法、除法法）的设计原理，以及如何针对特定数据类型（如字符串、对象）设计高质量的散列函数。 冲突解决策略的比较： 详尽对比链式法、开放定址法（线性探测、二次探测、双重哈希）的优缺点，重点分析开放定址法中的聚集（Clustering）问题及其缓解措施。 可伸缩性哈希： 引入一致性哈希（Consistent Hashing）机制，阐述其在分布式系统和缓存系统中的关键作用。 第五章：堆、优先队列与堆排序的实战优化 二项堆与斐波那契堆： 深入解析这两种高级堆结构，重点关注斐波那契堆在摊还分析下实现的 $O(1)$ 均摊合并操作，及其在Dijkstra算法中的应用提速。 三路快速选择算法（Median of Medians）： 不仅介绍基于堆的选择算法，更详细讲解如何使用中位数的中位数策略保证线性时间选择的理论基础。 第六章：图论：从抽象到实现 图的表示方法精讲： 详细对比邻接矩阵、邻接表、以及针对大规模稀疏图的压缩稀疏行（CSR）存储格式。 遍历算法的深度应用： 深入探讨深度优先搜索（DFS）和广度优先搜索（BFS）在线性和非线性结构中的应用拓展，如拓扑排序、强连通分量（Tarjan's 算法）。 最短路径与网络流： 严谨推导Dijkstra和Bellman-Ford算法的正确性，并介绍Floyd-Warshall算法在全源最短路径问题上的矩阵乘法优化。 --- 第三部分：高级算法设计范式与优化（约 10 万字） 本部分聚焦于解决复杂问题的通用设计模式，这是区分优秀工程师与合格程序员的关键所在。 第七章：动态规划（DP）的精确建模 最优子结构与重叠子问题： 通过大量非传统案例（如背包问题变体、最长公共子序列的多种形式），训练读者识别DP结构。 自底向上与自顶向下（记忆化）： 对比两种实现方式的性能与代码结构差异，并介绍DP的迭代优化，如状态压缩与滚动数组，以优化空间复杂度。 第八章：贪心算法的正确性证明 贪心选择性质的验证： 强调贪心算法并非万能，重点教授如何通过交换论证法或保持不变量的方法来证明贪心选择的全局最优性。 经典贪心应用： 活动安排问题、霍夫曼编码（与树结构结合的完美案例）。 第九章：分治策略与排序的极致性能 快速排序（Quicksort）的优化： 探讨三路划分、随机化枢轴选择如何规避最坏情况，并分析其在并行计算中的适应性。 归并排序（Mergesort）的稳定性与外部排序： 深入分析归并排序的稳定性，并扩展至外部排序在内存受限环境下的应用原理。 --- 第四部分：计算几何与字符串匹配算法（约 8 万字） 本部分介绍在特定领域具有高性能要求的专业算法。 第十章：计算几何基础：点、线与多边形的运算 基本几何操作的健壮性： 重点讨论浮点数精度问题（Epsilon 比较）对几何算法的影响，以及如何使用叉积和点积判断相对位置。 凸包算法的效率竞赛： 详细实现 Graham 扫描法 和 Jarvis 步进法，并引入 QuickHull 的分治思想。 线段交点与最短距离计算。 第十一章：高效的字符串匹配 KMP 算法的预处理机制： 详尽解析前缀函数（Next 数组）的构建过程，及其如何避免回溯指针，实现线性时间匹配。 Boyer-Moore 算法的启发式跳跃： 探讨“坏字符规则”和“好后缀规则”的工作原理及其在实际文本处理中的显著加速。 Rabin-Karp 的滚动哈希技术。 --- 第五部分：算法在现代计算中的前沿展望（约 10 万字） 本部分将理论与现代工程实践相结合，探讨高阶主题。 第十二章：高级搜索与回溯 回溯法与剪枝优化： 应用于旅行商问题（TSP）和八皇后问题的搜索空间剪枝技术。 A 搜索算法： 重点剖析其启发式函数的设计（Heuristics），以及如何保证算法的可采纳性（Admissibility）和单调性（Consistency）以实现最优解。 第十三章：并行与分布式算法的结构化思考 并行计算模型： 介绍PRAM模型及其局限性，以及MapReduce等框架背后的算法思想。 数据结构在并行环境中的挑战： 如何设计并发队列、无锁数据结构以及并行图算法，以应对同步与缓存一致性问题。 第十四章：NP完全性与近似算法 不可解问题的边界： 介绍NP、NPC、NP-Hard的严格定义，并给出3-SAT和顶点覆盖的归约实例。 近似算法的性能保证： 学习如何为不可解问题设计具有可证明性能保证（如近似比）的算法，例如近似最小化调度问题的贪心策略。 --- 本书特色与受众定位 1. 理论深度优先： 本书所有核心算法均包含严谨的数学证明，拒绝“知其然不知其所以然”的教学方式。 2. 代码实现独立性： 书中代码示例（使用C++或Java实现）专注于算法逻辑本身，不依赖任何特定操作系统或办公软件的API，确保其知识的通用性和长久生命力。 3. 强调工程实践的权衡： 章节中穿插讨论了算法在实际内存、I/O受限环境下的性能瓶颈，指导读者做出最优的结构选择。 适用读者： 计算机科学、软件工程专业的本科生及研究生。 致力于提升底层算法能力，准备高阶技术面试的软件开发人员。 需要深入理解系统底层运行机制的系统架构师与算法工程师。

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