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出版者:人民邮电出版社

作者:[韩]赵诚文

出品人:

页数:234

译者:武传海

出版时间:2018-1-17

价格:59.00 元

装帧:平装

isbn号码:9787115473004

丛书系列:图灵程序设计丛书·Python系列

图书标签:

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《深入理解数据结构与算法：C++实现与实践》 内容简介 本书是一本面向中高级开发人员、计算机科学专业学生以及所有希望系统性掌握数据结构与算法的工程师的深度技术专著。它摒弃了对基础概念的冗余介绍，直接切入核心设计思想、高性能实现细节以及在现代软件工程中的实际应用场景。 本书以 C++ 语言为载体，旨在展示如何利用 C++ 的模板、泛型编程（TMP）以及现代标准库特性（如 `std::move`、智能指针、并发工具）来构建健壮、高效、可维护的数据结构和算法实现。我们强调的不仅仅是“如何实现”，更是“为什么这样实现最优”，以及在不同硬件架构和内存模型下，这些选择将带来何种性能差异。 --- 第一部分：基础夯实与高性能抽象 本部分将快速回顾现代计算模型下，数据结构性能评估的标准——不仅仅是时间复杂度 $O(n)$，更深入到常数因子、缓存局部性（Cache Locality）和内存访问模式对实际运行时间的影响。 第1章：内存层级结构与性能考量 我们将详细剖析 L1/L2/L3 缓存、主存以及 SSD 之间的延迟差异。数据结构的设计必须充分考虑其在这些层级间的移动模式。重点探讨结构体填充（Padding）与伪共享（False Sharing）对多线程性能的隐性影响，并展示如何通过“数据规整化”来最大化缓存命中率。 第2章：现代 C++ 与泛型编程范式 本书所有代码均采用 C++17/20 标准。本章专注于如何使用模板元编程（TMP）和概念（Concepts，C++20）来构建真正通用的、类型安全的容器和算法。我们将实现一个基于模板的“概念检查器”，确保只有满足特定契约（如可拷贝性、可比较性）的类型才能被我们的高级数据结构所接受，从而在编译期捕获大量运行时错误。 第3章：动态数组的终极优化 超越 `std::vector` 的表面实现。本章深入探讨内存分配器的选择。我们将对比标准分配器（`malloc`/`new`）、区域分配器（Arena Allocator）和对象池（Object Pool）的适用场景。通过编写自定义分配器，实现固定大小块的快速分配与释放，尤其适用于游戏引擎或高频交易系统中的对象生命周期管理。我们将展示如何利用内存对齐指令优化向量的迭代速度。 --- 第二部分：非线性结构与复杂关系建模 本部分聚焦于处理复杂关系和层次结构，侧重于平衡性、自适应性以及高效的遍历策略。 第4章：B 树族的深入探究与实践 B 树（B-Tree）和 B+ 树是数据库和文件系统的基石。本章不仅讲解其基本原理，更着重于外部存储（Disk I/O）的最小化策略。我们将实现一个可配置的 B 树变体，允许用户根据目标扇区大小和节点大小来动态调整阶数（Order），以实现最优的 I/O 吞吐量。还会涉及 LSM 树（Log-Structured Merge-Tree）的基本思想，为理解现代 NoSQL 数据库（如 Cassandra, RocksDB）打下基础。 第5章：图论算法的并行化与 GPU 加速思路 图结构是建模网络、社交关系和依赖性的核心。本章重点不在于 DFS/BFS 的基本实现，而在于大规模图算法的优化。 1. 图的存储模式：对比邻接矩阵、邻接表（标准和紧凑型）以及混合表示法（如 Edge List for CUDA）。 2. 并行化 BFS：探索 Level-Synchronous BFS（LSBFS）的实现，讨论如何使用 OpenMP 或 C++ 标准线程库来并行化图的每一层级扩展。 3. 最短路径的加速：分析 A 算法的启发式函数设计，并讨论如何利用图的稀疏性进行分块处理。 第6章：堆结构的变种与优先级队列的高级应用 除了标准的二叉堆，我们还将实现斐波那契堆（Fibonacci Heap），重点分析其均摊时间复杂度为 $O(1)$ 的 `decrease-key` 操作是如何通过惰性删除（Lazy Deletion）和结构重组实现的。我们将讨论斐波那契堆在实现特定最短路径算法（如 Dijkstra 算法的某些变体）时的理论优势与实际中的工程权衡。 --- 第三部分：集合、映射与高性能查找 本部分聚焦于如何在保证数据完整性的前提下，实现近乎 $O(1)$ 的平均查找、插入和删除操作。 第7章：哈希表的演进与冲突解决的艺术 我们将从基础的线性探测和链地址法开始，快速过渡到更现代的解决方案。重点剖析： 1. 开放寻址法的局限：深入讨论二次探测（Quadratic Probing）和双重哈希（Double Hashing）如何缓解聚集问题。 2. Robin Hood Hashing：实现一种基于“抢占”思想的开放寻址法，通过最小化元素与其理想位置的距离，显著提高查找性能和负载因子的上限。 3. Cuckoo Hashing（布谷鸟哈希）：实现一种基于多哈希函数和“驱逐”机制的无冲突哈希表，探讨其在并发环境下的潜力。 第8章：平衡搜索树的现代替代品：跳表（Skip List） 跳表提供了一种简单且高度可并行化的有序数据结构。本章将实现一个并发的、锁无关（Lock-Free）的跳表。我们将详细讲解如何使用原子操作（CAS - Compare-and-Swap）来安全地更新节点指针，以避免传统锁机制带来的性能瓶颈，适用于高并发的缓存或缓存队列。 第9章：Trie 树与字符串匹配的加速 除了标准的字典功能，本章将 Tries 树应用于更专业的场景： 1. Radix Tree (Patricia Tree)：实现压缩 Trie，减少存储空间，提高长键值的查找效率。 2. Aho-Corasick 算法：结合 Trie 和 KMP 思想，实现高效的多模式串匹配器，在文本处理和网络入侵检测系统中具有重要意义。 --- 第四部分：算法的迭代与组合优化 本部分将算法视为构建模块，探讨它们如何组合以解决更宏大的计算问题。 第10章：流式算法与大数据处理 当数据无法完全载入内存时，传统的排序和聚合方法失效。本章介绍流式算法： 1. Count-Min Sketch：使用概率数据结构来估计流中元素的频率，分析其误差界限。 2. Bloom Filter 的优化：探讨如何通过调整哈希函数数量来平衡假阳性率和内存占用。 3. HyperLogLog：实现该算法以极小的内存消耗估算数据集的基数（Distinct Count）。 第11章：动态规划的复习与矩阵链乘法优化 动态规划（DP）的难点在于状态转移方程的设计和自底向上/自顶向下的实现选择。本章重点剖析矩阵链乘法（Matrix Chain Multiplication）的优化过程，强调如何通过记录最优分割点来重构最终的解路径，并探讨如何将 DP 问题的结构映射到高效的内存访问模式上。 第12章：求解 NP-Hard 问题的启发式方法 对于组合爆炸的优化问题（如旅行商问题 TSP、背包问题），精确解往往不可行。本章聚焦于启发式和近似算法： 1. 模拟退火（Simulated Annealing）：详细解释温度调度策略（Cooling Schedule）对收敛速度和解质量的影响。 2. 遗传算法（Genetic Algorithms）：实现基本的选择、交叉和变异操作，并讨论如何设计高效的适应度函数来指导搜索过程。 --- 结语：面向未来的工程实践 全书的代码实现都严格遵循测试驱动开发（TDD）的原则，每一项数据结构和算法都附带全面的单元测试，确保其正确性。本书旨在培养读者构建下一代高性能系统的能力，理解底层计算约束，并能够根据具体应用场景，从多种备选方案中选择并定制出最合适的算法和数据结构组合。本书不提供简单的“复制粘贴”代码，而是引导读者建立起坚实的、可迁移的工程思维。

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这本书的实战演练部分简直是为我这种刚入门的菜鸟量身定做的。作者的讲解方式非常细致入微，从最基础的环境配置开始，一步步引导读者进入到具体的攻防场景中。我特别欣赏的是，他并没有满足于提供现成的代码，而是深入剖析了每一步操作背后的原理，这让我不仅仅学会了“怎么做”，更理解了“为什么这样做”。比如在描述一个常见的网络扫描技术时，作者不仅展示了如何使用工具，还解释了底层协议交互的细节，这对于我建立扎实的网络安全基础至关重要。我记得有一次，按照书中的步骤进行一个模拟攻击实验时，我遇到了一个意想不到的配置错误，正当我束手无策时，书中的附录提供的故障排除指南立刻帮我找到了症结所在。这种详尽到位的指导，极大地增强了我学习的信心，让我感觉自己真的像是在一个安全专家的带领下进行实战训练，而不是在阅读一本干巴巴的理论教材。它真正做到了将晦涩的黑客技术，用最平易近人的方式呈现出来，非常适合希望从零开始系统学习网络安全实践的读者。

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这本书的叙事风格和排版布局，给我带来了一种非常流畅且富有节奏感的阅读体验。它巧妙地平衡了技术内容的密度与阅读体验的舒适度。在讲解一个复杂概念时，作者会适时地插入一些生动的比喻或者历史案例，使得原本可能枯燥的技术点瞬间变得鲜活起来。比如，当他描述社会工程学攻击时，引用了一个著名的历史事件作为引子，立刻抓住了我的注意力。更值得称赞的是，作者在章节之间的过渡处理得非常自然，逻辑链条清晰可见，让我几乎没有感觉到阅读的“卡壳”现象。很多技术书籍往往是章节间的知识点堆砌，而这本书明显是精心设计过的学习路径图。无论是图示的清晰度，还是关键术语的标注和解释，都显示出出版方在编辑环节的专业和用心。这使得我在长时间的阅读后，依然能保持很高的专注度，而不是像阅读其他教材时那样容易感到疲劳。

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这本书的理论深度和广度都超出了我的预期，它绝不是那种只停留在表面工具介绍的入门读物。我原本以为“入门”二字意味着会回避复杂的算法和底层逻辑，但这本书却在关键章节花了大量篇幅去解析一些核心的安全概念，比如加密算法的工作原理和内存管理中的常见漏洞类型。对于每一项技术，作者都提供了清晰的逻辑推导和严谨的数学基础支撑，这使得我能够跳出单纯的“黑箱操作”层面，真正理解这些安全机制是如何构建起来，以及它们在何处可能被绕过。尤其是在介绍缓冲区溢出防御机制的那一章，作者花了大量篇幅对比了不同操作系统下的缓解措施，这种对比分析的深度，让我的认知从单一的Windows环境扩展到了更复杂的Linux和macOS平台。读完这一部分，我感觉自己对计算机系统底层的理解都有了一个质的飞跃，这对于未来深入研究更复杂的漏洞挖掘和利用技术，打下了极其坚实的基础。

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这本书的配套资源和社区支持系统，是其价值的又一重要组成部分。我惊喜地发现，作者在书中提到的每一个实验环境和工具集，都有明确的指引可以获取和复现，这极大地降低了学习的门槛。如果只是纸上谈兵，很多实操技巧是无法真正掌握的，但得益于这些可操作的实验环境，我能够立即将书中学到的知识应用到实际操作中去验证。更棒的是，书中提供了一个活跃的在线论坛链接，我在尝试搭建一个特定服务环境时遇到了一个编译器版本冲突的问题，抱着试试看的心态在论坛上提问后，很快就得到了其他读者的热心解答，甚至还有几位资深读者分享了绕过此问题的更优解法。这种学习者之间的良性互动和知识共享，让这本书的学习过程不再是孤军奋战，而是一种集体的探索过程，极大地提升了学习的效率和趣味性。

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作为一名对系统安全充满好奇心但缺乏正规训练的自学者来说，这本书中对道德和法律边界的探讨，是我认为它区别于市面上其他同类书籍的关键点。作者在全书的多个重要节点，反复强调了“负责任的安全研究”的重要性。他不仅仅是教你如何去攻击，更是在教你如何成为一个有职业操守的安全专家。比如，在讲解渗透测试流程的章节，作者详细阐述了获取授权的必要性、范围界定的规范，以及发现漏洞后的负责任披露流程。这种对伦理规范的强调，给我树立了一个非常正面的职业观，让我明白技术的力量必须被审慎地使用。在书的最后部分，作者甚至分享了自己早期的一些弯路和教训，这些“过来人”的经验分享，比任何技术规范都更有说服力，让我对未来的学习和职业规划有了一个更清晰、更负责任的认知。

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python2.7写的，主要看思路。

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入门书，一次读完就好

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