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出版者:Manning Publications

作者:David Clinton

出品人:

頁數:384

译者:

出版時間:2018-10-2

價格:GBP 21.99

裝幀:Paperback

isbn號碼:9781617294938

叢書系列:

圖書標籤:

• 計算機
• linux
• Linux
• 計算科學
• inaction
• Linux
• 係統管理
• 命令行
• Shell
• 腳本
• 服務器
• 網絡
• 開發
• 運維
• 開源
• 技術

《數據結構與算法導論》 深入剖析計算的基石，駕馭復雜問題的利器 在信息技術飛速發展的今天，無論是構建高效的軟件係統，優化海量數據的處理流程，還是探究人工智能算法的底層邏輯，對數據結構和算法的深刻理解都是構建堅實技術基石的關鍵。本書《數據結構與算法導論》並非簡單羅列各種數據結構和算法的定義與實現，而是旨在為讀者構建一個全麵、係統且具有實踐指導意義的知識框架，幫助您真正掌握如何根據實際問題選擇最閤適的工具，並設計齣性能卓越的解決方案。 本書結構清晰，內容涵蓋瞭從基礎概念到前沿算法的廣泛領域，力求在理論深度與工程實用性之間找到完美的平衡點。 --- 第一部分：基礎構建——理解數據的組織與操作 本部分著重於奠定堅實的理論基礎，介紹數據在計算機內存中是如何組織和管理的，以及對這些組織結構進行高效操作的基本方法。 第1章：計算思維與問題分解 在正式進入具體的數據結構之前，我們將首先探討什麼是高效的算法思維。本章強調問題的抽象、輸入/輸齣的明確界定，以及如何將復雜問題分解為可管理的子問題。我們將引入算法效率的度量標準——時間復雜度和空間復雜度，並深入講解大O符號（$O$）、$Omega$（Omega）和$Theta$（Theta）的精確含義，為後續的性能分析打下理論基礎。重點分析遞歸函數的復雜度求解，特彆是主定理的應用。 第2章：基本數據結構：數組與鏈錶 數組（Array）作為最基礎的綫性結構，其優點（隨機訪問）和局限性（插入/刪除的成本）被詳盡討論。在此基礎上，本書詳細介紹瞭動態數組的實現原理和內存管理機製。隨後，我們轉嚮鏈錶（Linked List），包括單嚮鏈錶、雙嚮鏈錶和循環鏈錶。通過對比數組和鏈錶的內存布局、連續性與分散性，讀者將清晰理解在何種場景下應優先選用哪種結構。本章包含大量操作（如閤並、反轉、查找中間節點）的C/C++或Java實現示例。 第3章：棧（Stack）與隊列（Queue）：受限的抽象 棧（後進先齣，LIFO）和隊列（先進先齣，FIFO）是程序控製流和任務調度中不可或缺的結構。本書不僅講解其基於數組和鏈錶的實現，更重要的是探討它們在實際應用中的角色，例如：函數調用棧的原理、錶達式求值（中綴轉後綴）、迷宮求解中的迴溯（棧的應用）以及任務調度（隊列的應用）。特彆地，我們還會介紹雙端隊列（Deque）及其在滑動窗口最大值問題中的高效應用。 --- 第二部分：結構化數據與高效檢索 本部分深入探討用於組織非綫性數據和實現快速查找、插入、刪除操作的核心結構。 第4章：樹（Trees）：分層與層次化數據 樹結構是處理層次關係的有力工具。本章從基本概念（根、葉子、深度、高度）開始，重點分析瞭二叉樹（Binary Tree）的遍曆方法（前序、中序、後序）及其相互轉換的原理。 第5章：二叉搜索樹（BST）與平衡 BST 提供瞭平均 $O(log n)$ 的查找性能。然而，其性能高度依賴於數據插入的順序，可能退化為鏈錶，導緻 $O(n)$ 的最壞情況。為解決這一問題，本書花費大量篇幅詳細闡述瞭平衡二叉搜索樹的機製： AVL 樹： 嚴格的平衡因子約束，保證瞭絕對的平衡性，但鏇轉操作相對復雜。 紅黑樹（Red-Black Trees）： 廣泛應用於標準庫（如Java的`TreeMap`，C++的`std::map`）。我們將深入剖析其五條顔色規則、節點的插入和刪除後如何通過單鏇和雙鏇來恢復局部平衡，這是理解操作係統和數據庫底層索引機製的關鍵。 第6章：堆（Heaps）與優先隊列 堆是一種特殊的樹結構，它滿足“堆性質”（父節點總是大於/小於其子節點），是實現優先隊列（Priority Queue）的基礎。本書側重於二叉堆的實現，包括如何通過數組高效地錶示堆結構，以及 `heapify`（建堆）、`insert`（插入）和 `extract_max/min`（提取最值）操作的 $O(log n)$ 復雜度證明。此外，我們將介紹堆排序（Heap Sort）的內部機製及其與快速排序在穩定性上的區彆。 第7章：散列錶（Hash Tables）：近乎恒定的查找 散列錶是現代編程中最常用、性能最高的查找結構之一。本章從散列函數的原理入手，討論如何設計良好的散列函數以均勻分布數據。重點剖析處理衝突的兩種主流方法： 1. 鏈式法（Separate Chaining）： 使用鏈錶存儲衝突的元素。 2. 開放尋址法（Open Addressing）： 包括綫性探測、二次探測和雙重散列，詳細分析探地址的性能退化與裝載因子（Load Factor）的關係。 本書將探討如何優化散列錶的性能，包括調整大小（Resizing）和動態重散列（Rehashing）的策略。 --- 第三部分：圖論——連接世界的模型 圖結構是建模復雜關係（如網絡、地圖、依賴關係）的終極工具。本部分是全書的難點和重點之一。 第8章：圖的錶示與基本遍曆 介紹圖的兩種主要錶示方法：鄰接矩陣（Adjacency Matrix）和鄰接錶（Adjacency List）。隨後，係統講解兩種核心遍曆算法： 廣度優先搜索（BFS）： 利用隊列實現，用於尋找最短路徑（無權圖）。 深度優先搜索（DFS）： 利用棧（或遞歸）實現，用於拓撲排序、連通分量檢測和查找環路。 第9章：最短路徑算法 本章專注於在不同約束條件下尋找圖中兩點之間的最優路徑： 1. Dijkstra 算法： 針對非負權重的單源最短路徑問題，重點分析其使用優先隊列優化後的時間復雜度。 2. Bellman-Ford 算法： 能夠處理包含負權邊的圖，並能有效檢測齣負權環路的存在性。 3. Floyd-Warshall 算法： 用於求解所有頂點對之間的最短路徑（All-Pairs Shortest Path）。 第10章：最小生成樹（MST） 最小生成樹算法用於在連通的、無嚮的帶權圖中找到一個包含所有頂點的子圖，且邊的總權重最小。本書詳細對比和實現兩種經典貪心算法： Prim 算法： 從一個起始點開始，逐步擴展 MST。 Kruskal 算法： 基於邊的排序，利用並查集（Disjoint Set Union, DSU）數據結構高效地判斷是否形成環路，DSU的路徑壓縮和按秩閤並的優化機製將得到深入講解。 --- 第四部分：高級主題與算法設計範式 本部分將視野拓展到更抽象的算法設計方法和效率更高的專業結構。 第11章：貪心算法（Greedy Algorithms） 探討貪心算法的設計哲學——局部最優選擇是否能導嚮全局最優。通過活動選擇問題、霍夫曼編碼（Huffman Coding）等經典案例，分析貪心算法的可行性判斷標準和局限性。 第12章：動態規劃（Dynamic Programming, DP） 動態規劃是解決具有重疊子問題和最優子結構問題的強大工具。本書將DP的思考過程結構化為三個步驟：最優子結構分析、重疊子問題識彆、狀態轉移方程的建立。我們將深入分析背包問題（0/1 Knapsack）、最長公共子序列（LCS）和矩陣鏈乘法的具體實現。 第13章：高級搜索與迴溯法 本章討論如何係統地搜索解空間，特彆是用於解決約束滿足問題。我們將剖析迴溯法（Backtracking）在八皇後問題、數獨求解以及組閤生成問題中的應用，強調剪枝（Pruning）技術對於提升效率的重要性。 第14章：高級數據結構選講 為瞭應對大規模數據的挑戰，本書最後介紹幾種在特定領域錶現優異的結構： B 樹/B+ 樹： 解釋它們如何優化磁盤I/O，成為數據庫和文件係統索引的首選結構。 Trie（前綴樹）： 專門用於高效的字符串前綴搜索和字典操作。 布隆過濾器（Bloom Filter）： 用於概率性地判斷一個元素是否在一個集閤中，強調其空間效率和“誤報”的可能性。 通過對這些核心概念和高級應用的詳盡講解，《數據結構與算法導論》旨在培養讀者分析問題、設計方案並用數學方法驗證其效率的綜閤能力，使讀者能夠自信地應對軟件工程和計算機科學領域中最具挑戰性的任務。本書的最終目標是讓數據結構和算法不再是僵硬的公式，而是解決現實世界復雜問題的靈活工具箱。

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我最欣賞的是它對於現代Linux發行版中那些‘不那麼明顯’的組件的處理深度。在我的日常工作中，我們早就習慣瞭使用systemd來管理服務，但很少有人會去深究它背後那套復雜的依賴解析和資源控製機製是如何實現的。市麵上的很多書籍似乎都默認讀者隻需要知道如何啓用或禁用一個服務，對更深層的Cgroup限製、日誌流的重定嚮機製一帶而過，仿佛那是隻有內核開發者纔需要關心的魔法。然而，正是這些細節，決定瞭我們的應用在高負載下是優雅降級還是直接崩潰。我翻閱瞭其中關於進程調度器的章節，它沒有止步於講解CFS（完全公平調度器）的基本概念，而是深入到瞭虛擬運行時（vruntime）的計算、搶占點的選擇，以及實時進程的優先級繼承問題。這種深入骨髓的剖析，對於構建高性能、高彈性的企業級應用至關重要。我希望這本書能提供足夠的代碼片段和係統調用流程圖，讓我能夠清晰地追蹤一個數據包從網卡到應用層用戶空間的全生命周期，而不是停留在OSI七層模型的抽象描述上。

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這套書的封麵設計很有意思，那種深邃的藍色調和簡潔的字體搭配，一下子就抓住瞭我的眼球。我是一個係統運維的老兵瞭，過去十幾年裏踩過的坑比走過的路還多，但對Linux內核和底層機製的理解總覺得差那麼一層窗戶紙。市麵上很多教材要麼過於理論化，堆砌著晦澀難懂的術語，讀起來像在啃一本厚厚的字典；要麼就是陷於錶麵的‘How-to’，教你敲幾個命令瞭事，但一旦遇到復雜的故障排查，就束手無策。我一直在尋找一本能真正把我帶入‘Action’層麵的書，那種不僅僅是告訴你‘做什麼’，更要深入解釋‘為什麼會這樣’的書。我希望它能像一位經驗豐富的前輩，帶著我一起拆解那些看似神聖不可侵犯的係統調用、內存管理細節，以及網絡協議棧的每一步握手與數據包傳輸。我期待的閱讀體驗是，每讀完一個章節，都能清晰地在腦海中構建起一個微小的、可運行的Linux世界模型，而不是讀完後隻留下滿腦子的疑惑和‘也許試試看’的僥幸心理。這套書的厚度讓我感到沉甸甸的，希望這份重量能壓實我知識體係中的那些鬆散角落。

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對於一個已經熟悉基本操作的資深用戶來說，最怕的就是讀到那種復述官方文檔或者Man Page內容的書籍。真正有價值的輸入，是那些經過作者實戰經驗沉澱後，提煉齣的最佳實踐和‘陷阱’預警。這本書的價值恰恰在於後者。例如，在內存管理一章，它沒有簡單地羅列`mmap`的參數，而是深入探討瞭透明大頁（THP）在特定數據庫負載下的性能反噬效應，以及何時應該禁用它。這種帶有強烈個人色彩和實戰檢驗的建議，是書本知識區彆於普通參考資料的標誌。它不是在‘教’你知識，而是在‘傳授’經驗，告訴你哪些看似美好的特性在特定場景下會變成性能殺手。這種基於深入理解後做齣的權衡和取捨的指導，是無法從標準的命令行手冊中學到的，也是我購買技術書籍時最看重的部分。

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我注意到，這本書在網絡模塊的講解上投入瞭相當大的篇幅，這正是我目前工作中的一個痛點。我們團隊最近在處理一個高並發的TCP連接池問題，延遲抖動（Latency Jitter）成瞭老大難。市麵上多數網絡書籍會花大量篇幅講Socket編程，但對內核中接收隊列、軟中斷處理、擁塞控製算法（如BBR的引入和效果）的底層實現幾乎是閉口不談。這本書似乎填補瞭這個空白。它詳盡地描述瞭NAPI（新的應用編程接口）如何高效地處理大量中斷，減少CPU開銷，以及內核層麵是如何管理發送緩衝區以避免不必要的重傳和超時。通過對這些細節的掌握，我感覺自己不再是被動地接受網絡延遲的結果，而是有能力去主動乾預和優化內核的網絡棧配置。這種從‘用戶空間視角’到‘內核視角’的視角轉換，是真正意義上的‘In Action’，讓讀者能夠真正參與到係統的深層運作中去。

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這本書的敘事風格非常務實，沒有太多華而不實的文學修辭，直奔主題，這一點深得我心。我之前買過一本號稱是‘終極指南’的書，結果大部分篇幅都在迴顧Unix的簡史和哲學思辨，真正乾貨的部分少得可憐。閱讀體驗就像是參加一場冗長且跑題的會議，浪費瞭我寶貴的時間。而這套書，我隨便翻開任何一頁，都能看到清晰的寄存器狀態、內存布局圖，或是關鍵配置文件中某個不起眼參數的精確含義及其對係統行為的巨大影響。尤其是在討論文件係統時，它沒有滿足於解釋ext4的inode結構，而是詳細對比瞭延遲分配（Delayed Allocation）如何優化寫入性能，以及如何應對數據丟失風險。這種對性能瓶頸和潛在風險的預判性講解，遠比單純的API參考手冊要有價值得多。我更看重的是那種能夠讓我站在更高維度去理解係統行為模式的能力，而不是僅僅停留在記憶特定命令的層麵上。

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比較簡單的幾個實際操作案例，主要基於Ubuntu。對Linux係統講得比較淺顯。

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入門讀物 CH3 CH4 CH5 CH12

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比較簡單的幾個實際操作案例，主要基於Ubuntu。對Linux係統講得比較淺顯。

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