数据结构实验与学习指导 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:198

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出版时间:2008-3

价格:22.00元

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isbn号码:9787508452319

丛书系列:

图书标签:

• 数据结构
• 实验
• 学习指导
• 算法
• 编程
• C++
• 数据结构导论
• 计算机科学
• 高等教育
• 教学参考
• 实验教程

深入理解现代计算机科学的基石：精选编程与算法实践读物 本书系精选，旨在为有志于精通计算机科学核心理论与实践的读者提供一系列深度学习资源。我们聚焦于构建坚实的技术基础，涵盖从底层硬件交互到高级软件工程范畴的多个关键领域，确保读者能够系统性地掌握解决复杂计算问题的能力。 第一部分：底层架构与系统级编程的精要 本部分着眼于计算机科学的“骨架”——硬件、操作系统与底层语言。 1. 《深入理解计算机系统：原理、实践与优化（第二版）》 本书是理解现代计算机如何工作的权威指南。它不仅仅关注理论模型，更深入探讨了指令集架构（ISA）、数据表示、整数与浮点运算的细节、程序如何编译与链接、内存的组织与访问模式（包括虚拟内存和缓存层次结构），以及I/O的实现机制。 核心内容深度解析： 信息表示与处理： 详细剖析了位级操作、字节序、整数溢出和 IEEE 754 浮点标准的精确含义。读者将学会如何从硬件层面思考数据操作的效率与正确性。 程序结构与链接： 对汇编代码的生成过程、目标代码、可重定位目标文件、动态链接库（如 ELF 格式）的加载与解析进行了透彻的讲解。这对于调试复杂崩溃和理解程序启动流程至关重要。 处理器体系结构： 深入探讨了指令级并行（ILP）、分支预测的原理与误判的代价，以及现代 CPU 如何通过流水线和超标量执行来加速程序。 内存层次结构与性能： 缓存的工作原理（L1, L2, L3 缓存行、写回/写穿策略）是性能优化的核心。本书通过丰富的实例展示了如何通过代码重构（如数据布局优化、循环展开）来最大化缓存命中率。 并发编程模型： 介绍了线程、进程间的通信机制（信号量、互斥锁、条件变量），并重点阐述了并发编程中常见的缺陷，如竞态条件和死锁的识别与预防。 系统级 I/O 与网络编程基础： 涵盖了高效文件 I/O 的实现（如 `mmap`）和套接字（Socket）编程的基础接口，为后续的网络应用开发奠定基础。 2. 《C 语言：底层程序设计范例精选》 C 语言因其对内存的直接控制能力，仍然是系统编程、嵌入式开发和高性能计算的首选语言。本书侧重于如何利用 C 语言的特性来编写健壮、高效且接近硬件的代码。 实践重点： 指针的艺术与陷阱： 深入探讨指针算术、函数指针、指向函数的指针以及复杂的数据结构（如链表、树）在 C 语言中的手动实现。 内存管理与分配： 详细分析了 `malloc` 和 `free` 的内部机制，揭示了堆内存分配器的管理策略（如 Sbrk, Mmap），并教授如何避免内存泄漏和二次释放。 编译过程与预处理： 剖析了宏定义、条件编译（`ifdef`）在构建大型项目中的作用，以及头文件包含的依赖管理。 结构体与联合体： 精确解释了位域（Bit-fields）、结构体填充（Padding）和对齐（Alignment）如何影响内存布局和数据访问效率。 系统调用接口： 通过实际代码演示如何直接调用 POSIX 接口进行进程控制、文件操作和信号处理。 第二部分：高级算法设计与优化 本部分专注于提升问题解决的抽象能力和效率，这是所有高级软件工程的基石。 3. 《算法设计与分析（原书第4版）》 这是一本全面覆盖经典与现代算法理论的权威著作。它强调算法的数学严谨性、正确性证明以及时间/空间复杂度的精确分析。 算法范畴精述： 基础结构与排序： 涵盖了从冒泡排序到快速排序、归并排序的详细实现与复杂度分析，并深入探讨了堆排序和线性时间排序算法（如计数排序）。 图论算法的深度应用： 详述了图的遍历（BFS, DFS）、最短路径问题（Dijkstra, Bellman-Ford, Floyd-Warshall）、最小生成树（Prim, Kruskal）的贪心策略与实现细节。对连通分量、拓扑排序的实际应用场景进行了充分讨论。 动态规划与备忘录化： 提供了解决重叠子问题和最优子结构问题的通用框架，通过矩阵链乘法、最长公共子序列等经典案例，演示如何构建状态转移方程。 高级主题： 探讨了 NP 完全性理论的引入、近似算法的设计思想，以及高效的字符串匹配算法（如 KMP 算法）的工作原理。 4. 《计算理论与形式语言导论》 本教材将读者从具体的程序实现提升到对“可计算性”本质的哲学与数学思考。 核心理论框架： 有限自动机与正则语言： 详细讲解了确定性有限自动机（DFA）和非确定性有限自动机（NFA）的构建、等价性证明以及它们在词法分析中的应用。 下推自动机与上下文无关文法（CFG）： 重点阐述了如何使用 CFG 来描述编程语言的语法结构，以及 LL(k) 和 LR(k) 解析器的工作原理，这是编译器前端设计的核心。 图灵机模型： 作为计算的通用模型，本书对图灵机的定义、变体（如多磁带图灵机）进行了严谨的数学描述，并探讨了其存储与操作的限制。 可计算性与不可判定性： 深入分析了停机问题（Halting Problem）的不可判定性证明，以及 Rice 定理等在识别程序性质方面的意义。 第三部分：现代软件工程与高性能计算 本部分将理论知识转化为构建大型、高性能系统的实践技能。 5. 《高性能计算中的并行编程模型与实践》 随着多核处理器的普及，并行化成为提升应用性能的必然选择。本书聚焦于主流并行编程框架的实际应用与性能调优。 并行化策略： 共享内存模型（OpenMP）： 详细介绍了 OpenMP 的指令、数据依赖分析，以及如何使用指令（如 `parallel for`, `sections`）来指导编译器进行并行化，并重点讨论了伪共享（False Sharing）问题及其规避方法。 分布式内存模型（MPI）： 深入讲解了 MPI 接口（点对点通信、集合通信）的使用，特别是在大规模集群上的通信拓扑选择和负载均衡策略。 异构计算基础（CUDA/OpenCL 简介）： 提供了 GPU 编程的基本概念，包括线程层次结构（Grid, Block, Thread）、内存模型（全局、共享、常量内存）在 Kernel 设计中的影响。 性能度量与瓶颈分析： 教授如何使用性能分析工具（如 Valgrind, VTune）来识别并行程序中的同步开销、通信延迟和计算效率低下之处。 6. 《编译原理与现代编译器设计》 理解程序如何从高级语言转化为机器指令，是深入优化性能的关键。本书侧重于现代编译器的组织结构和核心优化技术。 编译流程解析： 词法分析与语法分析： 结合 Flex/Bison 或 ANTLR 等工具，演示如何构建强大的词法分析器和递归下降或 LALR 解析器。 中间表示（IR）的构建与优化： 重点分析三地址码、SSA（静态单赋值）形式的优势，以及如何在 IR 层面执行常量折叠、死代码消除、循环不变代码外提等优化。 代码生成与寄存器分配： 探讨指令选择的策略，以及基于图着色等技术的复杂寄存器分配算法，以最小化内存访问。 面向对象语言的编译挑战： 讨论虚函数表（vtable）的实现、垃圾回收（GC）对代码生成的影响，以及内联机制的成本效益分析。 通过系统学习上述六部核心著作，读者将建立起从二进制层面到高级应用层面，贯穿于理论基础、算法设计、系统实现和性能优化的完整知识体系。

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