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出版者:

作者:张文灼 编

出品人:

页数:247

译者:

出版时间:2009-1

价格:26.00元

装帧:

isbn号码:9787111256250

丛书系列:

图书标签:

• 单片机
• 嵌入式系统
• 应用开发
• 电子技术
• 微控制器
• C语言
• 硬件设计
• 实践教程
• 电路原理
• 技术参考

《数据结构与算法导论：从理论到实践》 内容简介 本书旨在为读者提供一个全面而深入的数据结构与算法学习路径，重点关注理论基础的夯实与实际工程问题的解决能力。我们摒弃了传统教材中过于晦涩的数学推导，转而采用直观的讲解方式，并结合大量贴近现代软件开发的实例，帮助读者真正掌握算法设计与分析的核心思想。 全书结构清晰，内容涵盖了数据结构与算法的经典领域，并适度引入了当前热门的前沿技术，确保读者不仅能应对学术考核，更能胜任工业级项目开发的需求。 第一部分：基础构建——数据结构的核心原理 (约 400 字) 本部分聚焦于数据组织的基本范式及其性能评估标准。首先，我们详细阐述了算法分析的基石——渐进记号（大O、Ω、Θ），并深入探讨了时间复杂度和空间复杂度的精确量化方法。 随后，我们将核心精力投入到基本线性结构的研究中。数组与链表的章节不仅对比了它们在内存布局上的差异，更重要的是，深入分析了它们在插入、删除、随机访问等操作上的性能权衡。我们特别引入了动态数组（如C++的`std::vector`或Java的`ArrayList`）的实现机制，揭示其摊还分析（Amortized Analysis）的精妙之处。 对于栈（Stack）和队列（Queue），我们不仅介绍了基于数组和链表的经典实现，还着重展示了它们在特定应用场景中的作用，例如使用栈实现表达式求值（中缀转后缀）以及使用队列解决图的广度优先搜索（BFS）问题。 最后，本部分将介绍散列表（Hash Table）。我们详细剖析了哈希函数的设计原则，并系统地对比了解决冲突的几种主要策略：分离链接法（Separate Chaining）和开放寻址法（Open Addressing，包括线性探测、二次探测和双重散列）。读者将了解到如何通过合理的散列设计，实现近乎 O(1) 的平均查找效率。 第二部分：树形与图结构——复杂关系建模 (约 550 字) 本部分是全书的核心，它引导读者进入非线性数据结构的探索，这些结构是处理层次化和网络化数据的关键。 树结构的学习从最基础的二叉树开始，深入讲解了遍历方式（前序、中序、后序）在不同场景下的应用。随后，本书将篇幅集中在自平衡二叉查找树（Self-Balancing BSTs）上。我们不仅详细解释了AVL树的旋转操作，更重要的是，我们花费大量篇幅讲解了更实用、更灵活的红黑树（Red-Black Tree）的插入与删除过程，这是操作系统和许多标准库实现中不可或缺的组件。我们还引入了B/B+树，侧重于它们在数据库和文件系统中优化磁盘I/O的原理。 在掌握树的基础上，我们进入了图论的广阔领域。本书将图结构分为无向图和有向图，并讲解了邻接矩阵和邻接表两种主要的表示方法，分析了它们在空间效率和边查询效率上的优劣。 算法方面，本部分涵盖了图的遍历（深度优先搜索DFS和广度优先搜索BFS）及其在连通性、拓扑排序中的应用。随后，我们将重点讲解最短路径算法：从无负权边的Dijkstra算法，到能处理负权边的Bellman-Ford算法，以及处理所有顶点对之间最短路径的Floyd-Warshall算法。每种算法的推导过程都辅以详细的伪代码和运行实例。 此外，我们还涵盖了最小生成树（MST）的构建，对比了基于贪心策略的Prim算法和Kruskal算法的实现细节和适用条件。 第三部分：高级算法设计与分析范式 (约 400 字) 本部分从方法论的角度，系统介绍解决复杂计算问题的通用策略。 排序算法的章节超越了简单的合并排序和快速排序。我们不仅深度剖析了快速排序的枢轴选择对最坏情况的影响，还通过性能对比，明确了在不同数据集规模下，混合排序策略的必要性。此外，我们还讲解了计数排序、桶排序和基数排序等线性时间排序算法的适用范围。 动态规划（Dynamic Programming, DP）被视为核心难点，本书通过“重叠子问题”和“最优子结构”两个核心概念，由浅入深地引导读者掌握DP思维。经典的背包问题（0/1背包、完全背包）、最长公共子序列（LCS）等案例将作为范例进行详尽的状态转移方程推导和自底向上（Bottom-Up）实现。 贪心算法章节则强调了证明贪心选择性质和最优子结构的关键性，通过区间调度、霍夫曼编码等案例，区分贪心策略与动态规划的适用边界。 回溯法与分支限界法将作为搜索算法的补充，用于解决组合优化问题，如N皇后问题和旅行商问题（TSP）的近似求解。 第四部分：工程应用与性能优化 (约 200 字) 最后一部分将理论与现代计算环境相结合。我们将讨论算法的并行化潜力，简要介绍如何利用多核架构优化如快速排序和图算法的性能。 本部分还会涉及近似算法和NP完全性的初步概念，帮助读者理解在面对不可解（或效率极低）的问题时，如何转向寻找高质量的近似解。我们将通过一个关于集合覆盖问题的例子，展示如何应用概率算法和近似保证来指导实际的工程决策。 全书的每一章都配有基于C++和Python的实现代码示例，这些代码严格遵循良好的编程规范，便于读者对照理解和集成到自己的项目中。本书的目标是培养读者“思考如何高效解决问题”的工程师素养。

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这本书在传感器接口和数据采集方面的内容也做得非常出色。作者详细介绍了各种传感器的类型、工作原理以及如何将其接入单片机进行数据采集。例如，在讲解模拟传感器时，他不仅介绍了ADC的采样率、分辨率等关键参数，还详细讲解了如何对采集到的模拟信号进行滤波、校准和转换，以获得准确的数据。对于数字传感器，作者则重点介绍了各种通信接口，如I2C、SPI，以及如何解析传感器输出的数据。他通过多个实例，展示了如何利用这些传感器来构建各种智能设备，如温湿度监测、光照强度测量等。

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这本书对于嵌入式系统中的功耗优化和电源管理也进行了深入的探讨。作者详细介绍了各种低功耗模式，如睡眠模式、待机模式，以及如何通过硬件和软件结合的方式来最大限度地降低系统的功耗。他分享了许多实用的功耗优化技巧，例如如何合理地选择元器件、如何优化程序逻辑、如何控制外围设备的电源开关等。这些内容对于开发电池供电的嵌入式设备来说，具有非常重要的指导意义。书中对不同电源管理芯片的选型和应用也提供了详细的介绍。

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这本书的内容涵盖了单片机应用技术的方方面面，并且讲解得非常深入浅出。即使是初学者，也能通过这本书快速入门，并逐步掌握高级的开发技巧。作者在讲解的过程中，充分考虑了读者的接受能力，用通俗易懂的语言和丰富的图示，将复杂的概念和技术变得清晰明了。例如，在讲解PWM（脉冲宽度调制）时，作者不仅给出了理论公式，还结合实际应用场景，例如电机调速和LED亮度调节，生动地展示了PWM的强大功能和应用价值。他还深入剖析了PWM的各种工作模式，以及如何根据不同的需求来选择和配置PWM参数，这对于理解和掌握PWM技术至关重要。

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书中对于嵌入式系统调试的讲解也是我非常看重的一点。作者详细介绍了各种调试工具的使用方法，例如逻辑分析仪、示波器以及集成开发环境（IDE）中的调试功能，并结合实际案例，演示了如何利用这些工具来定位和解决程序中的bug。他分享了许多宝贵的调试经验和技巧，例如如何通过打印信息来跟踪程序执行流程，如何利用断点来分析变量的值，以及如何通过代码审查来发现潜在的问题。这些内容对于提高开发效率、保证产品质量具有重要的指导意义。书中对一些常见的硬件故障的排查方法也提供了很好的参考。

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最让我惊喜的是，这本书在实际项目开发流程和工程化方面也提供了许多宝贵的经验。作者不仅分享了如何从需求分析、方案设计到代码实现、测试验证的完整开发流程，还强调了嵌入式系统开发的工程化思维，例如版本控制、代码规范、文档编写等。他还对嵌入式系统的可靠性、稳定性和安全性进行了深入的探讨，并提供了许多实用的建议和方法。这些内容对于我从一个技术爱好者向一名专业的嵌入式工程师转变，提供了重要的指引。

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这本书给我带来了全新的视角，它不仅仅是枯燥的技术堆砌，更像是一位经验丰富的工程师在娓娓道来他的项目经历和思考。从最初选择合适的单片机型号开始，作者就花了大量的篇幅去分析不同系列产品的优劣势，以及在实际应用中如何根据具体需求进行权衡。这一点非常重要，因为很多初学者往往只关注功能，而忽略了成本、功耗、易用性等综合因素，导致项目后期出现不少麻烦。书中对各种存储器，如ROM、RAM、EEPROM等的讲解也非常到位，不仅介绍了它们的原理，还详细阐述了它们在不同应用场景下的选择标准和使用技巧，比如在嵌入式系统中，如何通过合理的内存分配来优化程序性能，以及如何处理内存碎片问题，这些都是实践中非常宝贵的内容。

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本书在软件开发方面的内容也相当详实。作者从裸机编程开始，逐步引导读者学习如何构建一个完整的嵌入式软件系统。他详细介绍了C语言在单片机开发中的应用，包括常用的数据结构、算法以及面向对象编程的思想在嵌入式开发中的体现。尤其值得称赞的是，书中对实时操作系统（RTOS）的讲解，它不仅仅是介绍了RTOS的基本概念，还通过实际项目，演示了如何使用FreeRTOS等RTOS来管理任务、实现任务间通信和同步。这对于需要开发复杂嵌入式系统的开发者来说，是极其宝贵的知识。书中关于中断处理、定时器应用、低功耗设计等章节，也为我解决实际开发中的难题提供了很多思路。

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我特别欣赏书中对于硬件接口的讲解，它不是简单地罗列接口的功能，而是深入剖析了每个接口的工作原理，以及在实际连接时需要注意的细节。例如，在讲解SPI和I2C总线时，作者不仅详细介绍了它们的通信协议，还通过实际电路图和代码示例，演示了如何正确地连接和配置这些总线，以及如何处理总线冲突和数据校验等问题。此外，书中还花了很大篇幅介绍ADC和DAC的应用，这对于需要进行模拟信号采集和控制的项目来说至关重要。作者通过丰富的实例，展示了如何利用ADC采集传感器数据，并进行滤波和校准，以及如何利用DAC输出控制电压或电流，这些内容对于我理解和应用模拟电路非常有帮助。

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最让我印象深刻的是，书中不仅关注理论知识，更注重实际操作和项目经验的分享。作者通过多个精心设计的项目案例，将前面讲解的技术知识融会贯通，让读者能够亲身实践。从一个简单的LED闪烁程序，到复杂的电机控制系统，每一个项目都循序渐进，难度递增。书中对每个项目的设计思路、实现步骤、代码调试以及遇到的问题和解决方案都进行了详细的描述，这让我受益匪浅。尤其是在一个涉及无线通信的项目中，作者详细讲解了如何选择合适的无线模块，如何进行通信协议的设计和实现，以及如何进行功耗优化，这些都是我在实际项目中经常会遇到的挑战。

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我对书中关于通信协议的讲解印象深刻。它不仅仅是简单地介绍USART、SPI、I2C等常用协议，更是深入探讨了这些协议的底层原理、通信时序以及在实际应用中可能遇到的问题和解决方案。例如，在讲解CAN总线时，作者详细阐述了CAN总线的帧结构、仲裁机制以及错误处理机制，并提供了实际的通信示例，这对于理解和应用CAN总线非常有帮助。书中还对一些高级的通信协议，例如TCP/IP协议在嵌入式系统中的应用进行了介绍，这为我学习和开发网络通信相关的项目提供了宝贵的参考。

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很实用 说明编者很用心

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