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出版者:人民邮电出版社

作者:Gary J. Bronson

出品人:

页数:841

译者:刘勇

出版时间:2002-8

价格:78.0

装帧:平装

isbn号码:9787115100870

丛书系列:

图书标签:

• C++
• 程序开发
• 设计
• 编程
• 计算机科学
• 软件工程
• 算法
• 数据结构
• 面向对象
• 代码
• 学习

《数据结构与算法精粹：从理论到实践的深度探索》 本书导言： 在现代软件工程领域，程序设计的能力已不再仅仅局限于对特定语言语法的熟练掌握，更深层次的要求在于对计算思维的构建与对问题解决策略的优化。本书《数据结构与算法精粹：从理论到实践的深度探索》，正是为了满足这一时代需求而精心编撰。它将带领读者穿梭于抽象的理论殿堂与具体的工程实现之间，系统性地剖析支撑所有高效能软件的基石——数据结构与核心算法。我们坚信，掌握这些工具，才是通往卓越软件架构师的必经之路。 第一部分：基础架构——数据组织的艺术 (The Art of Data Organization) 本部分聚焦于最基本且应用最为广泛的数据组织形式，它们是构建复杂系统的砖石。我们将彻底摒弃停留在概念介绍的肤浅层面，转而深入挖掘每种结构背后的设计哲学、性能权衡（时间复杂度和空间复杂度）以及在真实应用场景中的适用性。 第1章：线性结构的精深理解与应用 我们从最基础的线性结构——数组（Arrays）开始，但重点在于其底层内存布局、缓存局部性对性能的影响，以及动态数组（如向量 Vector）在内存分配与释放机制上的巧妙设计。随后，我们将深入探讨链表（Linked Lists）的变体：单向链表、双向链表和循环链表，着重分析它们在元素插入、删除操作上的优势与代价，并以操作系统中的内存管理链表为例，展示其实用价值。 第2章：栈（Stacks）与队列（Queues）：受限访问的强大工具 栈（后进先出 LIFO）和队列（先进先出 FIFO）是解决特定流程控制问题的利器。本章不仅会讲解基于数组和链表的实现，更会引入双端队列（Deque）及其在滑动窗口最大值、缓冲区管理中的高效应用。我们将通过解析编译器的表达式求值过程（如中缀转后缀）、函数调用栈的原理，揭示这些“受限”结构如何支撑起复杂系统的控制流。 第3章：树（Trees）：非线性数据的革命 树结构是处理分层和层次化数据的核心。本章的篇幅将主要用于深度剖析二叉树（Binary Trees）的遍历方法（前序、中序、后序），并立即过渡到平衡搜索树的概念。我们将详细讲解AVL 树和红黑树（Red-Black Trees）的旋转、着色与自平衡机制。理解红黑树的五个维护性质，是掌握现代标准库关联容器（如 `std::map` 和 `std::set`）性能保证的关键。此外，我们还将探讨B 树及其在数据库索引和文件系统中的统治地位。 第4章：堆（Heaps）与优先队列（Priority Queues） 堆是一种特殊的完全二叉树，它以极高的效率支持最大值或最小值的快速提取。本章将深入讲解二叉堆的构建（Floyd 算法的优化过程）、上滤（sift-up）和下滤（sift-down）操作的数学原理。基于此，我们将构造高效的优先队列，并将其应用于堆排序（Heap Sort）的稳定实现分析，对比其与快速排序在最坏情况下的性能差异。 第5章：散列（Hashing）与映射（Maps） 散列是实现接近 $O(1)$ 平均时间复杂度查找的关键。本章的核心在于散列表（Hash Table）的设计。我们将详细比较链地址法（Separate Chaining）和开放寻址法（Open Addressing）（线性探测、二次探测、双重散列）的优劣。尤其重要的是，我们将探讨散列函数的构造原则（均匀性、雪崩效应），以及如何使用一致性哈希（Consistent Hashing）来解决分布式系统中节点的动态增减问题。 第二部分：连接世界——图论的广阔应用 (The Vast Applications of Graph Theory) 图结构是建模复杂关系（网络、依赖、路径）的终极工具。本部分将从图的表示方法入手，逐步深入到经典路径搜索与连通性算法。 第6章：图的表示与基础遍历 我们将对比邻接矩阵（Adjacency Matrix）和邻接表（Adjacency List）在存储稀疏图和稠密图时的内存占用与操作效率。重点讲解深度优先搜索（DFS）和广度优先搜索（BFS）的实现细节，并展示如何利用它们来检测图中的环、判断二分图的性质以及进行拓扑排序。 第7章：最短路径算法的权衡 本章是图论的核心应用。我们将系统分析解决最短路径问题的不同算法： 1. Dijkstra 算法：在非负权重图中的应用及其与优先队列的结合优化。 2. Bellman-Ford 算法：处理包含负权边的图，并利用其松弛过程检测负权环。 3. Floyd-Warshall 算法：解决所有顶点对之间的最短路径问题，深入剖析其动态规划思想。 第8章：最小生成树与网络流 我们将探索如何使用 Prim 算法 和 Kruskal 算法 在加权无向图中寻找最小生成树（MST），并分析 Kruskal 算法中并查集（Disjoint Set Union, DSU）的路径压缩和按秩合并的近乎 $O(1)$ 摊还时间复杂度。随后，我们将触及网络流的领域，简要介绍 Ford-Fulkerson 方法及其在最大流/最小割定理中的体现。 第三部分：算法的效率与优化 (Efficiency and Optimization of Algorithms) 本部分将提升读者的视角，从“如何实现”转向“如何做得更好”，聚焦于算法的效率分析与设计范式。 第9章：排序的深度比较与选择 除了基础的冒泡和插入排序，我们将重点分析高性能排序算法： 1. 快速排序（Quick Sort）：深入探讨枢轴（Pivot）的选择策略（如三数取中法）对最坏情况的规避，并分析其内/外层递归的内存消耗。 2. 归并排序（Merge Sort）：强调其稳定性，并分析在外部排序中的关键作用。 3. 计数排序、桶排序与基数排序：在特定约束条件下实现线性时间排序的原理。 第10章：算法设计范式：分治、贪心与动态规划 本章是算法思维的集中体现： 分治法 (Divide and Conquer)：以“合并排序”和“快速排序”为例，强调递归的结构。 贪心算法 (Greedy Algorithms)：讲解如何识别问题中的“最优子结构”和“贪心选择性质”，并以活动安排问题为例进行证明。 动态规划 (Dynamic Programming, DP)：这是最需要深入理解的部分。我们将区分自顶向下（带备忘录）和自底向上（递推）的实现方式，通过最长公共子序列、背包问题（0/1 和完全背包）等经典案例，训练读者构建状态转移方程的能力。 第11章：高级搜索与回溯（Backtracking） 我们将讨论启发式搜索，特别是 A 搜索算法，它如何结合 Dijkstra 的最优性和启发函数（Heuristic Function）的效率，成为路径规划中的首选。同时，对于组合优化问题，我们将详细讲解回溯法的框架，用以解决 N 皇后问题、数独求解等需要系统性试错的难题。 结语：迈向高性能计算的阶梯 本书的最终目标是培养读者对计算复杂度的敏锐嗅觉和对数据结构选型的精准判断力。我们力求通过详尽的理论推导、精确的复杂度分析，以及对每种结构和算法在不同应用场景下的性能剖析，使用户不仅能“写出能运行的代码”，更能“写出高效且健壮的程序”。掌握这些精粹，将是您在面对高并发、大数据挑战时，构建高性能解决方案的坚实基础。

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从收藏价值的角度来看，这本书的装帧和纸张质量都达到了很高的水准，即便是经常翻阅和做笔记，也不会轻易出现磨损或墨水洇开的现象，这对于一个需要反复查阅的技术书籍来说至关重要。更难得的是，它在讨论设计原则时，并没有陷入空泛的理论讨论，而是紧密结合C++的语言特性进行剖析。例如，在讨论“单一职责原则”时，作者会立刻展示如何通过合理的类封装和友元（Friend）机制的审慎使用来实现这一目标。这种紧密结合语言机制的讲解方式，使得设计模式不再是虚无缥缈的“圣经教条”，而是可以被精确编码的工程实践。这本书的深度恰到好处，既能满足有一定基础想提升的人，也能让初学者在面对进阶挑战时，有一个可以信赖的参考伙伴，它更像一本“工具手册加思想指南”的结合体。

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这本书的思维导向性是其最大的亮点之一。它教你的不仅仅是如何让程序“跑起来”，更是如何让程序“优雅地运行”。在介绍完面向对象的三大特性后，作者并没有立刻跳转到下一个知识点，而是用了一整章的篇幅来讨论“C++中的‘陷阱’与‘反模式’”，专门列举了C++历史上那些因为不理解底层机制而导致的性能黑洞和安全隐患。这种“先告诉你哪里容易摔倒，再教你如何走路”的教学方法，极大地提升了读者的安全意识和批判性思维。我特别喜欢它对异常处理（Exception Handling）的讨论，作者不仅展示了`try-catch`的基本用法，更深入分析了RAII（资源获取即初始化）范式如何通过栈展开机制，优雅且自动地保证资源释放的确定性。这本书的价值，在于它为读者构建了一个清晰的、基于C++语言特性的、面向健壮性和性能的现代软件工程思维框架。

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这本书的封面设计得相当有现代感，配色大胆却又不失专业气息，初拿到手时，那沉甸甸的质感就让人对接下来的阅读充满了期待。我本来对C++这门语言一直抱有一种敬而远之的态度，总觉得它复杂难懂，但翻开目录后发现，编排的逻辑非常清晰，从基础的数据结构到面向对象的高级特性，再到后期的性能优化和设计模式，知识点的铺陈犹如登山步道，一步一个脚印，稳健而有引导性。特别是书中对指针和内存管理的讲解，简直是拨云见日，那些我过去反复琢磨不透的概念，在这里通过生动的图例和恰到好处的代码示例，变得异常直观。我尤其欣赏作者在每一个章节末尾设置的“陷阱与优化”小节，它们不是简单的习题，而是模拟了真实开发中容易犯的错误，并提供了专业的修正思路，这对于从初级向中级程序员过渡的读者来说，价值巨大。这本书更像是一位经验丰富的老工程师，耐心细致地在你身边，手把手地教你如何写出健壮、高效的代码，而不是冷冰冰的理论堆砌。

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阅读体验上，这本书的行文风格着实让人眼前一亮，它没有那种教科书式的刻板和枯燥，反而带有一种知识分享者特有的热情与洞察力。作者在解释复杂概念时，总能找到非常贴切的生活化比喻，比如，将模板（Templates）比作高级定制的工具箱，将多态性比作应对不同客户需求的弹性服务流程，这极大地降低了理解的门槛。不过，书中对于某些前沿标准特性的覆盖略显保守，例如C++20引入的某些模块化改进，我期望能看到更多关于现代C++标准库中那些提高开发效率的新工具的深入探讨。但这也许是取舍，为了保证核心基础的扎实性，作者选择了更侧重于经典且应用最广泛的特性。总的来说，这本书的语言是优雅且富有逻辑的，它成功地平衡了理论的深度与实践的可操作性，读起来感觉像是在听一场精心准备的学术讲座，既有高度，又不失亲和力。

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我尝试着跟着书中的步骤，完整地实现了一个小型项目——一个基于事件驱动的日志系统。这本书的实战演练部分做得非常到位，它不仅仅是给出代码片段，而是完整地展示了从需求分析、模块划分到最终调试的全过程。在实现过程中，我发现作者非常注重代码的可读性和维护性，他反复强调命名规范和注释的重要性，甚至在代码中留下了很多“待办事项（TODO）”的标记，来提醒未来维护者注意哪些地方需要优化，这种“成人思维”的编程习惯，比死记硬背语法规则重要得多。唯一让我感到一丝遗憾的是，书中对于跨平台编译环境的配置和调试（比如在Linux和Windows下的差异处理）介绍得不够详尽，对于初次接触跨平台开发的读者来说，这部分可能需要额外的搜索引擎支持。但就C++核心知识的落地应用而言，这本书无疑提供了一个坚实的基石。

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