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出版者:科学

作者:张宝森，陈彦主编

出品人:

页数:333

译者:

出版时间:2004-1

价格:32.00元

装帧:

isbn号码:9787030143990

丛书系列:

图书标签:

• C语言
• 程序设计
• 编程入门
• 计算机科学
• 教材
• 算法
• 数据结构
• 基础教程
• 经典教材
• 理工科

《深入理解数据结构与算法：从理论到实践》 图书简介 在当今信息技术飞速发展的时代，数据结构与算法是构建高效、稳定、可扩展软件系统的基石。本书旨在为读者提供一套全面、深入且高度实用的数据结构与算法学习路径，将晦涩的理论知识转化为可操作的工程实践能力。我们摒弃了传统教材中偏重数学推导而缺乏实际应用指导的弊端，专注于培养读者解决复杂计算问题的核心思维。 本书内容架构清晰，层层递进，覆盖了从基础概念到前沿主题的广阔范围。我们深信，掌握了优秀的数据结构和算法，才能真正驾驭现代计算的复杂性。 --- 第一部分：基础构建——数据组织的艺术 本部分将扎实地奠定读者在数据组织和基础算法设计方面的基础。我们首先从计算机内存模型和抽象数据类型（ADT）的概念入手，为后续所有内容的学习提供坚实的理论框架。 第一章：基础回顾与计算模型 本章将简要回顾必要的离散数学知识点，重点阐述计算复杂性理论的基础，包括时间复杂度（$O$ 记法）和空间复杂度的精确度量方法。我们将深入探讨RAM 模型（随机存取机器模型）的局限性，并介绍在现代多核、分布式环境中，如何对算法效率进行更贴近现实的分析。理解“渐近分析”的真正含义，是区分优秀程序员和平庸程序员的关键一步。 第二章：线性数据结构精讲 线性结构是所有复杂结构的基础。本章详细剖析数组和链表的内部机制。对于数组，我们不仅讨论静态和动态数组的内存布局差异，更会深入到缓存局部性对数组操作性能的影响。对于链表，我们会细致对比单向链表、双向链表和循环链表的优劣，并提供高质量的内存管理实践指导。 第三章：栈与队列的深度解析 栈（Stack）和队列（Queue）作为最基础的抽象结构，其应用场景远超教科书描述。本章将侧重于递归原理与栈的内在联系，深入讲解函数调用栈的工作机制。队列部分，我们不仅涵盖标准队列，还将讲解循环队列的高效实现，并引入优先级队列（基于堆实现）在调度算法中的核心作用。 --- 第二部分：树形结构与高效搜索 树结构是处理层次化数据和实现快速查找的核心工具。本部分将重点介绍各类树结构的设计哲学和应用场景。 第四章：树的基本概念与遍历 从二叉树的定义出发，本章系统性地讲解了前序、中序、后序遍历的递归与非递归实现方法。特别是迭代式中序遍历，它巧妙地展示了如何仅使用一个显式的栈来模拟递归过程，是面试和底层优化中常见的考点。 第五章：二叉搜索树（BST）及其平衡之道 BST 提供了平均 $O(log n)$ 的查找、插入和删除操作，但其性能严重依赖于元素的插入顺序。本章将深入剖析失衡问题，并引出解决这一问题的关键技术——自平衡二叉搜索树（AVL 树与红黑树）。红黑树的旋转、变色规则复杂且精妙，本书将用清晰的图示和伪代码，详尽拆解其维持平衡的每一个细微步骤，确保读者能够独立实现一个健壮的红黑树。 第六章：B 树、B+ 树：面向外部存储的优化 理解 B 树和 B+ 树对于任何涉及数据库或文件系统的人来说至关重要。本章将从磁盘 I/O 最小化的角度，阐述 B 树如何通过增加分支因子来适应大块读取的特点。我们将对比 B 树与 B+ 树在范围查询上的性能差异，并结合实际案例说明它们在数据库索引设计中的不可替代性。 第七章：堆与优先级的工程应用 堆（Heap）是实现高效优先级队列的结构。本章将重点讲解最大堆和最小堆的结构特性，详细演示Floyd 算法在建堆过程中的线性时间复杂度优势。我们会探讨堆在K 路径查找、Top K 问题以及事件驱动模拟中的实际应用。 --- 第三部分：图论基础与高级算法 图是建模现实世界复杂关系（如网络、路线、依赖）的最强大工具。本部分将专注于图的表示、遍历和路径查找算法。 第八章：图的表示与基础遍历 本章首先区分有向图与无向图、加权图与非加权图，并详细对比邻接矩阵与邻接表的优缺点，重点分析在不同图稀疏程度下，哪种表示方式更优。图的遍历算法——广度优先搜索 (BFS) 和深度优先搜索 (DFS)，将通过实例展示它们在连通性判断和拓扑排序中的关键作用。 第九章：最短路径算法的精细对比 最短路径问题是图算法的核心。本章将逐一攻克： 1. Dijkstra 算法：重点讨论其对非负权边的依赖性，并结合斐波那契堆（Fibonacci Heap）来展示理论上更优的时间复杂度实现。 2. Bellman-Ford 算法：深入解析其如何检测负权环，以及在路由协议中的潜在用途。 3. Floyd-Warshall 算法：展示其作为全源最短路径算法的动态规划本质。 第十章：最小生成树 (MST) 算法 最小生成树是网络设计中的基础。本章详尽对比 Prim 算法和 Kruskal 算法的实现细节。Kruskal 算法的性能高度依赖于并查集（Disjoint Set Union, DSU）的效率，因此本章会花费大量篇幅讲解 DSU 的路径压缩和按秩合并优化，展示如何将看似复杂的集合操作优化到接近常数时间 $O(alpha(n))$。 --- 第四部分：高级主题与算法设计范式 最后一部分将介绍解决复杂问题的通用策略和一些高性能算法。 第十一章：动态规划 (DP)：最优子结构与重叠子问题 动态规划是一种强大的优化技术。本章将从记忆化搜索和自底向上迭代两种角度切入，系统性地解决经典的背包问题（0/1 背包、完全背包）、最长公共子序列等问题。重点在于如何准确地定义状态转移方程，这是 DP 成功的关键。 第十二章：贪心算法与反证法 贪心算法以其简单高效著称，但并非所有问题都适用。本章将通过霍夫曼编码、区间调度问题等经典案例，演示贪心选择的正确性证明方法——局域最优推导出全局最优。同时，也会通过反例说明何时不能使用贪心策略。 第十三章：字符串匹配与哈希技术 本章聚焦于字符串处理的效率。我们将深入讲解KMP 算法（Knuth-Morris-Pratt）的核心思想——利用前缀函数避免不必要的比较回溯。此外，本章还会介绍Rabin-Karp 算法中的滚动哈希技术，用于高效处理大规模文本的子串查找。 第十四章：排序算法的性能极限与稳定性 除了基础的插入、选择、冒泡排序外，本书重点分析了快速排序（Pivot 选择的艺术与最坏情况规避）和归并排序（稳定性的保证）。最后，我们将介绍计数排序和基数排序，展示在特定约束下，如何实现 $O(n)$ 时间复杂度的非比较排序。 --- 本书特色 工程导向：每一章的代码示例均采用现代 C++ 标准编写（兼容 C 风格实现），注重内存效率和接口设计。 复杂度可视化：通过大量的图表和执行流程图，将抽象的算法执行路径具象化。 错误与陷阱：专门设立“陷阱提示”栏目，指出初学者在实现 BST、红黑树或 DP 转移时最常犯的逻辑错误。 实践案例：书中穿插了操作系统中的内存分配、编译器中的语法分析树构建、以及网络路由选择等实际工程场景的应用案例。 本书适合所有希望从“会写代码”提升到“写出高效、健壮代码”的软件工程师、计算机科学专业学生以及算法竞赛爱好者。掌握本书内容，意味着您将拥有分析和优化任何软件系统性能的底层能力。

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在我看来，这本书最大的亮点之一在于它对算法和数据结构部分的讲解。虽然C语言本身是基础，但掌握了高效的算法和数据结构，才能写出更优化的程序。这本书并没有把这一部分当做可有可无的内容，而是给予了充分的重视。它从最基础的链表、栈、队列讲起，然后深入到树、图、排序和查找算法。令人赞赏的是，它不仅仅是列出算法的伪代码，而是用C语言实现了这些算法，并且详细解释了算法的原理、时间复杂度和空间复杂度。比如，在讲解快速排序的时候，它不仅给出了快排的实现，还解释了pivot的选择对性能的影响，以及如何处理重复元素。这些深入的分析，让我对算法有了更深刻的理解，而不仅仅是死记硬背。更重要的是，它还提供了一些应用场景，说明了在实际开发中，为什么需要使用这些特定的数据结构和算法，以及它们能带来哪些优势。例如，在讲解哈希表的时候，它就提到了在数据库索引、缓存查找等场景中的应用，这让我看到了编程的实际价值。这本书就像一位经验丰富的导师，不仅传授知识，更教会你如何思考，如何选择最适合的工具来解决问题。阅读这本书的过程，就像是在经历一场思维的训练，让我逐渐养成了严谨的编程习惯和解决问题的能力。

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这本书在讲解过程中，非常注重对初学者容易出错的地方进行强调和提示。很多其他的C语言书籍，往往会直接给出正确的代码，而忽略了那些我们可能会犯的错误。但这本书不同，它会专门开辟一个章节或者在讲解的某个部分，用醒目的方式指出常见的语法错误、逻辑陷阱，并解释为什么会发生这些错误，以及如何避免。比如，在讲解指针的时候，它就花费了大量的篇幅来解释指针的类型、指针的运算、以及野指针和悬空指针的问题，并且给出了很多容易引起这类错误的场景和正确的写法。这种“反面教材”式的讲解方式，对于我来说非常有帮助，因为它让我提前意识到了潜在的困难，并在学习过程中更加小心谨慎。同时，它还提供了一些调试技巧，教我们如何利用编译器提供的错误信息来定位问题，以及如何使用printf进行简单的调试。这些实用的技巧，让我在遇到bug的时候，不再那么束手无策，而是能够更有条理地去解决问题。我之前也尝试过一些其他的编程书籍，但是总觉得它们在理论和实践之间存在一定的鸿沟，很难将学到的知识顺利地应用到实际的编码中。这本书在这方面做得相当出色，它通过大量的练习题和项目实战，将理论知识消化吸收，并且锻炼了独立解决问题的能力。这些练习题的难度设置也很合理，从简单的语法练习，到需要一定逻辑思维的算法题，循序渐进，让我能够不断挑战自己，并从中获得成就感。

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这本书在语言风格上非常亲切且富有启发性，让我在学习过程中感觉非常舒适，没有丝毫的枯燥乏味。作者的叙述方式，就像是在与一位经验丰富的程序员朋友交流，娓娓道来，引人入胜。它没有使用过于生涩或专业的术语，而是用通俗易懂的语言来解释复杂的概念。同时，它还穿插了一些关于编程的哲学和思考，例如如何写出优雅的代码，如何保持代码的可读性，以及如何成为一名优秀的程序员。这些内容虽然不是C语言的直接语法，但却能从更宏观的层面帮助我理解编程的意义和价值。我喜欢书中提到的那些“编程习惯”和“最佳实践”，它们都是作者在多年编程经验中总结出来的宝贵财富。这些习惯，例如命名规范、代码缩进、错误处理等等，虽然看起来是小细节，但对于写出高质量的代码至关重要。这本书就像是在为我量身定制的指导，它不仅教会我C语言的知识，更教会我如何去“做”一个程序员。它让我对编程这项技能有了更深刻的认识，也让我更加热爱这个领域。

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这本书在内容编排上非常人性化，考虑到了不同层次读者的需求。对于初学者来说，它提供了清晰、系统的入门指引，让学习过程不再迷茫。而对于有一定基础的读者，它也提供了深入的讲解和拓展内容，满足进阶的需求。我印象特别深刻的是，书中在讲解完一个大的知识模块后，都会有一个小结，总结本章节的主要内容，并且提出一些需要注意的细节。这种回顾性的设计，能够帮助我巩固已经学到的知识，并且加深印象。更重要的是，它还提供了一些“项目实战”的环节，让我能够将学到的零散知识点串联起来，去完成一个完整的项目。这些项目，例如简单的计算器、学生成绩管理系统等等，虽然难度不大，但能够让我体验到从构思到实现的全过程，并且在实际操作中发现自己知识的不足。这种“学以致用”的学习方式，是我最看重的。它不仅仅是理论的学习，更是能力的培养。通过完成这些项目，我不仅巩固了C语言的知识，更锻炼了解决实际问题的能力，并且对编程充满了成就感。

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从另一个角度来看，这本书对于培养读者的逻辑思维能力起到了至关重要的作用。C语言本身就需要严谨的逻辑，而这本书恰恰通过各种例子和练习，潜移默化地锻炼了读者的这种能力。例如，在讲解循环和条件判断的时候，它会设计一些需要多层嵌套和复杂条件的场景，要求读者去设计出能够正确处理这些情况的算法。这些练习不仅仅是语法题，更是对思维逻辑的考验。我记得有一道题，要求编写一个程序，计算一个数列的第n项，但这个数列的生成规则比较复杂，需要通过多重循环和条件判断才能实现。在解决这道题的过程中，我反复思考、推敲，最终才找到了最优的逻辑解法。这种挑战自我的过程，让我觉得非常有收获。书中的很多章节，都包含了“思考题”或者“拓展题”，它们往往比基础练习题更具挑战性，但解决这些问题所带来的成就感也是巨大的。这些题目迫使我去深入思考，去分析问题，去寻找最优的解决方案，而不仅仅是机械地套用公式。这种能力的提升，对于我在其他领域学习和解决问题也大有裨益。

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这本书在讲解过程中，非常注重对知识点的“知其然”与“知其所以然”的结合。它不仅仅是告诉你怎么做，更会深入到“为什么”要这么做。这种讲解方式，让我对C语言的理解更加深入和透彻。比如，在讲解结构体和指针的时候，它会详细解释结构体在内存中的存储方式，以及指针如何指向结构体的成员。这些底层细节的讲解，让我对C语言的内存管理有了更清晰的认识，也让我能够更好地理解一些高级的编程技巧。这本书并没有回避C语言中一些比较晦涩难懂的概念，比如宏定义、类型转换、位运算等等，而是用清晰易懂的语言进行了阐述，并且提供了大量的实例来帮助理解。我记得在学习位运算的时候，最初感到非常困惑，但是通过书中提供的位图操作、二进制数据的处理等例子，我逐渐掌握了这些技巧，并且意识到了它们在实际编程中的重要性。这本书就像一位循循善诱的老师，它会耐心解答你的每一个疑问，并且引导你主动去探索更深层次的知识。它不仅仅是一本教材，更是一本激发学习兴趣、培养独立思考能力的工具书。

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这本书在讲解过程中的逻辑严谨性给我留下了深刻的印象。作者在组织内容时，非常注重知识点之间的联系，确保每一个新的概念都能建立在之前已掌握的基础上。这种循序渐进的学习方式，避免了“消化不良”的情况发生。从最基础的变量声明和赋值，到复杂的指针运算和内存管理，每一个章节都像是为下一个章节做好铺垫。书中对每一个概念的解释都非常细致，不仅仅是给出定义，更会从底层原理上进行剖析。例如，在讲解函数调用时，它会详细介绍栈帧的形成和销毁过程，以及参数传递的方式。这种深入的讲解，让我对C语言的内部工作机制有了更清晰的认识，也让我能够更好地理解和避免一些常见的编程错误。我特别喜欢书中提供的那些“陷阱”提示，它们会指出一些在其他地方可能被忽略的细节，并且给出正确的处理方法。这对于我这种初学者来说，简直是福音。很多时候，一个看似微小的错误，可能就会导致程序崩溃，而这些提示能够帮助我规避很多不必要的麻烦。而且，书中的示例代码都非常简洁、精炼，能够直观地展示所讲授的知识点。这些代码的可读性很高，我可以在理解原理之后，很容易地去复现和修改，从而加深自己的理解。

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这本书的内容深度和广度都恰到好处，对于一个想要扎实掌握C语言的读者来说，它提供了一个非常完整的学习路径。从最基础的变量、数据类型、运算符、流程控制语句，到函数、数组、字符串、指针，再到结构体、共用体、文件操作，几乎涵盖了C语言的所有核心概念。而且，每一部分的内容都讲解得非常透彻，不仅仅是简单的介绍，而是深入到原理层面，让我理解“为什么”是这样。比如，在讲解指针的时候，它并没有止步于指针的定义和使用，而是深入到内存地址、指针的运算、指针与数组的关系等方面，这些内容对于理解C语言的底层机制非常重要。更让我惊喜的是，这本书还触及了一些更高级的主题，比如预处理器、内存管理、动态内存分配、多文件编程等等。这些内容虽然在一些入门书籍中会被忽略，但它们对于编写更复杂的程序至关重要。这本书将这些内容也进行了清晰的阐述，并且提供了大量的示例代码，让我能够实际操作，加深理解。我觉得，一本好的技术书籍，不应该仅仅局限于语言的语法，更应该教会读者如何利用这些语言特性来解决实际问题，并且为进一步学习更复杂的概念打下基础。这本书在这方面做得非常出色，它让我感觉自己不仅仅是在学习一门编程语言，更是在学习一种解决问题的思维方式。

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这本书的封面设计给我留下了深刻的第一印象。简洁大方的设计，色彩搭配也很舒服，没有花哨的装饰，传递出一种沉稳、专业的学习氛围。打开书页，纸张的质感也很好，泛着淡淡的油墨香，握在手里就有一种踏实感，让我对接下来的学习充满期待。它不像一些技术书籍那样堆砌大量的图表或者复杂的插画，而是以清晰的文字为主，配合适度的代码示例，这种风格非常适合我这种喜欢静下心来啃硬骨头的人。从目录上看，内容的编排也很系统，从最基础的C语言语法，到数据结构、文件操作，再到一些更高级的应用，循序渐进，逻辑性很强。我觉得，一本好的技术书籍，不仅要内容翔实，更要能引导读者一步步深入，而不是一开始就抛出一些高深的理论让人生畏。这本书的编排就做到了这一点，让我觉得学习过程不会那么枯燥乏味，而是充满探索的乐趣。我特别喜欢它在讲解每一个概念时，都会配有非常贴合的例子，这些例子往往来源于实际编程场景，让我能立刻理解理论知识如何在实践中运用。这一点对于初学者来说尤为重要，因为很多时候，抽象的概念如果没有具体的例子来支撑，很容易让人感到困惑。这本书提供的例子，不只是简单的“hello world”，而是涵盖了各种常见的编程任务，比如字符串处理、数组操作、循环判断等等，这些都是我们在编写实际程序时会经常用到的。而且，每个例子都进行了详细的解析，解释了代码的每一部分是如何工作的，以及为什么要这样写。这种细致的讲解，让我不仅学会了“怎么做”，更理解了“为什么这么做”，这对于建立扎实的编程基础至关重要。

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我不得不说，这本书在代码示例的编写和注释方面做得非常到位。很多技术书籍的例子可能只是简单地展示了功能，而缺乏必要的注释，导致读者在阅读时需要花费很多时间去猜测代码的意图。但这本书的例子，每一个关键步骤都有详细的注释，解释了代码的作用、变量的含义以及设计的思路。这种清晰的注释，让我能够快速地理解代码，并且从中学习到编写清晰、可维护代码的良好习惯。更难得的是，书中不仅仅给出了代码，还对代码的运行结果进行了详细的分析，解释了为什么会出现这样的结果。这对于理解程序的执行流程非常有帮助。我印象特别深刻的是，在讲解文件操作的时候，它给出了一个读写文件的完整示例，并且详细解释了文件指针的移动、文件的读取模式、以及如何处理文件异常。这些实践性的内容，让我能够很快地将学到的知识应用到实际的文件处理任务中。这本书就像是一位耐心的老师，它不仅教会你知识，更教会你如何去学习，如何去实践。它鼓励读者去动手尝试，去修改代码，去探索更深层次的理解。这种学习方式，让我觉得非常有成就感，也让我对编程产生了浓厚的兴趣。

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