网络工程设计与实践 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:402

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出版时间:2005-7

价格:29.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787560615530

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• 网络工程
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• 通信工程
• 计算机网络
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深入探索数据结构与算法的奥秘：构建高效能软件的基石 本书旨在为读者提供一个全面且深入的数据结构与算法学习指南。在当今快速发展的软件工程领域，算法设计与数据结构的优化能力是衡量一名工程师专业水平的关键指标之一。本书不仅涵盖了经典的数据结构，如数组、链表、栈、队列、树和图，还深入探讨了各种高级算法，包括排序、搜索、图论算法以及动态规划等。 第一部分：数据结构的基础与精粹 第一章：基础回顾与抽象数据类型（ADT） 本章首先回顾了程序设计中的基本概念，强调了抽象数据类型（ADT）在隐藏实现细节、提高代码模块化方面的核心作用。我们将详细解析 ADT 的定义、接口设计与实现约束。通过具体的实例，如复数 ADT 或日历 ADT，阐述如何从用户视角定义结构，而不预设底层存储机制。 第二章：线性结构的深入剖析 线性结构是所有复杂结构的基础。本章将细致讲解数组（Arrays）的内存布局、缓存局部性优势及其局限性。接着，我们将重点分析动态数组（Resizable Arrays）的扩容机制，包括摊还分析（Amortized Analysis）如何证明其平均 $O(1)$ 插入成本。 对于链表（Linked Lists），我们将区分单向链表、双向链表和循环链表。每一类链表的插入、删除操作的时间复杂度分析将严格基于指针操作的视角进行推导。此外，本章还会介绍如何利用链表实现简单的栈和队列，并引入稀疏矩阵的链式存储，展示链表在非连续数据管理中的应用。 第三章：堆栈与队列的经典应用 栈（Stack）作为后进先出（LIFO）的结构，其核心在于递归的迭代化和表达式的有效性验证。我们将通过中缀表达式转后缀表达式的算法实例，展示栈在解析和编译过程中的重要性。 队列（Queue）则代表先进先出（FIFO）。本章将详细分析普通队列、循环队列（Circular Queue）的实现技巧，特别是如何通过模运算高效利用固定大小的数组空间。随后，我们将深入讨论优先级队列（Priority Queue）的实现，为下一章的堆结构打下坚实基础。 第四章：树形结构：组织信息的强大工具 树结构是分层数据的标准表示。本章从基础的树的基本术语（根、叶子、深度、高度）开始，逐步深入。 二叉树（Binary Trees）：我们将详细讲解先序、中序、后序遍历的递归与迭代实现，强调中序遍历对于恢复二叉搜索树的不可替代性。 二叉搜索树（BST）：BST 的核心在于其查找、插入和删除的 $O(log n)$ 平均时间复杂度。然而，我们必须正视其在数据有序或逆序插入时退化为链表的风险，从而引出自平衡树的需求。 平衡树的引入：本章将对AVL 树和红黑树（Red-Black Trees）进行高层次的介绍，阐明它们通过旋转和颜色/平衡因子维护高度平衡的机制，确保了对数时间复杂度的性能保证。 第五章：堆（Heaps）与高效查找 堆是一种特殊的树形数据结构，它满足堆属性（大顶堆或小顶堆）。本章的核心在于二叉堆的实现及其基于数组的紧凑存储。我们将详细解析如何使用堆化（Heapify）操作在 $O(n)$ 时间内构建一个堆，以及如何通过上浮（Sift-Up）和下沉（Sift-Down）实现在 $O(log n)$ 时间内完成插入和删除最大/最小元素。堆是实现快速排序（在某些变体中）和优先级队列的基石。 第二部分：高级数据结构与图论 第六章：散列表（Hash Tables）的艺术 散列表提供了近乎恒定的平均时间复杂度查找性能，是现代编程中不可或缺的一部分。本章将从散列函数的设计出发，探讨理想散列函数的特性（均匀分布、雪崩效应）。 重点分析冲突解决策略： 1. 开放寻址法（Open Addressing）：包括线性探测、二次探测和双重散列，探讨它们各自的聚集（Clustering）问题。 2. 链地址法（Separate Chaining）：如何利用链表或动态数组管理冲突桶。 本章还将讨论负载因子（Load Factor）对性能的影响，以及何时需要进行表的动态重哈希（Rehashing）。 第七章：图结构与遍历 图（Graphs）是建模网络、关系和依赖关系的最通用结构。本章首先定义了图的术语（顶点、边、权重、有向/无向、连通性）。我们将详细比较邻接矩阵（Adjacency Matrix）和邻接表（Adjacency List）两种主要的图表示方法，并分析它们在不同稀疏度图上的空间和时间效率权衡。 图的遍历是算法的核心： 广度优先搜索（BFS）：基于队列，适用于寻找最短路径（未加权图）。 深度优先搜索（DFS）：基于栈或递归，适用于连通性检测、拓扑排序和生成树。 第八章：图论中的最短路径与最小生成树 本章聚焦于图算法的实际应用： 单源最短路径：详细推导迪杰斯特拉算法（Dijkstra's Algorithm）的原理，并分析其对负权边的限制。对于包含负权边的图，我们将介绍贝尔曼-福特算法（Bellman-Ford Algorithm），并阐释其如何通过迭代检测负权环。 所有对最短路径：介绍弗洛伊德-沃沙尔算法（Floyd-Warshall Algorithm），通过动态规划思想计算图中任意两点间的最短路径。 最小生成树（MST）：重点讲解普里姆算法（Prim's Algorithm）和克鲁斯卡尔算法（Kruskal's Algorithm），分析它们如何利用贪心策略构建成本最低的连通子图。 第三部分：核心算法思想与分析 第九章：排序算法的性能比较 排序是检验数据结构与算法理解深度的试金石。本章将对所有主流排序算法进行系统性回顾和深度性能分析： 简单排序：冒泡排序、选择排序、插入排序的 $O(n^2)$ 复杂度与稳定性的讨论。 高效排序： 归并排序（Merge Sort）：基于分治法，保证 $O(n log n)$ 的性能和稳定性。 快速排序（Quick Sort）：选择合适的枢轴（Pivot）策略（如随机选择、三数取中法）对其实际性能至关重要。 堆排序（Heap Sort）：利用堆结构实现的高效、原地排序。 线性时间排序：介绍计数排序、基数排序和桶排序，阐明它们在特定数据约束下的 $O(n+k)$ 优势。 第十章：搜索与分治策略 除了基础的二分查找，本章深入探讨分治法在更复杂问题中的应用。我们将回顾二分查找的边界条件处理，并将其扩展到更广阔的搜索空间。通过经典的汉诺塔问题，强化对递归与分治思想的理解。 第十一章：动态规划（DP）：从重叠子问题到最优解 动态规划是解决复杂优化问题的强大工具，它通过存储子问题的解来避免重复计算。本章将循序渐进地引导读者掌握 DP 的两大核心特征：最优子结构和重叠子问题。 我们将通过以下经典案例进行深入的推导和实现： 1. 斐波那契数列的优化：从朴素递归到记忆化搜索（Top-Down DP）。 2. 背包问题（0/1 Knapsack）：构建状态转移方程，理解二维 DP 表的含义。 3. 最长公共子序列（LCS）：展示如何通过 DP 矩阵的填充来构造最优解。 第十二章：贪心算法与回溯法 贪心算法（Greedy Algorithms）：解释贪心选择性质和最优子结构，通过霍夫曼编码和活动选择问题来验证何时贪心策略能够导向全局最优解。 回溯法（Backtracking）：系统地介绍如何使用深度优先搜索的框架来系统地探索所有可能的解空间。重点讲解八皇后问题和数独求解器的实现，强调“选择-探索-撤销选择”的循环模式。 全书的结构设计力求严谨，理论推导与实际编码实现紧密结合，旨在帮助读者不仅知其然，更能知其所以然，从而在未来的软件设计中，能够根据具体场景，选择并设计出最高效的数据结构和算法方案。

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这本书最让我感到惊喜的是它在**跨领域知识融合**上的深度与广度。现代网络工程早已不是单纯的“拉线接板”的工作，它越来越依赖于系统集成、数据科学和自动化运维的交叉能力。本书在这方面的探索非常深入。书中关于**基于机器学习的流量预测和资源动态分配**的章节，让我看到了网络设计如何从静态配置走向智能自适应。作者详细阐述了如何清洗网络采集到的海量日志数据，并将其输入到模型中进行训练，最终实现对带宽需求的提前预警和链路质量的实时调优。这部分内容结合了**Python的数据处理库和网络设备的API接口**，展示了现代网络工程师必须具备的**DevOps思维**。它不是简单地介绍如何使用Ansible或Terraform，而是深入到如何编写自定义的“基础设施即代码”模块，以确保配置的一致性和可审计性。这种将**网络架构、数据分析和自动化脚本**融为一体的讲解方式，彻底颠覆了我以往对传统网络工程师角色的认知，拓宽了职业发展的可能性。

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坦白说，我对于市面上大部分号称“实践”的书籍都抱有一种警惕心，因为很多时候“实践”二字不过是换了个包装的理论摘要。但这本书却展现出一种令人耳目一新的**前瞻性思维**。它不仅仅是记录了当下主流技术的实现方法，更重要的，它引导读者去思考**未来五年甚至十年网络形态的变化**。书中对**软件定义网络（SDN）的未来演进路径**的分析，简直像是一场精彩的辩论赛，作者平衡地展示了集中式控制与分布式智能的优劣，并且给出了在混合云环境中实现平滑过渡的具体架构蓝图。我尤其欣赏作者在探讨**网络安全弹性**时的视角转变——不再将安全视为一个独立的附加模块，而是内嵌到设计之初的核心考量之中。这种自底向上的安全设计理念，通过对**零信任架构**在不同层次网络部署的案例分析，变得无比具体和可操作。这本书的价值在于，它强迫你跳出当前项目SOP（标准作业流程）的束缚，从一个更高维度的战略角度审视你所构建的网络环境，确保你的设计不仅能解决眼前的问题，更能抵御未来的挑战。

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这本书的**可读性**是我在众多专业技术书籍中体验到的最好的之一。很多技术书籍的作者似乎忘记了，即便是专业人士，也需要清晰的逻辑和引人入胜的叙述来保持专注力。作者在介绍**复杂的路由算法和策略优化**时，并没有采用传统的数学推导轰炸，而是巧妙地引入了**类比和图形化解释**，让那些原本需要反复研读才能理解的概念，在初次阅读时就能建立起直观的认知模型。比如，书中对**BGP路径选择的层次化分解**，仿佛是拆解一个复杂的机械装置，每一步的原理都清晰可见，没有任何模糊地带。此外，作者对**工具链的选择与整合**的论述也极具洞察力。他并未盲目推崇某一个“银弹”工具，而是基于不同场景下的性能指标和社区活跃度，给出了详尽的对比和选型建议，这种中立而务实的态度，让人感到作者是在真诚地分享经验，而不是推销产品。整体阅读过程非常顺畅，知识点的递进自然而然，完全没有阅读技术手册时的那种枯燥感。

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这本书的侧重点明显不在于枯燥的理论堆砌，而是力求在实际应用层面为读者搭建一座坚实的桥梁。我原本以为会读到一堆晦涩难懂的协议栈解析和标准文档的复述，毕竟“设计”这个词常常暗示着深奥的理论基础。然而，作者的叙事方式异常流畅，仿佛一位经验丰富的工程师在手把手地指导新手进行项目规划。书中对**模块化设计原则**的探讨尤为深入，它没有停留在“为什么要做模块化”的哲学层面，而是直接展示了在不同规模网络环境下，如何通过清晰的接口定义和依赖管理，确保系统在未来迭代中的稳定性和可维护性。特别是关于**容错机制的实现细节**那一部分，作者用数个贴近现实的案例，剖析了从硬件冗余到软件状态同步的完整流程，让人在阅读时能清晰地看到一个健壮网络系统是如何在面对突发故障时优雅地恢复或切换的。这种实践导向的讲解方式，极大地缩短了理论与工程实践之间的距离，对于正在或即将从事大型网络架构搭建的从业者来说，无疑是一份珍贵的实战指南，它教会的不是“是什么”，而是“如何做”，以及“为什么这样才能做得更好”。

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这本书在处理**系统调优和性能瓶颈诊断**方面，体现出一种近乎“匠人精神”的严谨态度。很多书籍在提到性能优化时，往往只会给出一些笼统的建议，比如“增加缓存”或“优化查询”。然而，本书却将**故障排查的逻辑链条**梳理得极其细致。它不是告诉你“哪里可能慢”，而是教你如何系统地使用**时序分析工具和性能监控指标**，从物理层到应用层逐一进行假设检验。书中关于**TCP/IP协议栈在操作系统内核中的具体工作原理**（尤其是在高并发环境下的锁竞争和上下文切换开销）的分析，为理解网络延迟的根源提供了坚实的底层支撑。作者甚至深入到了**特定硬件平台下，中断处理和DMA操作对网络吞吐量的影响**。这种对底层细节的毫不含糊的处理，使得读者在面对那些极其隐蔽、难以复现的性能问题时，不再束手无策，而是有了一套可依循的、由表及里的科学排查方法论。读完这部分，我感觉自己像是获得了一套高级的“网络听诊器”，能够更精确地捕捉到系统的心跳和异常。

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