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出版者:清华大学出版社

作者:李宁、王洪、田蓉

出品人:

页数:274

译者:

出版时间:2006-10

价格:24.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787302134374

丛书系列:

图书标签:

• 互联网
• 应用技术
• Web开发
• 网络编程
• 前端开发
• 后端开发
• 服务器
• 数据库
• 实战
• 教程

《数据结构与算法分析：C++ 语言描述》 简介 本书旨在为计算机科学及相关领域的学生和工程师提供一本全面、深入且实用的数据结构与算法分析教材。本书以 C++ 语言为工具，系统地阐述了核心数据结构的设计原理、实现细节以及各种经典算法的分析方法。我们深知，数据结构和算法是构建高效软件系统的基石，因此，本书不仅关注“如何实现”，更强调“为何如此设计”以及“如何证明其效率”。 全书内容组织逻辑严谨，由浅入深，理论与实践紧密结合。我们避免了不必要的抽象和过度的数学证明，力求在保证学术严谨性的前提下，让读者能够清晰地理解每种数据结构和算法背后的核心思想，并能熟练地运用 C++ 语言将其转化为高效可维护的代码。 --- 第一部分：基础回顾与分析方法 本部分将为后续深入学习打下坚实的基础。首先，我们对 C++ 编程中的一些关键特性进行回顾，特别是模板（Templates）和面向对象编程（OOP）在数据结构实现中的应用，确保读者对后续代码的理解无障碍。 1. 复杂度分析与渐进记号： 这是理解算法效率的语言。我们将详细介绍大 O 记号 ($mathcal{O}$)、大 $Omega$ 记号 ($Omega$) 和大 $Theta$ 记号 ($Theta$)。我们不仅会讲解它们在最坏情况、平均情况下的应用，还会通过大量的实例来展示如何精确地推导一个操作序列或递归函数的运行时间。特别地，我们将引入摊还分析（Amortized Analysis）的概念，用于分析那些操作成本不均衡但总体表现优异的数据结构（如动态数组和斐波那契堆）。 2. 递归与分治法基础： 递归是算法设计中一种强大的思维方式。本章将巩固递归的理解，并引入主定理（Master Theorem）作为快速求解分治算法时间复杂度的工具。 --- 第二部分：线性数据结构与基础实现 本部分聚焦于最基础、最常用的一维和准一维的数据组织方式，重点在于内存布局、迭代器设计以及 C++ 标准库对应实现的对比分析。 3. 数组与向量（Dynamic Arrays）： 分析静态数组的内存连续性优势和局限性。重点讲解动态数组（如 `std::vector` 的底层实现原理），包括容量（Capacity）与大小（Size）的区别，以及高效的自动扩容策略，并分析其在插入、删除和随机访问上的性能开销。 4. 链表结构（Linked Lists）： 详细剖析单向链表、双向链表以及循环链表的结构差异及其适用场景。我们不仅会实现标准的链表操作，还会讨论如何利用指针操作实现高效的节点插入和删除，并比较其与数组在内存局部性上的差异。 5. 栈（Stacks）与队列（Queues）： 作为 LIFO 和 FIFO 抽象数据类型的代表，我们将展示如何使用数组和链表高效地实现它们。此外，我们还将深入探讨循环队列的实现技巧，以及在特定应用（如深度优先搜索、广度优先搜索）中栈和队列的实际作用。 --- 第三部分：非线性结构：树与图 这是本书的核心部分，集中探讨如何处理层次关系和复杂网络结构。 6. 树（Trees）基础： 从定义出发，讲解树的遍历方法（前序、中序、后序、层序）。重点介绍二叉树（Binary Trees） 的特性和表示方法。 7. 二叉搜索树（BSTs）与平衡化技术： 深入分析 BSTs 的平均和最坏性能。随后，本书将耗费大量篇幅讲解如何通过自动平衡机制保持树的对数高度： AVL 树： 详细解析单旋和双旋操作的原理及执行步骤。 红黑树（Red-Black Trees）： 作为 C++ STL 中 `std::map` 和 `std::set` 的基石，我们将剖析其五条性质，并重点讲解插入和删除操作中如何通过颜色翻转和旋转来恢复平衡。 8. 堆（Heaps）与优先队列： 讲解基于数组实现的完全二叉树结构——二项堆。重点介绍 `heapify` 过程，并展示如何用它高效地实现优先队列（Priority Queue）。我们将对比二项堆和更复杂的斐波那契堆在某些场景下的性能优势。 9. 散列表（Hash Tables）： 分析散列函数的设计原则（均匀性、雪崩效应），以及处理冲突的几种主要方法：链地址法（Separate Chaining）和开放寻址法（Open Addressing，包括线性探查、二次探查和双重散列）。我们将分析这些方法在不同负载因子下的性能表现，并讨论如何选择合适的散列表大小。 10. 图（Graphs）算法： 图论是算法的集大成者。本书将详细介绍图的两种主要表示方法：邻接矩阵和邻接表，并分析它们在不同稀疏度图上的适用性。核心算法包括： 图的遍历：深度优先搜索（DFS）和广度优先搜索（BFS）。 最短路径：Dijkstra 算法（单源最短路）和 Bellman-Ford 算法（处理负权边）。 最小生成树（MST）：Prim 算法和 Kruskal 算法，并比较它们的复杂度。 拓扑排序（Topological Sorting）及其在依赖关系分析中的应用。 --- 第四部分：高级算法设计与分析 本部分将介绍解决复杂问题的强大工具和范式。 11. 排序算法深度剖析： 系统回顾和对比 $O(n^2)$ 排序（插入排序、选择排序）和更高效的排序算法： 快速排序（Quick Sort）： 重点讨论枢轴（Pivot）的选择对性能的决定性影响，以及如何使用三数取中等方法进行优化。 归并排序（Merge Sort）： 剖析其稳定性及在外部排序中的优势。 堆排序（Heap Sort）： 展示如何利用堆结构实现原地（In-place）的 $O(n log n)$ 排序。 线性时间排序： 介绍计数排序、基数排序和桶排序的原理和适用条件。 12. 贪心算法（Greedy Algorithms）： 讲解贪心选择性质和最优子结构，并通过实例（如活动选择问题、霍夫曼编码）来展示如何设计和证明贪心策略的正确性。 13. 动态规划（Dynamic Programming, DP）： 阐述 DP 的两大核心要素：重叠子问题和最优子结构。我们将通过经典的 DP 问题（如背包问题、最长公共子序列、矩阵链乘法）来演示自底向上（Tabulation）和自顶向下（Memoization）两种实现方式。 14. NP 完全性简介： 为读者引入计算复杂性理论的初步概念，解释可判定性、可识别性，并对 P、NP、NP-Complete 和 NP-Hard 等类进行概括性介绍，使读者了解哪些问题在计算上是“棘手”的。 --- 结语 本书中的所有 C++ 代码均采用现代 C++ 标准，注重代码的模块化、清晰度和效率。每章末尾都附有大量的习题，涵盖了从基础概念验证到复杂算法实现与性能优化的不同层次，帮助读者将理论知识内化为解决实际工程问题的能力。通过对这些核心工具的深入掌握，读者将能够自信地设计和实现处理大规模数据的复杂软件系统。

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我必须说，这本书在网络安全部分的讲解，让我感到尤其的专业和实用。在如今信息安全问题日益突出的背景下，了解如何保护自己的数据和系统不被攻击，变得尤为重要。这本书在这方面做得非常出色，它并没有回避那些复杂的技术概念，而是用一种循序渐进的方式，将网络攻击的常见手段，如SQL注入、XSS（跨站脚本攻击）等，进行了生动形象的描述，并详细解释了攻击原理。更重要的是，它不仅仅停留在“是什么”的层面，而是深入探讨了“如何防范”。从输入验证、参数化查询，到HTTPS协议的应用、SSL/TLS证书的配置，每一个安全措施的原理和实施方法都被一一列举。我尤其喜欢书中关于加密算法的介绍，虽然篇幅不长，但清晰地解释了对称加密和非对称加密的区别，以及它们在互联网通信中的具体应用场景，比如HTTPS是如何利用公钥和私钥来实现安全通信的。书中还提到了防火墙、入侵检测系统等安全设备的作用，以及它们在多层防御体系中的位置。这种对网络安全的全面而深入的覆盖，让我对如何构建一个安全的网络环境有了更清晰的认识，也让我能够更好地评估和防范潜在的风险。对于任何一个希望在这个领域有所建树的读者来说，这本书无疑提供了一个坚实的基础。

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这本书在网络协议部分的讲解，可以说是极其透彻和系统的，它不仅仅是罗列了各种协议的名称，而是深入到每一层协议的工作原理和通信过程。我非常欣赏作者对TCP/IP模型各个层次的详细阐述，从物理层到应用层，层层递进，让我对互联网通信的底层机制有了清晰的认识。书中对TCP协议的讲解，重点突出了其三次握 हाथ和四次挥手的连接建立与断开过程，以及流量控制、拥塞控制等机制，这些都是保证可靠传输的关键。对于HTTP协议，书中不仅仅介绍了GET和POST方法，还深入分析了HTTP/1.1和HTTP/2的差异，以及HTTPS的安全保障机制。我特别喜欢关于DNS解析过程的详细描述，从客户端发起请求到服务器响应，每一个步骤都清晰可见。此外，书中还涉及了SMTP、POP3、IMAP等邮件传输协议，以及FTP文件传输协议，让我对互联网上的各种服务有了更全面的了解。这种对协议底层原理的深入剖析，让我能够更好地理解各种互联网应用的实现方式，并为解决网络问题打下坚实基础。

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这本书在数据库技术方面的介绍，给我带来了非常大的启发，它不仅仅是简单地列举了数据库的类型，而是深入探讨了数据库的设计、优化和管理等方方面面。我尤其喜欢书中关于数据库范式（1NF, 2NF, 3NF）的讲解，清晰地阐述了如何通过规范化来避免数据冗余和提高数据一致性。书中还详细介绍了SQL语言的核心概念，包括数据查询、数据插入、更新和删除，以及复杂查询的编写技巧，例如JOIN操作、子查询、分组和聚合函数等。让我印象深刻的是，书中对索引的原理和优化的详细讲解，以及如何根据查询语句来选择合适的索引，这对于提升数据库查询性能至关重要。此外，书中对事务的ACID特性（原子性、一致性、隔离性、持久性）的解释，让我理解了数据库如何保证数据操作的可靠性。对于NoSQL数据库，书中也进行了概览性的介绍，让我了解了其相对于关系型数据库的优势和适用场景。这本书在数据库方面的专业性，让我能够更自信地处理数据相关的任务，并为构建高效、可靠的数据驱动应用提供了宝贵的指导。

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这本书绝对是近年来我读过的最令我印象深刻的技术类书籍之一，它的内容之丰富、讲解之透彻，远超我的预期。一开始我抱着学习一些基础互联网知识的心态购入，但很快我就被书中对各种网络协议、数据传输方式以及前端后端交互的深入剖析所吸引。书中对于HTTP协议的讲解，不仅仅是简单的名词解释，而是深入到了请求和响应的每一个细节，包括各种请求方法、状态码的含义，以及缓存机制如何影响网页加载速度。更让我惊喜的是，它还详细阐述了TCP/IP模型，从物理层到应用层，层层递进，让我对互联网通信的底层原理有了全新的认识。书中穿插的各种案例分析，比如一个简单的用户登录流程，被分解成了网络层、传输层、应用层各个环节的交互，这种细致的讲解方式，让我能够真正理解数据是如何在互联网上流动的。此外，对于CDN（内容分发网络）的介绍，也让我明白了为什么不同的用户访问同一个网站，速度却可能千差万别。作者还花了不少篇幅讲解了DNS解析的过程，从域名输入到IP地址的查找，每一个步骤都清晰可见，让我彻底告别了对“上网”这个行为的模糊认知。可以说，这本书为我打开了互联网技术的一扇大门，让我看到了它背后庞大而精密的体系，这种系统性的知识梳理，是我在其他许多教材中难以获得的。

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这本书在网络安全方面的内容，无疑是我近年来阅读过的最实用、最深入的资料之一。它没有流于表面，而是切实地触及了网络安全的核心问题，并提供了可操作的解决方案。书中对常见的网络攻击手段，如DDoS攻击、SQL注入、跨站脚本攻击（XSS）、CSRF（跨站请求伪造）等，进行了详细的剖析，不仅解释了攻击原理，还进一步阐述了这些攻击可能造成的危害。更让我惊喜的是，书中对防御策略的讲解，包括输入验证、输出编码、参数化查询、HTTPS的应用、SSL/TLS证书的配置，以及防火墙和入侵检测系统的作用，都提供了非常具体且易于理解的指导。我尤其重视书中关于数据加密的章节，它清晰地解释了对称加密和非对称加密的区别，以及它们在保护敏感数据和实现安全通信中的关键作用。这本书让我深刻认识到，网络安全并非一个孤立的领域，而是贯穿于互联网应用的各个环节，需要系统性的思考和周全的部署。对于任何一个想要构建安全可靠的互联网应用的开发者或使用者来说，这本书都是不可或缺的宝贵资源。

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这本书在处理并发和多线程方面的阐述，为我理解现代互联网应用的复杂性打开了新的视角。在单线程的JavaScript环境中，如何优雅地处理异步操作，以及在后端服务器如何高效地管理成千上万的并发连接，都是非常关键的技术难题。书中对异步编程模型，如回调函数、Promise、async/await的深入讲解，让我能够清晰地理解JavaScript是如何在非阻塞的情况下执行任务的。我尤为关注书中关于Node.js事件循环的原理分析，这让我明白了Node.js为何能够高效地处理I/O密集型任务。在后端技术方面，书中也提到了多线程和多进程模型在提高服务器吞吐量和并发处理能力方面的作用，以及它们各自的优缺点。此外，关于消息队列（如Kafka、RabbitMQ）在解耦应用、削峰填谷等方面的应用，也让我看到了在分布式系统中处理高并发的有效手段。这本书让我认识到，并发处理不仅是技术问题，更是架构设计的重要考量，它深刻地影响着应用的性能和可扩展性。

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这本书在后端开发技术领域的讲解，可以说是非常扎实的，它为我理解服务器端如何处理请求、管理数据以及与前端进行交互提供了清晰的脉络。书中对服务器端语言（如Java、Python、Node.js）的介绍，虽然不是语言教程，但重点阐述了它们在Web开发中的作用，以及如何与数据库进行交互。我尤其关注书中关于RESTful API设计的原则和实践，了解了如何设计清晰、易于理解的接口，以及HTTP方法（GET, POST, PUT, DELETE）在API设计中的具体含义。此外，书中对数据库技术，特别是关系型数据库（如MySQL）和NoSQL数据库（如MongoDB）的讲解，让我对它们的基本原理、优势和劣势有了初步的认识，以及如何在Web应用中选择和使用合适的数据库。让我感到惊喜的是，书中还深入讲解了Web服务器的工作原理，包括Apache、Nginx等，以及它们在处理高并发请求时的配置和优化。关于会话管理和用户认证的章节，也为我理解用户登录、权限控制等核心功能提供了关键知识。这本书的后端技术讲解，帮助我构建了对整个Web应用架构的全面认知，为我将来从事后端开发打下了坚实的基础。

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这本书在前端技术方面的阐述，给我留下了深刻的印象，它不拘泥于简单的HTML、CSS、JavaScript语法，而是深入到了这些技术如何协同工作，构建出用户所见的丰富网页。作者对CSS的讲解，不仅仅是关于样式属性的罗列，更侧重于布局模型，特别是Flexbox和Grid布局，以及它们如何解决传统布局方式的痛点，实现响应式设计。我学到了如何利用CSS的层叠和继承机制来管理复杂的样式，以及如何使用预处理器（如Sass）来提高开发效率。在JavaScript方面，这本书则重点介绍了DOM操作、事件处理、AJAX异步通信等核心概念，并详细解释了异步编程模型，如回调函数、Promise和async/await，这对于构建交互性强的网页至关重要。书中还对常用的前端框架，如React、Vue等，进行了简要的介绍，虽然不是深入讲解，但足以让我了解它们的核心思想和优势，为我后续深入学习打下了基础。更让我赞赏的是，书中还涉及到了前端性能优化，包括图片懒加载、代码压缩、浏览器缓存等策略，这些都是实实在在能够提升用户体验的关键技术。总的来说，这本书在前端技术方面的讲解，既有深度又不失广度，为我构建现代化的Web应用提供了坚实的理论和实践指导。

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本书在介绍网络基础架构方面的内容，可以说非常系统和全面，它让我对互联网是如何构建和运作有了更深层次的理解。书中对路由器、交换机、防火墙等网络设备的介绍，不仅仅是罗列了它们的名称和功能，更深入地分析了它们在网络拓扑结构中的作用，以及它们如何协同工作来构建一个稳定、高效的网络。我尤其喜欢书中对IP地址、子网掩码、网关、DNS等概念的详细解释，这些都是理解网络通信的基础。书中对TCP/IP模型各层协议的深入讲解，让我能够清晰地看到数据在网络中传输的完整路径。此外，书中还涉及了NAT（网络地址转换）技术，这让我明白了为什么不同的设备可以共享一个公网IP地址。让我印象深刻的是，书中还对负载均衡的原理和实现方式进行了介绍，这对于构建高可用、可扩展的互联网服务至关重要。总而言之，这本书让我对网络基础设施有了更清晰的认识，也为我理解更高级的网络应用打下了坚实的基础。

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这本书在前端性能优化方面的讲解，让我看到了技术之外的更多考量，它不仅仅是关于如何写出炫酷的网页，更是关于如何让用户获得流畅、愉快的体验。书中列举了多种常见的性能瓶颈，例如大文件加载、不必要的JavaScript执行、复杂的CSS渲染等，并逐一给出了行之有效的优化方法。我学习到了如何利用代码分割、按需加载、图片懒加载等技术来减少初始加载时间，以及如何通过优化JavaScript执行，例如使用Web Workers、避免阻塞主线程等，来提升页面的响应速度。关于CSS性能，书中也提供了关于减少重绘和重排的技巧，以及如何合理使用CSS预处理器来管理样式。让我印象深刻的是，书中还探讨了浏览器缓存策略的设置，以及CDN的应用，这些都能显著提升用户访问页面的速度。此外，书中对前端构建工具（如Webpack）的介绍，也让我了解了如何通过打包、压缩、混淆等手段来进一步优化前端代码。这本书让我认识到，性能优化是一项持续的工作，需要从多个维度去考量和实践。

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