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出版者:清华大学出版社

作者:胡金柱

出品人:

页数:283

译者:

出版时间:2007-5

价格:25.00元

装帧:

isbn号码:9787302144908

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《数据结构与算法解析：原理、实现与优化》 本书旨在深入探讨计算机科学的核心基石——数据结构与算法。我们不仅仅是罗列各种数据结构的定义和算法的流程，更侧重于揭示其背后的原理、优化的途径以及在实际应用中的权衡。 第一部分：核心数据结构 我们从最基础、最常用的数据结构开始，力求在理解其概念的同时，掌握其精髓。 线性表： 详细分析数组和链表的内在机制。我们将深入探讨数组的内存布局、随机访问的优势与劣势，以及动态数组在扩容时的性能开销。对于链表，将区分单向链表、双向链表和循环链表的特点，并重点分析插入、删除操作在不同场景下的效率，以及它们与数组在内存分配和访问模式上的根本区别。 栈与队列： 介绍后进先出（LIFO）和先进先出（FIFO）的抽象数据类型。我们将通过栈的实际应用，如函数调用栈、表达式求值等，来理解其“压栈”与“弹栈”的操作；而队列的应用，如任务调度、消息队列等，则会强调其“入队”与“出队”的特性。特别会分析如何用数组和链表实现栈和队列，并比较它们的性能差异。 树： 这是一个庞大且至关重要的章节。我们从二叉树入手，详细阐述其前序、中序、后序遍历算法，并分析各种遍历方式在特定问题中的应用。在此基础上，我们将深入到二叉搜索树（BST），讲解其查找、插入、删除的原理，并重点剖析其在最坏情况下的性能退化问题。为了解决BST的退化，我们会详细介绍平衡二叉搜索树（AVL树和红黑树），深入理解它们的平衡机制（旋转、着色等），以及如何在保持平衡的同时实现高效的操作。此外，还会涉及多叉树、堆（最小堆、最大堆）等，特别是堆在优先队列和堆排序中的关键作用。 图： 图结构是描述现实世界中各种关系的有力工具。我们将从图的定义、表示方法（邻接矩阵、邻接表）入手，深入分析不同表示方法在空间复杂度和时间复杂度上的权衡。接着，我们将详细讲解图的遍历算法：深度优先搜索（DFS）和广度优先搜索（BFS），并展示它们在连通性判断、拓扑排序、最短路径查找等问题中的应用。 哈希表： 作为一种能够实现平均O(1)查找的数据结构，哈希表是必不可少的内容。我们将深入理解哈希函数的设计原则，如何尽量减少哈希冲突，以及常见的冲突解决方法，如链地址法（拉链法）和开放地址法（线性探测、二次探测、双重散列）。对不同冲突解决策略的优劣进行详细对比分析。 第二部分：核心算法 数据结构是载体，算法是灵魂。本部分将聚焦于经典且高效的算法。 排序算法： 我们将从基础的冒泡排序、选择排序、插入排序开始，分析它们的原理和时间复杂度，并理解为何它们在数据量较大时效率不高。随后，重点深入分析时间复杂度为O(n log n)的排序算法：归并排序、快速排序和堆排序。对于快速排序，我们将详细讲解其分区（partition）过程，以及如何选择枢轴（pivot）元素来优化性能，并分析其在平均情况和最坏情况下的表现。对于归并排序，则会强调其稳定性。堆排序的实现将与堆这一数据结构紧密结合。 查找算法： 除了数据结构内部的查找（如BST、哈希表），我们还会专门讨论经典的查找算法，如二分查找（前提是数据有序），以及它在查找有序数组中的高效性。 递归与分治： 深入理解递归的思想，以及如何将其应用于解决复杂问题，如汉诺塔、斐波那契数列的计算。分治法作为一种重要的算法设计策略，我们将通过实例，如归并排序、快速排序、大数乘法等，来阐述其“分解”、“解决”、“合并”的步骤。 动态规划： 动态规划是解决许多优化问题的强大工具。我们将从其基本思想——最优子结构和重叠子问题出发，逐步讲解如何构建状态转移方程，并分析不同问题的动态规划解法，如背包问题、最长公共子序列、爬楼梯问题等。重点在于如何识别问题中的动态规划性质，以及如何进行状态定义和状态转移。 贪心算法： 贪心算法是一种局部最优选择推导出全局最优解的算法。我们将通过实例，如活动选择问题、霍夫曼编码、最小生成树（Prim和Kruskal算法）等，来理解贪心策略的应用，并分析其适用的条件和局限性。 回溯算法： 对于一些搜索问题，回溯算法提供了一种系统性的搜索方法。我们将通过八皇后问题、全排列、组合问题等经典案例，讲解回溯算法的“试探”、“剪枝”和“回溯”过程。 第三部分：算法分析与优化 理解算法的效率并进行优化是提升程序性能的关键。 复杂度分析： 详细讲解时间复杂度和空间复杂度的概念，包括大O表示法、大Ω表示法、大Θ表示法。我们将学习如何分析各种算法的渐进时间复杂度，并理解不同复杂度级别（O(1), O(log n), O(n), O(n log n), O(n^2)等）的性能差异。 算法设计模式： 除了上述的动态规划、分治、贪心等，还会简要介绍其他重要的算法设计范式。 性能调优实践： 结合具体例子，讲解如何根据实际数据规模和硬件特性，选择最合适的数据结构和算法，以及如何识别代码中的性能瓶颈，并进行针对性的优化。 本书不仅仅停留在理论层面，更注重通过大量的代码示例（以一种常见的编程语言实现）和详细的推导过程，帮助读者建立起对数据结构和算法的深刻理解。我们鼓励读者动手实践，通过调试和修改代码，来巩固所学知识。通过学习本书，读者将能够独立分析问题的复杂度，设计出高效的解决方案，并具备解决更复杂计算机问题的能力。

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阅读体验上，这本书给我带来的最大感受就是“系统性”的回归。在碎片化学习成为主流的今天，很多学习资料都侧重于某个特定技能的点状突破，比如某个编程语言的最新特性，或者某个热门软件的高级技巧。但是《大学计算机基础》这本书，它成功地重建了计算机科学的完整知识图谱。它从最基本的逻辑电路开始，稳健地过渡到数据结构与算法的初步概念，再到网络协议的基础框架。这种层层递进的结构，就像是盖楼一样，地基打得牢固，上层的结构自然就稳定可靠。我特别欣赏作者在处理网络部分时的严谨态度。它没有简单地说“上网就是发数据包”，而是详细剖析了OSI七层模型，并用形象的比喻解释了每一层的作用——比如应用层像是你和邮件服务商的对话，而物理层则是那根承载电信号的网线。这种对体系的尊重，让我在后续学习更深入的专业课程时，发现自己已经提前建立了清晰的知识框架，很多新的概念往里一套，就立刻明白了它的位置和作用，大大减少了学习的阻力。

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这本《大学计算机基础》的书，我拿到手的时候，心里其实是有点打鼓的。毕竟现在信息技术发展得太快了，很多基础知识点好像在网上搜一下就能找到，买一本厚厚的书，会不会有点过时？然而，真正翻开第一页，我就发现我的担心是多余的。这本书的叙述方式非常贴合初学者的思维习惯，它没有上来就堆砌那些晦涩难懂的专业术语，而是像一个经验丰富的老师傅，耐心地把每一个概念都掰开揉碎了讲清楚。比如说，讲到二进制和数据表示的时候，它用了大量的实际生活中的例子来辅助理解，比如计算器的工作原理，还有图像像素点的存储方式，这些都让我一下子抓住了核心。更让我惊喜的是，它对计算机硬件和软件的划分和介绍，逻辑性极强。它没有仅仅停留在告诉你“CPU是处理器”这个层面，而是深入讲解了冯·诺依曼体系结构对现代计算机设计的影响，以及操作系统是如何充当“总管家”的角色，协调各个硬件资源。这种由浅入深、注重底层逻辑构建的讲解方式，让我感觉自己不是在死记硬背知识点，而是在理解整个计算机世界的运行骨架。对于那些想真正搞懂“电脑为什么能工作”的同学来说，这本书简直是打开了一扇大门，而不是仅仅提供了一份操作手册。

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最让我感到惊喜的是，这本书在处理一些“软性”但至关重要的计算机素养问题上，展现出了超越一般技术书籍的视野。它不仅仅关注“如何做”，更关注“为什么以及应该如何对待”。比如，在讨论数据库的基本概念时，它穿插了对数据隐私伦理的讨论，提醒读者在享受信息便利的同时，也需要关注数据背后的权力结构和个人责任。这种人文关怀在技术教材中是比较少见的。此外，关于软件授权和版权的章节，也清晰地梳理了开源协议和商业软件之间的区别，这对于即将步入职场的学生来说，是非常实用的职业素养教育。这本书的视野是宏大的，它把计算机技术放到了更广阔的社会和科技发展的大背景下进行审视。它不是一本“快餐式”的学习资料，而是那种值得放在书架上，时不时翻阅，每次都能从中获得新的启发的经典参考书。它培养的不仅仅是技术能力，更是对未来技术趋势的洞察力和批判性思维。

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坦率地说，这本书的难度跨度是相当大的，但它处理这种难度的技巧非常高明。它涵盖的内容非常广，从早期的图灵机概念，到现代的云计算基础，似乎无所不包。我担心它会因为贪多而导致每部分都浅尝辄止，但事实证明，它在关键概念的把握上做到了“点到为止却又足够深入”。对于初学者来说，它提供了足够的广度去了解计算机科学的全貌，避免了“只见树木不见森林”的困境。同时，对于那些已经有一些编程经验的读者，书中关于计算理论和算法效率分析的章节，也提供了宝贵的理论基础回顾。我特别喜欢它在讨论算法复杂度时使用的符号表示法，虽然一开始看起来有点抽象，但作者通过对比不同排序算法的执行速度曲线图，将$O(n^2)$和$O(n log n)$的效率差异直观地展现了出来，这比单纯的文字描述要有效得多。它平衡了深度和广度，使得不同基础的读者都能从中找到适合自己的学习节奏和收获点。

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这本书在排版和案例的选择上也下足了功夫，使得原本可能枯燥的理论学习变得生动起来。我注意到，许多章节后面都配有“思考与实践”的小栏目，这些往往不是要求你写代码，而是引导你观察和思考计算机在日常生活中的应用场景。比如，它会让你分析一下在进行一次搜索引擎查询时，背后经历了哪些软件和硬件的交互过程。这种引导式的学习方法，极大地激发了我的好奇心和探索欲。它没有强迫你去成为程序员，但它让你成为了一个更聪明的计算机使用者。举个例子，书中关于信息安全的基础知识介绍，并没有停留在教你设置复杂密码这种表层信息上，而是深入浅出地解释了公钥加密和私钥加密的基本原理，这让我对日常的网络交易和数据保护有了更深层次的理解和警惕。这种理论与实践的无缝对接，让这本书的价值远远超出了“教材”的范畴，更像是一本提升数字素养的工具书。

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