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出版者:北京交通大学

作者:朱健，庞倩超主编

出品人:

页数:273

译者:

出版时间:2007-5

价格:28.00元

装帧:

isbn号码:9787811230086

丛书系列:

图书标签:

• C语言
• 程序设计
• 案例教程
• 入门
• 教学
• 编程
• 计算机
• 教材
• 算法
• 实践

深入剖析：现代软件开发中的数据结构与算法 作者：[此处留空，或使用一个化名] 出版社：[此处留空，或使用一个专业技术出版社的名称] --- 书籍概述： 本书并非聚焦于特定编程语言的语法教学，而是致力于构建现代软件工程师必须掌握的底层思维框架——数据结构与算法。在当今快速迭代的软件生态中，性能优化、资源高效利用以及复杂问题的抽象建模能力，是区分优秀工程师与普通编码员的关键。本书旨在深入剖析经典与前沿的数据结构设计原理，并系统阐述高效算法的构建、分析与实现方法。我们假设读者已具备基础的编程逻辑能力，并将重点放在“为什么这样设计”和“如何量化其优劣”之上。 第一部分：基础构建与抽象思维 (Foundations and Abstraction) 本部分将奠定严谨的计算思维基础，为后续复杂结构的理解铺平道路。 第一章：计算模型与复杂度分析的量化视角 本章摒弃对简单运行时间的主观描述，引入严格的计算复杂度理论。我们将详细解析大O、$Omega$、$ Theta $ 符号的数学定义及其在实际应用中的意义。重点探讨时间复杂度和空间复杂度的相互权衡（Time-Space Tradeoff）。内容涵盖最好、最坏和平均情况分析的推导过程，并引入概率分析在算法评估中的作用。我们还将考察递归关系的求解（如主定理），这是分析分治算法性能的基石。 第二章：线性结构的高级形态 本章超越基础的数组和链表概念，深入探讨它们在面向对象设计中的变体和应用场景。 动态数组与内存管理： 深入探究底层内存分配策略，如块状分配（Block Allocation）与内存碎片化问题。分析容量动态增长（如 $2^n$ 增长策略）背后的摊还分析（Amortized Analysis）。 双向链表与循环链表： 重点讨论其在实现LRU Cache、事务日志或环形缓冲区时的精确操作序列及边界条件处理。 栈与队列的抽象实现： 除了传统的 LIFO/FIFO，本章将着重于如何使用现有结构（如数组）高效地模拟另一种结构，并实现具有O(1)均摊时间复杂度的多功能队列（如使用两个栈实现队列）。 第二部分：非线性数据的结构化探索 (Non-Linear Structures Exploration) 本部分将探索如何组织和访问非顺序数据，这是处理大规模数据集和复杂关联关系的核心。 第三章：树结构——分层与搜索的艺术 树是信息科学中最核心的结构之一。本章从基础的树的遍历（前序、中序、后序、层序）开始，着重于平衡性和效率。 二叉搜索树 (BST) 的局限性与优化： 分析最坏情况下的性能退化至 O(n)，并引出自平衡树的需求。 AVL 树与红黑树 (Red-Black Trees)： 详细解析旋转操作（左旋、右旋、双旋转）的几何意义和不变式维护。重点讨论红黑树的五条性质以及如何通过颜色标记保证 $O(log n)$ 的查找、插入和删除复杂度。 B 树与 B+ 树： 针对磁盘 I/O 优化的结构。分析其多路查找机制，以及在文件系统和数据库索引中的关键作用。 第四章：图论基础与空间关系建模 (Graph Theory and Spatial Modeling) 图结构是建模网络、路径和依赖关系的最强大工具。 图的表示法： 深度比较邻接矩阵、邻接表、链表表示法在空间消耗和时间效率上的差异，并讨论在特定稀疏/稠密图中的选择标准。 图的遍历算法： 详述广度优先搜索（BFS）与深度优先搜索（DFS）的应用场景，特别是它们在拓扑排序、连通分量识别中的角色。 最短路径算法精解： 详尽剖析 Dijkstra 算法（及其适用条件）、Bellman-Ford 算法（用于处理负权边）和 Floyd-Warshall 算法（处理所有点对最短路径）。对松弛操作的数学原理进行深入探讨。 最小生成树 (MST)： 比较 Kruskal 算法（基于边排序和并查集）与 Prim 算法（基于优先队列）的内在逻辑与性能差异。 第三部分：高效算法设计范式 (Efficient Algorithm Paradigms) 本部分关注解决问题的通用策略和优化技巧，这些方法可以跨越不同的数据结构应用。 第五章：分治法与动态规划的辨析与实践 (Divide and Conquer vs. Dynamic Programming) 本章旨在清晰地区分这两种看似相似但本质不同的优化技术。 分治法： 通过实例（如快速排序、归并排序）展示如何分解问题、递归求解子问题并合并结果。 动态规划 (DP)： 强调 DP 的两大核心特征：最优子结构和重叠子问题。详细介绍自顶向下（带备忘录）和自底向上（迭代）的实现方式。通过经典问题（如背包问题、最长公共子序列）展示状态转移方程的构建过程。 第六章：贪心算法的正确应用边界 贪心策略因其直观性而具有吸引力，但其适用性严格受限。 局部最优选择的全局保证： 探讨如何通过“贪心选择性质”和“最优子结构”来证明贪心算法的正确性。 经典应用场景： 霍夫曼编码、区间调度问题等。 反例分析： 展示那些看似贪心实则错误的典型问题，加深对算法设计原则的理解。 第七章：搜索与回溯的精确控制 (Search and Backtracking) 本章关注在巨大解空间中进行系统化探索的技术。 回溯法： 深入探讨如何使用递归和状态撤销（Backtracking）来系统地探索所有可能的解决方案，例如 N 皇后问题、数独求解。 分支限界法 (Branch and Bound)： 引入剪枝（Pruning）的概念，以更高效地排除不可能包含最优解的分支，常用于优化问题（如旅行商问题 TSP）。 第四部分：高级主题与实际应用 (Advanced Topics and Practical Implementation) 本部分将触及一些在现代计算中不可或缺的专业数据结构和算法。 第八章：散列技术与冲突解决机制 (Hashing Techniques and Collision Resolution) 散列表（Hash Table）是实现近乎 O(1) 访问的关键。 散列函数设计： 分析理想散列函数的特性，并讨论常用函数（如除法、乘法、通用散列 Family）的优缺点。 冲突处理策略： 详细对比链式法、开放定址法（线性探测、二次探测、双重散列）在性能和空间使用上的差异，以及它们的退化行为。 完美散列与最小完美散列： 在静态数据集下实现零冲突查找的理论与实践。 第九章：高级查找与排序优化 本章关注在特定约束下，如何进一步优化通用算法。 堆结构的应用： 不仅限于优先队列，还包括堆排序的稳定性分析，以及如何利用堆在 $O(k log n)$ 时间内找到 $k$ 个最小/最大的元素。 非比较排序算法： 深入分析计数排序、基数排序和桶排序，展示在特定数据分布下，如何打破基于比较的排序的 $Omega(n log n)$ 理论下限。 结语：从理论到工程的飞跃 全书的最终目标是培养读者在面对未知问题时，能够迅速地从问题描述中识别出潜在的数学模型，并选择或设计出最优的数据结构和算法。我们强调，算法的正确实现与清晰的代码结构同等重要，每一章的理论讲解后，均辅以严谨的伪代码或高度抽象的代码片段，以指导读者将其思维模型转化为健壮的工程实践。 --- 本书适合对象： 计算机科学专业的学生、有一定编程基础希望提升算法设计能力的软件工程师、以及准备系统学习数据结构与算法的自学者。 预备知识： 基础的编程逻辑、离散数学基础概念（集合、函数）。

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从语言风格上来说，这本书的作者显然是一位经验丰富、洞察力极强的教育者。他的文字有一种不动声色的亲和力，既不过分口语化导致不够严谨，也绝不使用晦涩难懂的学术术语来故作高深。对于那些初次接触编程概念的读者，这本书提供了一个非常平稳的过渡。比如，在解释“递归”这个令无数人头疼的概念时，作者没有直接抛出斐波那契数列的公式，而是从一个更生活化的例子——比如俄罗斯套娃或者文件夹的层级结构开始引入，循序渐进地引导读者理解递归调用的机制和出口条件。这种对读者认知负荷的细致考量，让学习过程变得流畅且不易产生挫败感。它真的像是有一位耐心的老师在你身边，在你快要迷失方向时，及时递过来一盏指路的明灯，让人感到安心。

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我必须强调这本书在“数据结构与算法”结合上的高明之处。很多C语言教材会将这两部分内容割裂开来，要么是纯理论的算法书，要么是只涉及基础语法操作的C语言书。这本书则巧妙地将结构体、指针的高级用法直接应用于实现经典的数据结构，比如使用指针动态管理数组，用结构体模拟树的节点。这种耦合度极高的教学方式，使得读者能够立刻体会到指针和内存管理在构建复杂数据结构时的强大威力，而不是仅仅停留在“指针是用来指向地址的”这种肤浅理解上。特别是书中关于“内存泄漏排查”的实战章节，讲解得非常透彻，通过具体的代码片段展示了哪些操作会导致泄漏，以及如何使用特定工具进行检测，这在实际项目中是极其关键的生存技能。

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拿到这本《C语言程序设计案例教程》时，我首先被它厚实的封面和清晰的排版吸引住了。翻开书本，立刻能感受到作者在内容组织上的用心。不同于市面上那些只罗列语法规则的教材，这本书的编排逻辑非常贴合初学者的心智发展。它不是干巴巴地讲解指针、结构体这些抽象概念，而是将它们巧妙地融入到一个个具体的案例情境中。比如，在讲解文件操作时，它会直接构建一个简单的图书管理系统，让读者在实现功能的过程中，自然而然地理解`fopen`, `fscanf`这些函数的使用场景和注意事项。这种“做中学”的模式极大地降低了学习曲线。特别是书中对“调试”这一环节的重视，简直是雪中送炭。它不是简单地说“程序错了，去调试”，而是详细展示了如何使用IDE的调试工具，一步步追踪变量值的变化，从而定位问题的根源。对于很多新手来说，看不懂程序报错信息是最大的障碍，而这本书恰恰在这方面提供了极具价值的指导。它教会的不仅是C语言的语法，更是一种解决问题的思维方式。

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这本书给我的最大感受是“实战性强到让人惊叹”。我之前学C语言时，总是觉得学了那么多知识点，但一到实际写项目时就无从下手，仿佛学的是一门与实际应用脱节的语言。然而，这本教程彻底改变了我的看法。它里面的案例选择非常贴近实际开发中的常见需求，从基础的数据结构实现到稍微复杂一点的算法应用，每一步都有清晰的代码示例和详尽的注释。我尤其欣赏它在每个章节末尾设置的“扩展思考题”。这些题目往往不是简单的重复练习，而是要求读者在现有代码的基础上进行功能增强或效率优化。比如，在实现链表时，它会引导你去思考如何实现线程安全访问的优化方案，这对于那些想把C语言用在嵌入式或系统编程领域的读者来说，无疑是宝贵的阶梯。阅读过程中，我几乎没有感到枯燥，因为每完成一个案例，都有一种“我又掌握了一项新技能”的成就感，这极大地激发了我继续深入学习的热情。

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总的来说，这本书的价值远超一本普通的入门教材。它更像是一本“内功心法修炼手册”。它不仅仅告诉你C语言的语法规则是什么，更深层次地是在塑造一个合格的C语言程序员应有的代码习惯和严谨态度。书中对代码风格的规范性要求非常高，例如对命名约定、注释风格的指导，潜移默化地培养了读者的良好习惯。我个人认为，对于那些希望通过自学掌握C语言，并期望将来能够接触到底层开发或性能优化领域的学习者来说，这本书提供了坚实的基础和正确的方向。它教会了我们如何高效地与机器对话，如何用最贴近硬件的方式去思考问题，这种思维模式的建立，才是学习任何编程语言的真正财富所在。

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