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页数:297

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出版时间:2008-8

价格:29.00元

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isbn号码:9787302177852

丛书系列:

图书标签:

• 操作系统
• 计算机科学
• 计算机系统
• 内核
• 进程管理
• 内存管理
• 文件系统
• 并发
• 虚拟化
• 系统编程

《算法的艺术与实践》 这本书深入探讨了算法设计的精妙之处与在实际应用中的落地策略。它并非一本枯燥的理论堆砌，而是旨在揭示算法背后的逻辑美感，并教授读者如何将这些抽象的概念转化为解决复杂问题的强大工具。 核心内容概述： 算法设计思维的构建： 书的开篇，我们将一同回顾算法设计的核心思想，从分治、动态规划、贪心算法等经典范式出发，循序渐进地引导读者建立起一套严谨的算法分析与设计框架。我们将详细剖析每种范式的使用场景、优势劣势，并通过大量的实例，展示如何识别问题并套用相应的范式。例如，在学习分治法时，我们会深入分析快速排序和归并排序的实现细节，探讨它们的平均和最坏情况时间复杂度，以及它们在处理大规模数据时的优势。 数据结构的深度融合： 算法的效能很大程度上依赖于底层数据结构的支撑。本书将算法与常见及高级数据结构紧密结合，例如链表、栈、队列、树（二叉树、平衡树、B树）、图、哈希表、堆等。我们不仅会讲解这些数据结构的原理、实现，更重要的是，会分析它们在不同算法中的作用，以及如何选择最适合特定问题的组合。读者将学会如何根据数据的特性和操作的需求，设计或选择最优的数据结构，从而显著提升算法的效率。例如，在图算法部分，我们会详细讲解邻接矩阵和邻接表表示法的优缺点，并分析它们如何影响图遍历（如DFS和BFS）以及最短路径算法（如Dijkstra和Floyd-Warshall）的性能。 性能分析与优化策略： 理解算法的效率至关重要。本书会系统性地介绍时间复杂度和空间复杂度分析的方法，包括大O、大Ω、大Θ符号的应用。更重要的是，我们将深入探讨常见的性能瓶颈，并提供切实可行的优化技术。这包括但不限于：缓存优化、预计算、剪枝技术、并行化思路（即使不深入多线程，也会提及并行计算的思想对算法设计的影响）以及对算法的局部改进。读者将学习如何从理论层面预测算法性能，并在实践中通过分析和调整，将效率提升一个台阶。 经典算法的全面解析： 本书将覆盖一系列计算机科学中的经典算法，并对其进行深度剖析。这包括： 排序算法： 除了基础的冒泡、插入、选择排序，还将深入探讨快速排序、归并排序、堆排序，以及计数排序、基数排序等非比较排序。 搜索算法： 除了二分查找，还会涉及深度优先搜索（DFS）、广度优先搜索（BFS）在树和图中的应用。 图算法： 最短路径算法（Dijkstra, Bellman-Ford, Floyd-Warshall），最小生成树算法（Prim, Kruskal），拓扑排序，以及网络流等。 字符串匹配算法： KMP算法、Boyer-Moore算法等。 动态规划经典问题： 最长公共子序列、背包问题、矩阵链乘法等。 实际应用场景与案例研究： 理论学习固然重要，但将算法应用于实际问题更能体现其价值。本书会提供大量来自不同领域的案例研究，例如： 搜索引擎的索引构建与查询优化： 如何利用哈希表和倒排索引实现快速的文本检索。 社交网络的连接分析： 如何使用图算法发现社区、预测关系。 数据压缩技术： Huffman编码、LZW压缩等算法的原理与实现。 路径规划问题： 导航系统中的最短路径搜索。 机器学习基础： 某些基础机器学习模型（如决策树、线性回归）的算法实现。 算法实现的最佳实践： 书中不仅提供算法的伪代码，还会引导读者思考如何在实际编程语言中进行高效、健壮的实现。这包括对代码风格、错误处理、边界条件处理的关注，以及如何利用语言特性来优化算法的表达和执行。 《算法的艺术与实践》是一本为追求卓越编程能力的开发者、对计算机科学理论充满好奇的学生，以及希望系统性提升问题解决能力的工程师量身打造的读物。它将带领读者领略算法世界的广阔与深邃，并赋予他们用代码创造无限可能的智慧与力量。

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对于文件系统的讲解，这本书也给我留下了深刻的印象。它首先阐述了文件系统的基本概念，包括文件、目录、文件结构以及文件系统在操作系统中的作用。我特别喜欢它对文件组织方式的介绍，从简单的线性文件组织到更复杂的树形目录结构，以及各种访问控制方法。书中还深入探讨了文件系统的实现细节，比如文件分配方法，包括连续分配、链式分配和索引分配。作者通过图示解释了这几种分配方式的优缺点，以及它们对文件存取效率和空间利用率的影响。当读到文件系统的缓冲技术时，我才真正理解了为什么我们读取文件会比直接访问磁盘快很多。书中还提到了文件系统的恢复机制，这对于保证数据的安全性至关重要，让我认识到文件系统不仅仅是数据的存储，更是数据的守护者。

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线程的概念和进程管理是紧密相连的，这本书对线程的讲解也十分清晰。作者解释了线程是进程内的一个执行单元，一个进程可以包含多个线程，它们共享进程的资源，如内存空间和文件句柄，但拥有各自的独立栈和程序计数器。这让我理解了为什么多线程能够提高程序的并发性和响应速度。书中详细介绍了用户级线程和内核级线程的区别，以及它们在创建、切换和通信上的优缺点。我尤其欣赏它对线程同步机制的介绍，如互斥锁、信号量、条件变量等。作者通过一些简单的例子，生动地演示了这些同步机制是如何防止竞态条件（race condition）的发生的。比如，在一个多个线程同时访问共享变量的场景下，如果不对访问进行同步，就可能导致数据不一致。书中给出的代码片段虽然不多，但足够说明问题，让我对如何编写安全的多线程程序有了初步的认识。

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这本书的封面设计非常吸引人，采用了一种沉稳而又不失科技感的蓝色调，点缀着抽象的电路板纹理。初次翻开，纸张的质感也相当不错，有一定的厚度，翻阅起来不会觉得单薄。我一直对计算机底层原理很感兴趣，但又怕过于晦涩难懂。这本书的排版清晰，字体大小适中，每一章的开头都有一个小引言，概括本章要讲的内容，这对于我这样想要系统性学习的读者来说非常友好。第一章从操作系统的基本概念讲起，比如它为什么存在，它的主要功能是什么，以及它在整个计算机系统中的地位。作者并没有上来就抛出一堆专业术语，而是用了一些生活中的类比，比如把操作系统比作一个家庭的管家，负责协调家里的各项事务，管理家庭成员的活动。这种方式让我很快就抓住了核心概念，不会被细节 overwhelm。接着，它开始介绍操作系统的发展历程，从早期的批处理系统到分时系统，再到现在的多用户、多任务操作系统，每一个阶段都配有当时典型的操作系统代表，以及它们各自的特点和优势。我尤其对操作系统的演化过程感到好奇，这本书的介绍让我对计算机技术的发展有了更宏观的认识，也理解了为什么现在的操作系统会是这个样子。

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这本书在介绍各种操作系统的类型时，也给我提供了不少启发。作者详细分析了批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统以及分布式操作系统等。我之前对实时操作系统（RTOS）的理解比较片面，这本书将其分为硬实时和软实时，并解释了它们在响应时间精度上的差异，以及在航空航天、工业控制等领域的应用。而对于分布式操作系统，书中讨论了其在网络环境下的资源共享、并发控制和容错机制，这让我对现代云计算和大数据处理背后的技术有了更深的认识。通过对不同类型操作系统的对比分析，我能够更清晰地理解它们的优势和局限性，以及它们适用的场景。

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我一直对计算机的内存管理机制感到非常好奇，觉得这部分是操作系统最核心也最神秘的部分之一。这本书在这方面的内容做得非常出色。它没有直接跳到复杂的算法，而是从基础讲起，比如什么是物理地址和逻辑地址，为什么需要地址转换。我喜欢它使用图示来解释这个过程，比如内存分段、分页的概念，通过直观的图例，我能够清晰地看到程序在内存中是如何被组织的，以及操作系统是如何进行寻址的。当涉及到虚拟内存时，我一度觉得会很难理解，但作者通过“请求调页”的例子，用通俗易懂的语言解释了页面置换算法，比如LRU（最近最少使用）策略。它还举例说明了当内存不足时，系统是如何将不常用的页面暂时移到磁盘上，然后在需要时再调回内存的。这个过程让我觉得很神奇，也让我理解了为什么我们的电脑即使打开了很多程序，依然能够流畅运行。而且，书中还深入探讨了内存碎片的问题，以及如何通过内存压缩等技术来解决。这些内容对于我理解程序运行效率和系统稳定性有着极大的帮助，让我不再觉得内存管理是黑箱操作。

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死锁是操作系统中一个非常棘手的问题，这本书对此的讲解非常到位。作者首先给出了死锁的四个必要条件：互斥、占有并等待、非抢占和循环等待。通过生活中的例子，比如多人同时使用一个洗手间的场景，让我很快就理解了这些条件是如何导致死锁的。书中详细介绍了死锁的几种处理方法：死锁预防、死锁避免、死锁检测和死锁解除。我尤其对死锁避免算法，如银行家算法，印象深刻。作者通过一个模拟银行家算法的流程图，清晰地展示了系统如何判断一个进程的请求是否安全，从而避免进入死锁状态。虽然这个算法在实际应用中可能存在一些开销，但它提供的理论框架对于理解和预防死锁非常有价值。

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操作系统的安全性和保护机制是保证系统稳定运行的关键，这本书对这部分内容进行了深入的探讨。作者首先定义了什么是安全，以及保护的目标。它详细介绍了各种安全威胁，如恶意软件、非法访问和数据泄露，并分析了它们可能带来的后果。书中阐述了操作系统是如何通过访问控制、用户认证和权限管理来保护资源的。例如，文件访问权限的设置，用户组的管理，以及密码加密技术等。我特别对内存保护机制感兴趣，书中讲解了如何通过硬件支持，如内存管理单元（MMU），来防止一个进程访问其他进程的内存空间。此外，书中还讨论了安全审计和日志记录的重要性，这对于事后追溯安全事件非常有帮助。

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进程管理是操作系统的另一大核心功能，这本书在这方面的讲解也相当到位。作者首先定义了什么是进程，以及进程与程序的区别。我之前一直混淆这两者，这本书的解释让我豁然开朗：程序是静态的代码，而进程是程序在内存中的一个动态的执行实例，它拥有自己的数据、代码和执行状态。接着，它详细介绍了进程的生命周期，从创建到终止，以及中间的各种状态转换，如就绪、运行、阻塞等。这些状态的切换是通过进程控制块（PCB）来实现的，书中对PCB的结构和作用进行了详细的描述，这对于理解操作系统如何跟踪和管理多个进程至关重要。我特别感兴趣的是进程间的通信（IPC）部分，书中列举了多种IPC机制，如管道、消息队列、共享内存等，并且对每种机制的原理、优缺点以及适用场景进行了详细的分析。例如，管道通信的简单性和局限性，共享内存的高效性但需要同步机制的配合。通过这些讲解，我明白了不同的进程如何能够互相协作，完成复杂的任务。

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I/O（输入/输出）管理是操作系统中不可或缺的一部分，这本书对此进行了详尽的阐述。作者从I/O设备的分类开始，详细介绍了各种I/O设备的特性和工作原理，例如块设备和字符设备。我之前一直对I/O操作的底层细节感到模糊，这本书的讲解让我对CPU如何与I/O设备进行交互有了更清晰的认识。它详细介绍了I/O控制器的作用，以及中断驱动I/O、DMA（直接内存访问）等I/O控制方式。DMA的设计简直是I/O管理的一大亮点，它使得I/O设备能够直接与内存交换数据，而无需CPU的干预，极大地提高了I/O效率。书中还讨论了缓冲技术在I/O中的应用，以及各种I/O调度算法，如FCFS（先来先服务）、SSTF（最短寻道时间优先）等，这些算法的选择直接影响了I/O系统的性能。

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总的来说，这本书为我构建了一个关于操作系统知识体系的坚实框架。它不仅仅是罗列概念和算法，更注重将理论与实际应用相结合，并通过大量恰当的例子和类比，将原本可能枯燥的技术知识变得生动有趣。无论是对进程、线程、内存、文件系统，还是I/O管理、死锁、安全等核心概念的讲解，都显得条理清晰，层层递进。阅读过程中，我能够感受到作者在内容组织和知识传达方面的用心。这本书的语言风格也比较平实，没有过多的华丽辞藻，但逻辑严谨，表达清晰。即使在接触到一些相对复杂的算法和机制时，通过作者的细致阐述，我也能够逐步理解其原理和意义。这本书是一本非常值得推荐的操作系统入门和深入学习的经典之作。

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