计算机科学的数学基础

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页数:343
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出版时间:2007-9
价格:45.00元
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isbn号码:9787811280067
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  • 计算机
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  • 数学基础
  • 计算机科学
  • 离散数学
  • 算法
  • 数据结构
  • 逻辑
  • 集合论
  • 图论
  • 数理逻辑
  • 形式语言
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具体描述

《计算机科学的数学基础》共分形式语言与自动机理论,可计算理论,逻辑学,程序设计理论等四个部分。内容包括:语言与正规语言;有限自动机;短语结构语言与上下文有关语言;可计算理论;模糊逻辑等。《计算机科学的数学基础》内容丰富,讲解通俗易懂,具有很强的可读性。

形式语言与自动机理论、可计算理论、逻辑学和程序设计理论,都是研究计算模型的。它们之间也是相互关联的,共同构成了现代计算机科学技术的理论基础。这些理论都是属于数学学科的。形式语言与自动机理论、可计算理论和逻辑学的研究都始于20世纪初叶,特别是20世纪30年代的数学家Church(邱奇)、GMel(哥德尔)、Kleene(克林)、Post(波斯特)以及Turing(图灵)等人的杰出工作催生了现代电子数字计算机的硬件和软件的诞生。程序设计理论的研究相比则要迟一些,是20世纪后半叶现代电子数字计算机以及程序设计语言和软件诞生之后的事情了。它是专门研究程序设计语言和程序设计方法的数学理论。这些工作对于计算机科学的实践和理论的发展有着深远的影响。比如,图灵机模型就被证明是现代电子数字计算机的理论模型。这些先驱者的工作在今天看来似乎是很平常的,它们的思想渊源甚至并不为今天众多的计算机的使用者所知道。但是这些先驱者的工作确实是应该被那些从事计算机科学技术的工作者们所熟悉、所掌握的。因为这些思想和方法将对他们的工作产生很重要的启示和指导作用。正是因为这一点,形式语言与自动机理论、可计算理论、逻辑学和程序设计理论一直以来都是国内外计算机科学技术专业硕士研究生的课程,而且还是作为重要的课程来开设的。

《算法的艺术与奥秘》 本书是一本深入探索算法世界,揭示其优雅设计与强大力量的著作。它并非聚焦于计算机科学的底层数学原理,而是将目光投向了算法本身,剖析其思维方式、创新设计以及在解决现实世界问题时所展现出的惊人效率和美学价值。 内容概要: 第一部分:算法的灵魂——逻辑与思维 抽象的力量: 探讨如何将复杂问题抽象化,提炼出问题的核心,并用清晰、简洁的逻辑语言进行描述。这部分将通过一些经典的抽象化例子,如迷宫问题、旅行商问题等,展示抽象思维在算法设计中的基础性作用。 递进的智慧: 深入讲解递归思想,从简单的斐波那契数列、阶乘计算,到更复杂的二分查找、归并排序,层层递进,揭示递归如何以一种优雅的方式处理重复性问题,并展现其在解决复杂结构时的强大能力。 决策的艺术: 分析回溯法和分支限界法的精妙之处,如何通过剪枝和优化,在庞大的搜索空间中寻找到最优解。我们将看到这些方法如何在数独求解、八皇后问题等经典难题中大放异彩。 贪婪的魅力: 介绍贪婪算法的设计理念,如何在每一步都做出局部最优的选择,并最终获得全局最优解。通过活动选择问题、霍夫曼编码等实例,展现贪婪算法的简洁高效。 第二部分:算法的骨骼——结构与优化 数据组织的艺术: 详细阐述各种基本数据结构,如数组、链表、栈、队列、树(二叉树、平衡树)、图等,并分析它们各自的特性、操作方式以及适用场景。本书将不仅仅是结构的介绍,更会探讨如何根据算法的需求选择最合适的数据结构,以达到最佳性能。 排序的奥秘: 细致入微地讲解各种排序算法,从基础的冒泡排序、选择排序、插入排序,到更高级的快速排序、归并排序、堆排序,以及适用于特定场景的计数排序、基数排序。我们将深入分析它们的实现原理、时间复杂度和空间复杂度,并对它们的优劣进行对比。 查找的智慧: 探索高效查找算法,包括顺序查找、二分查找、哈希查找等。重点将放在哈希查找的原理、冲突解决策略以及其在构建高效字典、集合等数据结构中的应用。 图的遍历与探索: 深入讲解图的深度优先搜索(DFS)和广度优先搜索(BFS),分析它们在连通性判断、最短路径查找、拓扑排序等问题中的应用。 第三部分:算法的灵魂——进阶与应用 动态规划的威力: 深入剖析动态规划的思想,如何将复杂问题分解为相互重叠的子问题,并存储子问题的解以避免重复计算。我们将通过背包问题、最长公共子序列、编辑距离等经典问题,展示动态规划在求解优化问题时的强大力量。 网络流的广阔世界: 介绍网络流的基本概念,如最大流、最小割,并探讨Ford-Fulkerson算法、Edmonds-Karp算法等求解最大流的方法。我们将看到网络流在资源分配、调度问题等领域的应用。 计算几何的边界: 触及计算几何的基本概念,如点、线段、多边形等,并介绍一些基础的计算几何算法,如凸包查找、线段相交检测等,展示算法在图形处理和空间分析中的作用。 算法的复杂度分析: 详细讲解如何分析算法的时间复杂度和空间复杂度,理解大O记法,并学习如何通过渐近分析来评估算法的效率。这将帮助读者在面对不同算法时,做出明智的选择。 第四部分:算法的未来——思考与创新 概率算法与近似算法: 介绍随机化算法的设计思想,以及近似算法在NP-hard问题中的价值。探讨它们如何在追求速度和效率的同时,牺牲一定的精确度。 算法的优化与工程实践: 探讨除了理论上的复杂度分析,实际工程中影响算法性能的因素,如缓存、并行计算等,以及如何进行算法的实际调优。 算法的演进与展望: 简要回顾算法发展的历史,并展望未来算法研究的新方向,如机器学习算法、量子计算算法等,激发读者对算法领域的持续探索热情。 本书特色: 理论与实践并重: 每一章节都配有清晰的逻辑阐述和易于理解的伪代码示例,力求让读者不仅理解算法的原理,更能掌握其实现方法。 循序渐进,难度适中: 从基础概念到复杂算法,内容编排合理,适合有一定编程基础,希望深入理解算法的读者。 案例丰富,应用广泛: 选取了大量经典和现代的算法应用案例,涵盖了数据结构、人工智能、图形学、优化等多个领域,展现算法的强大生命力。 强调思维方式: 鼓励读者独立思考,培养分析问题、设计解决方案的算法思维能力,而不仅仅是记忆和套用公式。 《算法的艺术与奥秘》将带领您踏上一段精彩的算法探索之旅,发掘那些隐藏在代码背后的智慧和美感,让您在解决问题时,拥有更强大的武器和更开阔的视野。

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读后感

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翻开这本书的目录,我的第一感觉是——内容覆盖面太广了,广到让人有些不知所措,又隐隐有些兴奋。它似乎囊括了从基础数理逻辑到高级概率论的方方面面,简直像是一本“计算机数学的百科全书”。我特别关注了关于“计算复杂性理论”那一部分的介绍,那可是决定一个算法是否“可行”的关键所在。我希望作者在讲解NP完全性这类难题时,不仅仅是给出定义和证明,更能详细阐述在实际工程中,面对一个NP问题时,我们通常会采用哪些启发式算法或近似算法去“绕过”难题。另外,对于信息论的介绍,我期望它能更侧重于现代加密技术和数据压缩的实际应用,而不是停留在香农公式的理论层面。这本书的排版看起来很清晰,字里行间透露着一股“务实”的气息,这让我相信它不是那种只停留在理论高阁的学术著作,而是真正想让读者“用起来”的参考书。如果能配上足够的习题和案例分析,那就太棒了,毕竟,不动手实践,数学知识是无法真正内化的。

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这本书的封面设计得相当有吸引力,那种深邃的蓝色调配上抽象的几何图形,让人一眼就能感受到它蕴含的严谨与深度。我最初是被这个名字吸引的——《计算机科学的数学基础》。它给我的感觉是,这本书会像一把钥匙,打开通往计算机世界最底层逻辑的大门。我特别期待它能深入浅出地讲解离散数学、线性代布尔代数等核心内容,毕竟,没有坚实的数学根基,再复杂的算法和架构都像是空中楼阁。我希望作者能用生动具体的例子来阐释那些抽象的概念,比如如何用图论来解决网络路由问题,或者集合论在数据库设计中的妙用。如果书中能穿插一些历史典故,介绍这些数学分支是如何一步步融入计算机科学的发展历程,那就更完美了。我总觉得,理解知识的起源,能让人对它有更深刻的敬畏和掌握。总而言之,我对这本书的期待是它能成为一本既是教科书又是引人入胜的数学故事集的工具书。我迫不及待想看看它如何把那些看似枯燥的公式和定理,转化为驱动现代科技的强大引擎。

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我得说,这本书的阅读体验有些“硬核”。它不像市面上那些流行的科普读物,试图用各种比喻来稀释数学的“苦涩”。恰恰相反,它直接将读者推向了数学证明的核心地带,毫不留情。这对我来说既是挑战,也是一种享受。我喜欢它那种直接面对本质的写作风格,它假定读者有一定的预备知识,因此在很多推导步骤上做了精简,这极大地提高了信息密度。特别是关于数论在公钥加密体系(如RSA)中的应用章节,作者几乎是毫无保留地展示了整个数学链条,从欧拉定理到模逆元计算,每一步都逻辑严密,环环相扣。这种扎实的讲解方式,让我对那些只知道“RSA很安全”的浅层理解彻底瓦解了。然而,这种深度也意味着,如果读者在某个环节稍有松懈,就可能需要花费大量时间去回顾前置知识。这本书更像是一场马拉松,而不是短跑,需要持续的专注和毅力来跟上作者的思维节奏。

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我花了很长时间才完全消化了这本书中关于“随机过程”和“蒙特卡洛方法”的那几章内容。坦白说,这是我接触过的所有相关书籍中,对随机性在计算中作用阐述得最为透彻的一本。作者没有把随机性仅仅看作是“不确定性”,而是将其视为一种强大的计算资源。书中通过详细的例子,展示了如何利用随机抽样来估计复杂积分,这在模拟物理系统、训练机器学习模型时是不可或缺的技巧。更让我印象深刻的是,作者在介绍这些方法时,非常注重对“误差分析”的论述。他没有停留在“这样做有效”的层面,而是深入探讨了误差的收敛速度和边界条件,这对于任何需要对结果负责的科学应用来说都是至关重要的。这本书的严谨性令人称赞,它教会的不仅仅是“如何计算”,更是“如何相信你计算出来的结果”。它成功地将概率论的严密性与计算的实用性完美地融合在了一起。

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这本书的价值,我认为更多地体现在它作为一本“桥梁”的潜力上。它不仅仅是数学知识的堆砌,更像是为那些渴望深入理解计算机系统底层机制的工程师和研究人员精心搭建的阶梯。我注意到书中对“形式化验证”这一前沿领域的探讨,这部分内容通常在传统的离散数学教材中很少涉及。作者试图将逻辑推理工具应用于软件的正确性证明,这无疑是极具前瞻性的。我特别欣赏书中对“类型系统”和“λ演算”的介绍,这些看似偏向函数式编程理论的知识,在现代编译器设计和编程语言理论中扮演着至关重要的角色。这本书巧妙地将这些理论知识与实际的工程问题联系起来,比如如何用类型系统来预防运行时错误。它不是一本让你轻松看完就束之高阁的书,它更像是一个工具箱,里面的每一件工具都需要你花时间去学习如何正确使用,一旦掌握,解决复杂问题的能力就会得到质的飞跃。

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