趣学数据结构

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出版者:人民邮电出版社
作者:陈小玉
出品人:
页数:494
译者:
出版时间:2019-9
价格:99.00元
装帧:平装
isbn号码:9787115513830
丛书系列:
图书标签:
  • 计算机
  • 数据结构与算法
  • 算法
  • 工作学习
  • 数据结构
  • 算法
  • 编程
  • 学习
  • 入门
  • 趣味
  • 可视化
  • 代码实现
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具体描述

好的,这是一份针对一本名为《趣学数据结构》的图书所撰写的、不包含该书内容的详细图书简介。这份简介将着重描述与数据结构学习相关的其他领域和主题,力求内容充实且自然流畅。 --- 图书名称:《算法的边界:从计算理论到现代系统设计》 导读:探索计算世界的基石与前沿 在信息技术飞速发展的今天,我们每天都在与海量的数据和复杂的计算任务打交道。然而,支撑起这一切高效运行的,并非仅仅是更快的处理器或更大的内存,而是那些深植于计算机科学核心的理论基石——算法与计算模型。 《算法的边界:从计算理论到现代系统设计》并非一本专注于数据结构实现细节的教科书,它是一次对计算本质的深度探索之旅。本书的视角更为宏大,它旨在弥合抽象的理论世界与残酷的工程实践之间的鸿沟,带领读者理解“为什么”某些方法有效,“如何”在资源受限的环境下做出最优决策。 我们相信,真正的软件工程师不仅要会“写代码”,更要会“思考计算”。本书将引导您穿越图灵机的抽象迷宫,最终抵达云计算、大规模并行处理和人工智能的现实应用场景。 --- 第一部分:计算的哲学基石——理论的深度挖掘 (The Philosophical Core of Computation) 本部分是全书的理论引擎,我们在这里建立起分析和设计高效系统的哲学框架。 第一章:不可或缺的计算模型 我们首先将目光投向计算的起点:图灵机模型。我们将详细剖析图灵机如何被定义,以及它对“可计算性”的深刻定义。重点不是复杂的数学证明,而是理解其在逻辑层面上的完备性和局限性。 随后,本书将深入探讨随机存取机 (RAM) 模型及其与现代冯·诺依曼架构的契合之处。我们将对比确定性模型与非确定性模型,探讨非确定性图灵机(NTM)在理论设计中的作用。本章的重点是理解时间复杂度和空间复杂度的标准定义是如何建立在这些基础模型之上的。 第二章:复杂性的迷雾:P、NP与现实的取舍 本部分是本书中最具挑战性也最引人入胜的部分。我们将系统性地介绍复杂性理论的核心概念。 P类与NP类:清晰界定这两大类的含义,并探讨NP完全问题(NP-Completeness)在工程实践中的实际意义。我们不会止步于概念介绍,而是通过几个经典的NP完全问题实例(如旅行商问题、背包问题),展示它们如何迫使工程师放弃寻找精确解,转而寻求近似或启发式算法。 近似算法的设计:既然精确解难以企及,那么如何设计一个保证解的质量在可接受范围内的近似算法?本章将详细介绍几种关键的近似策略,例如贪心近似和随机化近似,并分析它们的近似比(Approximation Ratio)。 不可解性:讨论停机问题等不可解问题的哲学意义,理解计算的绝对边界在哪里。 第三章:逻辑与自动机:语言的形式化描述 理解程序如何被编译和执行,离不开对形式语言的掌握。本章将聚焦于自动机理论,这是编译器设计和正则表达式引擎的理论基础。 有限自动机 (FA):区分确定性有限自动机(DFA)和非确定性有限自动机(NFA),以及它们在词法分析中的应用。 下推自动机 (PDA) 与上下文无关文法 (CFG):解释如何使用CFG来描述编程语言的语法结构,并讨论PDA在解析(Parsing)过程中的角色。我们将展示如何从一个简单的算术表达式文法开始,逐步构建一个基础的语法分析器骨架。 --- 第二部分:面向性能的系统设计——从理论到实践的桥梁 (Bridging Theory and High-Performance Systems) 理论知识必须与硬件特性相结合才能发挥最大效能。本部分着眼于现代计算架构对算法选择的影响。 第四章:内存层级结构与缓存优化 现代计算机性能的瓶颈往往不在于CPU的速度,而在于数据在不同存储层级之间移动的延迟。 层次化存储系统剖析:详述寄存器、L1/L2/L3缓存、主存(DRAM)以及固态硬盘(SSD)的延迟和带宽特性。 局部性原理的工程应用:深入讲解时间局部性和空间局部性,并展示如何通过调整代码结构(例如,矩阵乘法的分块处理,而非简单的行优先或列优先遍历)来最大化缓存命中率。 缓存一致性模型:简要介绍多核系统中的缓存一致性问题,以及这如何影响并行算法的设计选择。 第五章:并行计算模型与大规模数据处理 随着摩尔定律的放缓,并行化成为提升性能的主要途径。本章侧重于如何将串行算法转化为高效的并行实现。 并行计算范式:对比SIMD(单指令多数据)、MIMD(多指令多数据)以及数据并行/任务并行的概念。 性能指标的转变:介绍加速比 (Speedup)、效率 (Efficiency) 和 可扩展性 (Scalability),并讲解阿姆达尔定律 (Amdahl's Law) 如何限制并行带来的收益。 面向大规模的计算框架:讨论MapReduce和Spark这类分布式计算模型背后的核心思想,重点分析它们如何解决数据分布、容错和通信开销的问题,而不是具体API的使用。 第六章:低延迟与高吞吐的权衡艺术 在金融交易系统、实时渲染或高并发网络服务中,算法的选择必须兼顾响应时间和处理能力。 锁与无锁编程 (Lock-Free Programming):探讨传统锁机制(如互斥锁、信号量)带来的并发障碍,转而研究基于CAS (Compare-and-Swap) 等原子操作实现的无锁数据结构和算法。分析其复杂性和潜在的“活锁”风险。 最小化同步开销:讲解在并发设计中,如何通过数据分区、线程本地存储或细粒度同步来减少线程间的竞争,从而榨取更高的系统吞吐量。 资源分配博弈:讨论操作系统级别的资源调度对算法运行时表现的影响,以及如何通过优先级继承或时间片预留等机制来保证关键路径的性能。 --- 结语:构建面向未来的计算思维 《算法的边界》旨在培养读者的“计算直觉”——一种能够预判特定计算模型下的性能瓶颈,并能根据理论约束设计出最优工程解决方案的能力。掌握计算理论的边界,意味着在面对任何新的技术浪潮时,我们都能迅速理解其底层逻辑,并站在理论的高度去审视和优化实际的系统设计。这不是关于如何高效地实现某一特定数据结构,而是关于如何构建一个更健壮、更快速、更具前瞻性的计算思维框架。

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读后感

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用户评价

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让我非常佩服的是,《趣学数据结构》在对算法的分析上,做到了既准确又易懂。作者不仅仅是给出了时间复杂度和空间复杂度的结论,而是会详细解释这些结论是如何得出的。他会一步一步地引导读者分析算法的执行流程,计算每一步操作的耗时,然后进行累加。这种严谨的分析过程,让我不仅知其然,更知其所以然。 而且,在讲解算法的优化时,作者也非常有技巧。他会先展示一个比较朴素的算法,然后分析它的不足之处,再逐步引导读者进行优化。比如,在讲到图的遍历时,他会先讲解DFS和BFS,然后引出它们在不同应用场景下的优劣,并会提到一些高级图算法的应用。我记得他讲到最短路径算法时,先从简单的Bellman-Ford算法讲起,然后过渡到Dijkstra算法,并解释了为什么Dijkstra算法在图的权重为非负数时效率更高。这种循序渐进的讲解方式,让我能够更好地理解算法的演进过程。

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这本书给我带来的最大惊喜,绝对是它在案例设计上的用心。很多数据结构的书,你学完之后,感觉像是掌握了一堆孤立的工具,不知道该如何应用。但《趣学数据结构》不同,它在讲解完每个基本数据结构后,都会立刻引出一个实际应用场景,然后告诉你这个数据结构是如何解决这个问题的。比如,在讲到栈的时候,它就立刻带我们去分析浏览器的“后退”按钮是如何实现的;讲到队列的时候,则模拟了排队买票的场景。这些案例都非常贴近我们的生活,让我瞬间觉得数据结构不再是遥不可及的理论,而是触手可及的解决方案。 最让我印象深刻的是,作者在讲解树形结构时,并没有止步于二叉搜索树。他详细介绍了平衡二叉树(AVL树、红黑树)的原理,并且还穿插了B树在数据库索引中的应用。虽然我不是数据库专业的,但是通过作者的讲解,我大概能理解为什么B树能够有效地减少磁盘I/O次数,从而提高查询效率。他用了一个“图书馆查找书籍”的比喻,让我一下子就明白了B树的节点可以存储多个键值,这比二叉树的查找方式更适合磁盘这种块存储设备。这种从基础到进阶,再到实际应用的比对讲解,让我对数据结构的理解层次得到了极大的提升。

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我得承认,一开始我对这本《趣学数据结构》并没有抱有太高的期望,总觉得“趣学”这两个字可能代表着内容的浅尝辄止。但事实证明,我错得离谱。作者在内容的深度上,绝对是过硬的。他不仅仅是讲解了数组、链表、栈、队列这些基础结构,还深入探讨了哈希表、堆、图、树等更复杂的数据结构。而且,对于每种结构,他都会从原理、实现、优缺点以及适用场景等多个角度进行全方位的解析。 特别是在讲解图算法的部分,作者的表现更是令人惊叹。他没有停留在简单的图遍历(DFS、BFS),而是详细讲解了最短路径算法(Dijkstra、Floyd-Warshall)、最小生成树算法(Prim、Kruskal)等。他用了一个“城市间的旅行规划”的场景来引入最短路径问题,让我们一下子就明白了Dijkstra算法是如何一步步找到从一个城市到所有其他城市的最短距离的。这种从宏观到微观,从概念到实现的层层递进,让我对图算法有了前所未有的清晰认识。

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这本书的排版设计也相当讨喜。它不是那种密密麻麻的文字堆砌,而是留有足够的空白,配以清晰的图表和流程图。尤其是讲解算法的时候,作者会用很多流程图来展示算法的执行过程,这对于我这种视觉型学习者来说,简直是福音。比如,在讲到递归算法时,他会用一个分解树来形象地展示函数调用的过程,让我一下子就看懂了递归的“分而治之”的思想。 而且,作者在细节处理上也做得非常到位。他会在讲解过程中,时不时地提醒我们一些容易出错的地方,或者一些需要特别注意的边界条件。比如,在讲到哈希表的冲突解决策略时,他会详细比较开放寻址法和链地址法的优缺点,并指出在不同的场景下,哪种方法更适合。他还会给出一些实际的例子,让我们看到这些策略是如何在实际应用中发挥作用的。这种细致入微的讲解,让我在学习过程中少走了很多弯路。

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我必须说,《趣学数据结构》这本书在引导读者思考方面做得相当出色。它不是简单地告诉你“怎么做”,而是会引导你“为什么这么做”。作者会时不时地提出一些问题,让读者自己去思考,去探索。比如,在讲到数组和链表的区别时,他会问:“如果你需要频繁地在中间插入或删除元素,你会选择哪种结构?为什么?”这种互动式的学习方式,让我感觉自己不是在被动地接受知识,而是在主动地参与学习。 更重要的是,作者在讲解过程中,非常注重培养读者的编程思维。他不仅仅是在教数据结构,更是在教如何用数据结构解决问题。他会分析一个问题的本质,然后指导我们如何选择合适的数据结构,以及如何设计高效的算法。我记得他讲到动态规划的时候,用了一个“爬楼梯”的经典例子,让我们一步步地分析状态转移方程,最终找到最优解。这种解决问题的思路,比单纯记忆算法要有用得多。

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不得不说,《趣学数据结构》在语言风格上真是独树一帜。它不像很多技术书籍那样,上来就是“术语轰炸”,而是用一种非常接地气,甚至有点贫嘴的方式来展开。作者时不时会冒出一些冷幽默,或者用一些非常夸张的比喻来强调某个概念的重要性。比如,讲到数组的内存连续性问题时,他形容说“数组就像一排整齐的士兵,站队的时候不能随便插队,也不能随便跑开,否则整个队伍都要乱套了”。这种幽默感,让我在阅读过程中完全不会感到疲惫,反而会因为期待作者下一次会抛出什么“梗”而感到兴奋。 而且,作者在讲解算法的实现时,也没有敷衍了事。他会提供不同编程语言的伪代码,并对关键的步骤进行详细的注释。最关键的是,他会解释为什么需要这样写,而不是仅仅告诉你“照着这个写就行”。比如,在实现归并排序的时候,他会详细解释如何合并两个有序的子数组,并指出递归的终止条件是什么。他甚至会提到一些常见的错误写法,以及这些错误会导致的后果,这让我避免了很多不必要的弯路。这种严谨又不失趣味的讲解方式,真的让我受益匪浅。

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真的,拿到《趣学数据结构》这本书的时候,我并没有期待它能带来多大的惊喜,毕竟数据结构这门学科听起来就不是那么“有趣”。然而,这本书却彻底颠覆了我的认知。作者用一种非常轻松愉快的方式,将原本枯燥的概念变得生动有趣。他就像一位经验丰富的朋友,娓娓道来,时不时穿插一些幽默的段子,让我在捧腹大笑中就掌握了知识。 比如,他讲到二叉搜索树的插入和删除操作时,并没有直接给出代码,而是先用了一个“整理书架”的比喻。他说,你要把一本新书放进书架,需要先找到它应该在的位置,然后把后面的书往后挪一挪。删除的时候,则需要把书拿出来,再把后面的书往前挪。这种通俗易懂的比喻,让我瞬间就理解了二叉搜索树的精髓。而且,他还提到了当书架太满的时候,可能需要调整书架的布局,这为后续的平衡二叉树打下了铺垫。

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这本书最让我赞赏的一点,在于它对抽象数据类型(ADT)的强调。作者并没有一开始就纠结于具体的实现细节,而是先带领我们理解抽象数据类型的定义和操作。比如,在讲到栈的时候,他首先强调的是“后进先出”这个特性,以及push、pop、peek等基本操作,而并没有立即给出数组或链表的实现。这种先抽象后具体的讲解方式,让我能够更好地理解不同数据结构的本质区别。 然后,当他开始讲解具体的实现时,又会非常细致地展示如何用数组和链表来实现这些ADT。他会分析每种实现方式的优缺点,以及在不同场景下的适用性。我记得他讲到队列的实现时,比较了用数组和用链表实现的区别,并指出了用循环数组实现队列时,如何避免假溢出的问题。这种深入到实现层面的剖析,让我对数据结构的理解更加扎实。

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天呐,我最近刚拿到这本《趣学数据结构》!说实话,我一开始抱着试试看的心态,毕竟“趣学”这两个字有时候会让我有点担心是不是会牺牲掉内容的深度。但翻开第一页,我就知道自己多虑了。作者的文笔真的太有意思了,他没有用那种枯燥乏味的定义堆砌,而是通过很多生动的比喻和现实生活中的例子来引入各种数据结构的概念。比如说,讲到链表的时候,他居然联想到了一条绵延不绝的火车,每个车厢(节点)都带着下一个车厢的地址信息,这样就可以在任意位置添加或删除车厢,而不需要像数组那样挪动一大堆车厢。这种直观的描述方式,让我在脑海里瞬间就构建出了链表的物理模型,而不是仅仅记住一堆代码。 而且,作者在讲解复杂度分析的时候,也做得非常到位。他不是简单地告诉你“这个算法是O(n)的”,而是会一步一步地带你分析,为什么是O(n),为什么不是O(n^2)。他会把代码拆解开,让你看到每一步操作的耗时,然后进行累加。更绝的是,他还加入了“如果你是一个小精灵,需要帮我完成这个任务,你会怎么做”这样的情景假设,让我们从执行者的角度去理解算法的效率。我记得他讲到快速排序时,用了一个“找国王”的比喻,让我一下子就理解了“分区”这个核心思想。这种寓教于乐的方式,让我在哈哈大笑中就掌握了本以为很难的知识点。

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这本书的内容组织结构设计得非常精妙。它不是按照传统的“数据结构”和“算法”两个部分来划分,而是将它们有机地结合在一起。也就是说,在讲解每一种数据结构的同时,作者就会介绍与该数据结构相关的典型算法。比如,在讲解二叉树时,他会立即介绍二叉树的遍历算法(前序、中序、后序)以及二叉搜索树的查找、插入、删除算法。 这种“结构即算法,算法即结构”的讲解方式,让我能够更直观地理解数据结构的意义和价值。我不再感觉数据结构只是一个孤立的知识点,而是能够看到它们是如何服务于具体的算法问题的。我记得作者在讲解堆(Heap)的时候,就紧接着介绍了如何用堆来实现优先队列,以及如何用堆来进行堆排序。这种将数据结构和算法融会贯通的讲解,让我对这两者之间的关系有了更深刻的认识。

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读了百分之二十了 稍微入门一点 (比如看懂动画)就可以拿这本上手coding刷题了

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买过作者写的《趣学算法》一书,还不错的。现在作者又出了一本《趣学数据结构》,赶紧入手。书的内容很详细,讲解的很生动到位,通过大量图解将抽象数据模型,简单通俗化,语言表达浅显易懂,并结合有趣的实例轻松掌握数据结构,比晦涩难懂的教材不知强多少倍。 数据结构可以说是编程的基础,需要好好掌握的,作者以拉家常的方式给我们讲解数据结构,配合风趣的图片能够让人更好的理解数据结构的内涵! 总之,非常不错的一本书!

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有一说一 极其适合初学者入门 讲得很形象 高中知识就看得懂 同时有深度 对知识点的把握清晰明了 不得多得的好书

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讲解比较生动,用C++描述好过国内大多数C语言版教材,适合基础一般的初学者。算是读过的数据结构教材里最好的一本

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读了百分之二十了 稍微入门一点 (比如看懂动画)就可以拿这本上手coding刷题了

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