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页数:231

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出版时间:2009-4

价格:25.80元

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isbn号码:9787560950693

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• 模拟电子技术
• 电子技术
• 电路分析
• 模拟电路
• 实训
• 教程
• 高等教育
• 电子工程
• 电路设计
• 基础电子

编程与数据结构精要：从底层逻辑到高效算法 第一章：计算机科学基础与编程范式 本书旨在为初学者和希望系统性提升技能的开发者提供一个坚实且全面的计算机科学基础，重点关注现代软件开发中不可或缺的编程语言核心概念、数据组织结构以及高效算法的设计与实现。我们不探讨模拟电路的特性或电子元件的原理，而是深入信息处理的本质。 本章首先梳理计算机科学的演进脉络，从图灵机模型到冯·诺依曼架构，奠定理解硬件与软件交互的基石。我们将详细阐述两种主要的编程范式：过程式编程与面向对象编程（OOP）。 在过程式编程部分，我们将以一种对内存管理有清晰认识的方式，解析函数调用栈、变量作用域、指针和引用机制。重点分析控制流结构，如条件语句、循环的效率考量，以及递归在解决特定问题时的优雅性与潜在的栈溢出风险。 随后，我们将深入面向对象编程的核心支柱：封装（Encapsulation）、继承（Inheritance）和多态（Polymorphism）。通过具体的代码示例（使用一种现代通用语言，如Python或Java的结构），演示如何设计类、实现接口和抽象基类。多态性的实现机制，包括编译时多态（重载）和运行时多态（虚函数/方法覆盖），将通过详细的内存布局图进行解析，确保读者理解其背后的机制，而非仅仅停留在语法层面。此外，本章还会引入函数式编程的初步概念，如纯函数、高阶函数和不可变性，为后续章节介绍更复杂的并发模型做铺垫。 第二章：核心数据结构——信息世界的骨架 数据结构是高效程序设计的核心所在。本章将系统地剖析最常用且最基础的几种数据结构，并侧重于分析它们的时间复杂度和空间复杂度（O-notation）。 1. 线性结构深度解析： 数组与动态数组： 深入探讨底层内存连续性带来的访问优势（O(1)随机访问）以及动态数组在扩容时的摊还分析（Amortized Analysis）。 链表（单向、双向、循环）： 比较链表在插入和删除操作上的灵活性（O(1) – 假设已定位节点），以及与数组在内存碎片和缓存局部性上的权衡。 栈（Stack）与队列（Queue）： 作为受限访问的线性结构，我们将用它们来模拟实际应用场景，如表达式求值（使用栈）和任务调度（使用队列）。重点分析循环队列的实现技巧。 2. 非线性结构：树与图的奥秘： 树结构： 从基础的二叉树开始，详细讲解二叉搜索树（BST）的插入、查找和删除操作。随后，我们将重点学习如何保持树的平衡——AVL树和红黑树（Red-Black Tree）的旋转和重新着色规则，这是许多标准库实现（如Java `TreeMap`或C++ `std::map`）的基础。 堆（Heap）： 区分最大堆和最小堆，理解堆化的过程（Heapify），并将其应用于优先队列（Priority Queue）的实现，这是实现Dijkstra或Prim算法的关键。 图论基础： 图的表示法（邻接矩阵与邻接表）的适用场景分析。重点覆盖图的遍历算法——深度优先搜索（DFS）和广度优先搜索（BFS），以及它们在连通性检测和拓扑排序中的应用。 第三章：算法设计与分析——解决问题的艺术 本章关注如何系统地设计、分析和优化算法，以应对大规模数据的挑战。 1. 基础算法范式： 排序算法的性能战争： 彻底分析冒泡、插入、选择排序（O(n^2)）的局限性。深入讲解归并排序和快速排序（基于分治策略）的工作原理和平均/最坏情况下的性能差异。接着，探讨计数排序、基数排序等非比较型排序的适用范围。 搜索算法： 二分查找（Binary Search）的精确实现与边界条件处理。 2. 高级算法设计技巧： 贪心算法（Greedy Algorithms）： 介绍其局部最优解的构造方法，并分析其可行性证明，例如霍夫曼编码（Huffman Coding）。 动态规划（Dynamic Programming, DP）： DP是优化复杂问题的利器。本章将通过经典的“背包问题”、“最长公共子序列”等案例，清晰界定“重叠子问题”和“最优子结构”这两个DP的适用前提。我们将详细讲解自底向上（Tabulation）和自顶向下（Memoization）两种实现方式的优劣。 回溯法（Backtracking）： 用于解决约束满足问题，如八皇后问题和数独求解。 3. 图算法的深度应用： 最短路径算法： 详细推导Dijkstra算法（处理非负权边）和Bellman-Ford算法（处理含负权边的图）。 最小生成树（MST）： 重点讲解Prim算法和Kruskal算法，并对比它们在不同图结构上的性能表现。 第四章：内存管理、并发与系统级交互 现代应用对性能和资源利用率的要求极高，本章将目光投向更接近系统底层的效率考量。 1. 内存管理与效率： 深入探讨缓存局部性（Cache Locality）对算法性能的实际影响，远超理论O-notation的分析。 垃圾回收（GC）机制的概述（例如，标记-清除、分代回收），及其对程序执行时间线的影响。 栈内存与堆内存的结构差异及其使用场景。 2. 并发与并行编程： 线程（Thread）与进程（Process）的区别与切换开销。 同步机制： 详述互斥锁（Mutex）、信号量（Semaphore）和条件变量（Condition Variable）在防止竞态条件（Race Conditions）中的作用。 死锁（Deadlock）的预防、检测与避免策略。 附录：编程语言特性与工具链 本附录将提供关于特定语言（如C++或Rust的内存模型）的高级特性介绍，以及版本控制系统（Git）的高级工作流，旨在将理论知识与实际工程实践紧密结合。内容将专注于如何使用这些工具和语言特性来构建健壮、高性能的软件系统。

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