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出版者:

作者:詹发荣

出品人:

页数:312

译者:

出版时间:2009-5

价格:29.00元

装帧:

isbn号码:9787113098674

丛书系列:

图书标签:

• C++
• 程序设计
• 编程
• 计算机科学
• 软件开发
• 算法
• 数据结构
• 面向对象
• 初学者
• 教材
• 技术

《计算思维与数据结构基础》 内容简介 本书旨在为读者构建坚实的计算思维框架，并深入剖析数据结构的核心概念、实现机制及其在实际问题解决中的应用。全书内容围绕“如何像计算机科学家一样思考”这一核心目标展开，内容覆盖从基础逻辑推理到复杂算法设计与分析的全过程。 第一部分：计算思维的基石 本部分着重于培养读者的问题分解、模式识别、抽象化和算法设计等核心计算思维能力。 第一章：计算思维导论 本章首先界定计算思维的内涵，阐述其与传统科学思维方式的区别与联系。我们探讨计算思维在工程、科学研究乃至日常决策中的普适性。内容包括：问题的形式化描述、输入与输出的明确界定，以及计算过程的逻辑结构。重点讨论如何将现实世界的复杂问题转化为可被计算模型处理的抽象问题。 第二章：逻辑与证明基础 本章深入探讨离散数学中的基础逻辑系统，这是后续所有算法和数据结构正确性的理论支撑。内容包括：命题逻辑和一阶逻辑的基础知识，真值表、逻辑推理规则（如演绎法和归谬法）。此外，本章详细介绍了数学归纳法在证明算法正确性、循环不变式以及递归关系中的应用，强调了证明在软件工程中的关键地位。 第三章：算法的初步概念与性能度量 本章引入算法的正式定义，强调算法必须具备的特性：明确性、有限性、输入、输出和有效性。我们详细介绍了算法分析的理论基础，特别是渐近分析。重点讲解了大O（$O$）、大Ω（$Omega$）和Θ（$Theta$）记号的精确数学定义和实际意义，用以描述算法在最坏、最好和平均情况下的时间复杂度与空间复杂度。通过具体的简单算法（如线性搜索和冒泡排序）的实例分析，帮助读者掌握性能分析的初步技能。 第二部分：核心数据结构 本部分系统介绍最常用和最基础的数据结构，关注其内存模型、操作效率和适用场景。 第四章：线性数据结构 本章涵盖了最基础的一维数据组织方式。 数组（Arrays）： 详细讨论固定大小和动态数组的内存布局、随机访问的效率分析，以及数组在内存连续性上的优势与限制。 链表（Linked Lists）： 深入解析单向链表、双向链表和循环链表的结构原理。重点对比链表与数组在插入和删除操作上的时间复杂度优势，并讨论指针/引用管理的关键点。 栈（Stacks）： 阐述“后进先出”（LIFO）的抽象数据类型（ADT）定义，讨论基于数组和链表的两种典型实现方式。通过应用实例，如表达式求值（中缀转后缀）和函数调用栈的模拟，展示其实用价值。 队列（Queues）： 阐述“先进先出”（FIFO）的ADT定义，包括普通队列、循环队列和优先队列（仅做初步介绍）。重点分析环形缓冲区的实现技巧及其在并发或缓冲场景中的应用。 第五章：非线性数据结构 I：树 本章是全书的重点之一，系统讲解树形结构。 树的基本术语与性质： 节点、根、叶子、深度、高度、度等概念的精确界定。 二叉树（Binary Trees）： 详细讲解二叉树的遍历方法（前序、中序、后序）的递归和迭代实现。重点分析完全二叉树和满二叉树的特性。 二叉搜索树（BSTs）： 阐述BST的定义、插入、删除和查找操作的原理及平均/最坏时间复杂度分析。特别强调了树的“退化”问题。 平衡二叉树概述： 简要介绍AVL树和红黑树（Red-Black Trees）的设计思想，作为解决BST退化问题的关键技术，而不深入其复杂的旋转和着色细节。 第六章：非线性数据结构 II：堆与图的初步接触 堆（Heaps）： 详细介绍二叉堆的结构特性（完全二叉树的性质和堆序属性）。重点讲解如何高效实现最大堆和最小堆，并深入分析`heapify`（堆化）过程和`insert`/`extract_max`（或`extract_min`）操作的时间复杂度，为后续的堆排序奠定基础。 图的基本概念： 引入图的定义（有向图、无向图、权重、路径、环）。重点讲解图的两种基本存储结构：邻接矩阵和邻接表的优缺点和空间开销对比。 第三部分：高效算法与排序 本部分聚焦于应用数据结构实现高效的算法，特别是排序和搜索。 第七章：高级搜索技术 二分查找（Binary Search）： 详细分析在有序数组上实现二分查找的递归和迭代版本，精确推导其 $O(log n)$ 性能的来源。讨论边界条件的严格处理。 散列表（Hash Tables）： 深入探讨散列的基本原理，包括散列函数的设计原则、冲突处理机制（链式法和开放定址法）。重点分析理想情况下的平均 $O(1)$ 性能以及负载因子对性能的影响。 第八章：排序算法的深度剖析 本章系统对比和分析不同排序算法的效率和适用性。 简单比较排序： 选择排序、插入排序、冒泡排序的实现和 $O(n^2)$ 复杂度的严格证明。分析插入排序在“近乎有序”数据上的性能优势。 分治排序： 详细讲解归并排序（Merge Sort），推导其 $O(n log n)$ 的性能，并强调其稳定性。深入讲解快速排序（Quick Sort）的划分（Partition）策略，讨论枢轴选择（Pivot Selection）对性能的极端影响，以及最坏情况 $O(n^2)$ 的避免策略。 堆排序（Heap Sort）： 利用前述的堆结构，展示如何实现一个稳定的 $O(n log n)$ 原地（in-place）排序算法。 第九章：算法的进阶分析与策略 本章提升读者的算法设计高度。 贪心算法（Greedy Algorithms）： 介绍贪心选择性质和最优子结构。通过经典的活动选择问题和霍夫曼编码（Huffman Coding）的例子，说明贪心策略的应用边界和证明方法。 动态规划（Dynamic Programming, DP）： 阐述 DP 的两个核心要素：重叠子问题和最优子结构。通过斐波那契数列的优化、最长公共子序列（LCS）和背包问题的实例，演示自顶向下（带备忘录）和自底向上（表格填充）的实现技巧。 摊还分析（Amortized Analysis）： 介绍一种不同于渐近分析的性能度量方法，用于分析一系列操作的平均成本。通过动态数组的扩容操作，直观展示摊还分析的实用价值。 本书力求通过严谨的数学推导、清晰的结构图示和大量可操作的代码示例（语言中立，侧重原理），确保读者不仅能“使用”数据结构和算法，更能“理解”其背后的设计哲学和性能权衡。

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这本书的习题设计非常巧妙，我发现它不像某些教材那样，只是简单地重复课本上的例子，而是真正地在“考察应用能力”。很多练习题都是以解决实际工程问题为导向的，比如如何高效地实现一个自定义的容器，或者如何设计一个性能可预测的资源池。更重要的是，对于那些难度较高的挑战题，它提供的解析思路非常开放，没有给出唯一的标准答案，而是引导读者去思考不同的实现路径及其时间/空间复杂度权衡。这极大地激发了我的批判性思维。我感觉自己不是在被动地接收知识，而是在与一位严谨的导师进行深度的学术对话。这种体验在传统的教材中是极其罕见的，它真正地将“程序设计”这门学科的思辨性体现了出来。

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作为一名已经在行业里摸爬滚打了几年的人，我需要的不再是那种教我“Hello World”的入门指南，而是能够帮助我深入理解语言内核、优化现有代码的工具书。这本书在面向对象的高级特性，比如模板元编程（Template Metaprogramming）和RAII（Resource Acquisition Is Initialization）的深入剖析上，展现了非凡的功力。它的讲解不是简单地罗列语法规则，而是深入探讨了C++标准委员会引入这些特性的历史背景和设计哲学。特别是关于并发编程那一章，它没有止步于基本的互斥锁（Mutex），而是详细对比了原子操作、无锁数据结构以及C++20引入的协程（Coroutines）的优劣，这对于编写高性能、高可靠性的系统级软件是不可或缺的知识。阅读过程中，我不得不频繁地查阅附录中的标准库对照表，这本身也说明了内容的广度和深度。

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我最近在尝试用一门新的语言来构建一个小型项目，之前用过的几本教材，在讲解到内存管理和指针这些核心概念时，总是写得过于抽象，感觉就像在纸上谈兵，真正到了实践环节，各种段错误（Segmentation Fault）还是层出不穷。这本书在这方面的处理，简直是拨云见雾。它似乎有一种魔力，能将那些晦涩难懂的底层机制，用非常生活化的比喻和图示展现出来。比如，它解释虚函数表（vtable）的运作原理时，没有堆砌一堆生硬的术语，而是构建了一个清晰的“目录索引”模型，让我瞬间领悟了多态的真正含义。读完相关的章节，我重新审视了之前项目中遇到的那些棘手的内存泄漏问题，一下子豁然开朗。这本书的案例代码编写得非常精炼，没有多余的“样板代码”，每一个函数、每一个结构体都有明确的目的性，这对于培养良好的编程习惯至关重要。

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这本编程书的封面设计着实吸引人，一种深邃的蓝色调，配上简洁有力的字体，让人一眼就能感受到它的专业气息。我本来对编程学习有点望而生畏，总觉得那些代码和逻辑会像迷宫一样让人晕头转向。但翻开这本书的扉页，那种厚重和扎实的质感，反而给了我一种踏实的感觉。它没有那种浮夸的“零基础速成”的口号，而是更像一位经验丰富的老前辈，默默地告诉你，学习编程需要的是耐心和正确的引导。我尤其欣赏它在开篇对编程思想的阐述，没有急于抛出复杂的语法，而是先搭建了一个清晰的框架，让我明白了“为什么要这么写”，而不是仅仅停留在“应该怎么写”的层面。这种由宏观到微观的过渡，极大地缓解了初学者的焦虑感。书中的排版清晰度也值得称赞，代码块与文字的留白处理得当，即便是密集的公式和示例，也不会让人感到视觉疲劳。

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我记得上次去书店翻阅编程类书籍时，很多新出的书都过于侧重于某个特定的框架或库，导致内容非常肤浅，缺乏对底层原理的挖掘。然而，这本《C++语言程序设计》显然走的是另一条路。它专注于语言本身，如同在打磨一把锋利无比的基础工具。我发现它在处理异常安全（Exception Safety）的讲解上特别细致，从基本承诺（Basic Guarantee）到强异常安全（Strong Guarantee），再到无异常安全（Nothrow Guarantee），每一个层级的要求和实现技巧都讲解得淋漓尽致，并配上了能清晰展示失败回滚逻辑的示例。读完这些内容，我对自己编写的代码的健壮性有了全新的认识。这本书真正做到了深入浅出，让你在掌握语法的同时，也能理解其背后的工程哲学，是一本值得放在案头，时常翻阅的经典之作。

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