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页数:318

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出版时间:2010-2

价格:32.00元

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isbn号码:9787301169025

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图书标签:

• C语言
• 程序设计
• 编程入门
• 计算机科学
• 教材
• 算法
• 数据结构
• 基础教程
• 经典教材
• 理工科

《数字时代的数据结构与算法实践》 内容概要： 本书旨在为读者提供一个全面且深入的视角，探讨在当今快速发展的数字技术背景下，数据结构与算法的核心概念、设计哲学及其在实际工程中的应用。不同于传统侧重于基础理论的教材，《数字时代的数据结构与算法实践》将重点放在如何利用高效的计算思维解决现实世界中遇到的复杂问题，特别是在处理海量数据、优化系统性能以及构建智能应用方面。 全书结构清晰，由浅入深，共分为七个主要部分，涵盖了从基础理论到前沿技术实践的广阔领域。 --- 第一部分：计算思维的基石与复杂度分析 本部分将为读者打下坚实的理论基础，强调理解问题的本质和评估解决方案效率的重要性。 1.1 问题的抽象与模型构建： 探讨如何将现实世界中的复杂场景（如社交网络连接、资源调度、信息检索）抽象为可计算的模型。我们将详细讨论图论、集合论在问题建模中的关键作用。 1.2 算法效率的量化评估： 深入讲解时间复杂度和空间复杂度的概念，不仅仅停留在$O(n)$的符号表示，而是侧重于渐近分析背后的实际意义，包括常数因子、缓存命中率以及在不同硬件架构下的表现差异。重点分析了最好、最坏和平均情况下的复杂度分析方法，并引入了概率分析在随机算法评估中的应用。 1.3 现代计算环境的考量： 讨论现代CPU架构（如流水线、多核并行）对算法性能的影响。介绍如何利用并行性来改进算法的实际运行时间，而不是仅仅依赖于渐近复杂度的提升。 --- 第二部分：基础数据结构的精炼与优化 本部分聚焦于那些看似基础却在所有高级应用中不可或缺的核心数据结构，并探讨如何针对特定场景对其进行深度优化。 2.1 线性结构的深入探索： 栈、队列的传统应用回顾，着重于循环队列、双端队列（Deque）在缓冲区管理和任务调度中的高效实现。讨论动态数组（如`ArrayList`的底层实现）的扩容策略及其对性能的影响。 2.2 树结构的重构与平衡： 详细剖析二叉搜索树（BST）的各种变体，特别是平衡树，如AVL树和红黑树的插入、删除和旋转操作的细微差别。引入B树和B+树，强调它们在磁盘I/O受限的大型数据库系统中的核心地位，分析其高度与查找效率的关系。 2.3 散列表（Hash Table）的极限性能： 不仅仅介绍拉链法和开放寻址法，更侧重于解决散列冲突的高级技术，如Cuckoo Hashing（布谷鸟哈希）和Robin Hood Hashing。讨论如何设计高性能的散列函数，特别是在处理字符串和自定义对象时，以及面对抗性攻击时的防御策略。 --- 第三部分：高级搜索与排序的工程化 本部分将排序和搜索算法从课堂理论提升到生产环境的实际应用层面，讨论在不同约束条件下如何选择最佳方案。 3.1 比较排序的边界： 深入探讨快速排序（Quicksort）的Pivot选择策略（如中位数的中位数算法），以及归并排序（Mergesort）在外部排序中的应用。分析在内存受限情况下，如何利用磁盘进行高效排序。 3.2 非比较排序的特定场景： 重点介绍计数排序、基数排序（Radix Sort）在处理整数和固定长度数据时的线性时间优势，并讨论其适用范围和内存开销。 3.3 搜索算法的现代化： 除了基础的二分查找，本书将介绍迭代加深深度优先搜索（IDDFS）在内存受限的AI搜索问题中的应用。对于图结构，详细讲解A搜索算法，包括启发式函数的构建与评估，以实现最优路径的高效发现。 --- 第四部分：图算法的深度挖掘与网络分析 图结构是建模复杂关系（如社交网络、地图、网络拓扑）的基石。本部分着重于解决与图相关的核心问题。 4.1 连通性与遍历： 扎实讲解广度优先搜索（BFS）和深度优先搜索（DFS），并展示它们在求解最短路径（无权图）和检测环路中的应用。 4.2 最短路径的挑战： 全面分析Dijkstra算法、Bellman-Ford算法（处理负权边），以及Floyd-Warshall算法（全源最短路径）。重点讨论SPFA算法的优化与潜在陷阱。 4.3 最小生成树与网络流： 深入剖析Prim和Kruskal算法在构造最小成本连接网络中的应用。随后，引入网络流理论，详述Ford-Fulkerson方法及其基于最大流最小割定理的实际意义，例如在资源分配和二分图匹配问题中的应用。 --- 第五部分：动态规划与贪婪算法的决策艺术 本部分探讨如何通过结构化的决策过程来解决最优化问题。 5.1 动态规划（DP）的精髓： 强调状态转移方程的构建，讲解记忆化搜索与自底向上（Bottom-Up）DP的实现差异。案例涵盖背包问题、最长公共子序列、矩阵链乘法等经典问题，并探讨区间DP和树形DP的建模技巧。 5.2 贪婪算法的有效性证明： 解释贪婪选择性质和最优子结构如何保证贪婪策略的正确性。通过活动安排问题、霍夫曼编码等例子，教授读者识别何时可以使用更简单的贪婪方法替代复杂的DP。 --- 第六部分：面向大数据与并发的结构 在现代系统中，数据量和并发性对数据结构提出了新的要求。 6.1 内存管理与缓存友好的结构： 详细介绍如何设计缓存感知（Cache-Aware）的数据结构，例如使用数组替代指针密集型结构来提高CPU缓存的利用率。讨论分块结构（如Skip List）在平衡查找性能和内存局部性方面的优势。 6.2 并发数据结构的挑战： 探讨并发环境下的锁、无锁（Lock-Free）数据结构的设计。重点分析并发散列表和队列在多线程环境中的实现机制，以及如何利用原子操作（CAS）来保证数据一致性，同时最小化锁竞争。 6.3 外部存储与近似算法： 讨论如何处理无法完全载入内存的数据集，如使用Trie树进行高效的字符串前缀匹配。引入Bloom Filter（布隆过滤器）和HyperLogLog等概率数据结构，用于高效的大规模去重和基数估计，权衡空间节省与可接受的误差率。 --- 第七部分：高级主题与未来趋势 本部分将视角转向算法与新兴技术的交叉点。 7.1 字符串匹配与文本处理： 深入解析KMP算法、Rabin-Karp算法的原理及其在文本搜索中的效率。介绍后缀树和后缀数组在基因测序和大规模文本索引中的强大能力。 7.2 几何算法基础： 介绍计算几何中的基础概念，如凸包的Graham扫描法和Jarvis步进法。 7.3 机器学习中的数据结构角色： 探讨决策树（基于二叉树结构）、K-d Tree在最近邻搜索（KNN）中的应用，以及如何使用张量（高维数组）来表示和操作机器学习模型中的数据。 --- 本书特色： 本书的每一章都包含大量的代码实现示例（使用现代面向对象语言）和工程案例分析。我们不只关注“是什么”，更强调“为什么”和“如何做”。读者在完成本书学习后，将不仅掌握经典的数据结构与算法知识，更能形成一套严谨的、能够应对高并发、大数据量挑战的现代计算问题解决框架。本书适合有一定编程基础，并希望将理论知识转化为高性能工程实践的软件工程师、系统架构师和计算机科学专业的学生深入研读。

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这本书的封面设计简直是点睛之笔，那种深沉的蓝与跳跃的黄形成的对比，立刻就抓住了我的眼球。翻开书页，首先映入眼帘的是清晰的字体和合理的排版，阅读起来非常舒适，长时间盯着屏幕或者纸张带来的疲劳感明显减轻了不少。章节之间的过渡自然流畅，即便是初学者也能很快跟上作者的思路。我特别喜欢它在讲解基础概念时所采用的类比方式，比如把指针比作房子的地址，把内存分配比作图书馆的书架管理，这些生动的比喻让抽象的底层逻辑一下子变得具象化了。更值得称赞的是，书中的插图和流程图制作得极其精良，它们不仅仅是装饰，更是对复杂算法和数据结构的可视化解释，让我这个偏爱图形化学习的人受益匪浅。这本书的理论深度把握得恰到好处，既没有陷入过度学术化而让人望而却步，也没有流于肤浅而失去技术书籍应有的严谨性。整体来看，从物理感受到的愉悦到精神层面的吸收，这是一次非常愉快的阅读体验，让人愿意一页一页地往下翻，去探索更多未知的知识领域。

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这本书在处理那些被公认为“难啃”的部分时，展现出了令人信服的清晰度。例如，对于指针运算和函数指针的讲解，我过去总是在理解上绕来绕去。但这里的阐述逻辑性极强，作者巧妙地使用了不同维度的数组来辅助理解多级指针的含义，并通过大量的内存快照图示，清晰地展示了地址的变化过程。我感觉作者似乎能读懂初学者在哪个环节会感到困惑，并在那个环节布置了额外的解释和验证步骤。这种“预判式教学”的设计，极大地降低了学习曲线的陡峭程度。此外，书中对标准库函数的使用规范和陷阱也有深入的剖析，例如 `scanf` 和 `gets` 函数在处理输入时的不同风险，这些细节往往是其他入门书籍所忽略的，但它们却是决定程序稳定性的关键。这本书的深度和广度，让我确信它能陪伴我度过从初级到中级程序员的过渡阶段。

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这本书的文字风格非常平实、克制，但字里行间透露出对技术的热爱和对读者学习过程的深刻关怀。它没有使用那些浮夸的、自我标榜的辞藻来吸引眼球，而是专注于用最精确、最简洁的语言来描述复杂的逻辑。阅读过程中，我很少需要停下来查阅外部资料来理解书中的某个术语，因为作者在引入新概念时，总是会先给出一个简短却准确的定义，然后才开始深入探讨其原理。它不仅仅是一本技术手册，更像是一份精心打磨的学习路线图。尤其在涉及到预处理指令和宏定义的那一章，作者不仅教会了我们如何使用它们，更警示了滥用宏可能带来的副作用，培养了我们对语言特性的敬畏之心。我非常欣赏这种严谨又不失温度的教学态度，它让我觉得学习编程是一件可以脚踏实地、稳步前进的美好旅程，而不是一场令人焦虑的追逐战。

评分☆☆☆☆☆

我之前尝试过好几本号称“零基础入门”的编程书籍，结果大多是虎头蛇尾，要么是前几章讲得不错，到了指针和内存管理就开始含糊其辞，要么就是堆砌大量的语法点，却缺乏实际应用的指导。然而，这本教材的结构设计体现了极高的教学智慧。它不是简单地罗列“是什么”，而是深入地探讨“为什么”和“怎么做”。比如，它花了整整一个章节来讲解编译和链接的过程，这对于理解代码是如何从文本变成可执行文件的至关重要，很多“黑盒”现象都在这里得到了清晰的剖析。我尤其欣赏作者在每个知识点后面都附带了精心设计的“动手实践”环节，这些练习题的难度递进设计得非常科学，从简单的变量操作到复杂的结构体嵌套操作，每完成一小步，都会带来巨大的成就感，有效避免了“只看不练”的无效学习。这本书真的做到了将理论与实践紧密结合，让我感觉自己不是在被动接收信息，而是在主动构建自己的编程思维体系。

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说实话，我对技术书籍的“案例库”一直抱有怀疑态度，很多书中的示例代码都显得陈旧或者脱离实际场景。但这本著作在这方面给我带来了惊喜。它提供的案例都是基于现代编程环境的，而且案例的选择非常贴合工业界常见的需求，比如简单的文件I/O操作、基础的命令行工具构建，甚至还涉及了一些面向对象思维的初步引入。当我按照书中的步骤去敲打和调试那些示例代码时，我发现它们不仅能够顺利运行，而且代码风格非常规范、注释清晰。作者在讲解每一个复杂概念时，都会先给出一个清晰的上下文，比如“在处理用户输入时，如果不对数据类型进行严格校验，可能会导致缓冲区溢出”，这种从安全和健壮性角度出发的讲解方式，极大地提升了我的编程警惕性和职业素养。阅读这本书，就像是跟着一位经验丰富的老工程师在身边手把手地指导，学到的不仅是语法，更是解决问题的正确态度。

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