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出版者:北京理工大學

作者:鬍建平

出品人:

頁數:371

译者:

出版時間:2006-8

價格:35.00元

裝幀:

isbn號碼:9787564008727

叢書系列:

圖書標籤:

• 計算機基礎
• 大學教材
• 高等教育
• 計算機科學
• 信息技術
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《數據結構與算法設計》 內容簡介 本書全麵係統地介紹瞭數據結構和算法的設計與分析。旨在為讀者提供紮實的理論基礎和強大的實踐能力，幫助理解和解決復雜計算問題。全書內容緊密結閤現代計算機科學的發展，兼顧經典理論與前沿應用。 第一部分：基礎與工具 第1章：算法分析與復雜度 本章是全書的基石，專注於如何科學地衡量和比較算法的效率。我們將深入探討時間復雜度和空間復雜度的概念，引入大O、Ω和Θ記號等漸進分析工具。內容涵蓋瞭對遞歸算法的精確分析方法，如主定理的應用，以及如何使用概率分析來評估平均情況下的性能。此外，還會討論算法的穩定性和可擴展性，為後續章節的算法設計提供分析框架。我們不僅僅停留在理論層麵，還將通過具體的實例展示如何利用復雜度分析來指導算法選擇和優化。 第2章：綫性結構：數組與鏈錶 本章詳細闡述瞭最基本也是最核心的兩種綫性數據組織方式——數組和鏈錶。數組部分，我們將討論靜態數組和動態數組（如可變長度數組）的內存布局、訪問效率與常見操作（插入、刪除）的局限性。重點分析瞭緩存局部性對數組性能的影響。在鏈錶部分，我們將區分單鏈錶、雙嚮鏈錶和循環鏈錶，深入分析它們在動態內存管理和高效插入/刪除操作方麵的優勢與挑戰。本章還將覆蓋抽象數據類型（ADT）的視角，展示如何使用鏈錶實現棧（Stack）和隊列（Queue）這兩種重要的綫性結構，並詳細分析其操作的$O(1)$時間復雜度保證。 第3章：棧、隊列與遞歸 本章專注於棧和隊列的深入應用。棧的應用將拓展至錶達式求值（中綴轉後綴/前綴）、括號匹配校驗等經典問題。隊列則會延伸至廣度優先搜索（BFS）的基礎框架。遞歸作為一種強大的編程範式，在本章得到強化訓練，通過分析漢諾塔問題、斐波那契數列的效率對比，闡明何時應使用迭代而非遞歸，以及如何進行尾遞歸優化。 第二部分：非綫性結構的高效組織 第4章：樹（Trees） 樹形結構是處理層次關係和分層數據的核心工具。本章從基礎的樹的術語（根、葉子、深度、高度）開始，逐步深入到二叉樹的遍曆算法（前序、中序、後序——遞歸與非遞歸實現）。重點章節將是二叉搜索樹（BST）。我們將詳細剖析BST的查找、插入和刪除操作，並分析其在極端情況下的性能退化問題（退化為鏈錶）。本章的難點和重點在於平衡樹的概念引入，為後續的AVL樹和紅黑樹做鋪墊。 第5章：平衡搜索樹：AVL樹與紅黑樹 為瞭確保搜索效率的對數級彆，本章集中講解兩種重要的自平衡二叉搜索樹：AVL樹和紅黑樹。對於AVL樹，我們將詳細推導和演示單鏇和雙鏇操作，確保樹的平衡因子始終保持在 $[-1, 1]$ 範圍內。紅黑樹部分，我們將側重於理解其五條嚴格的性質，以及在插入和刪除操作後，如何通過顔色翻轉和鏇轉操作來維護這些性質，保證最壞情況下的$O(log n)$性能。 第6章：堆（Heaps）與優先隊列 堆是一種特殊的完全二叉樹，是實現高效優先隊列的關鍵。本章首先介紹最大堆和最小堆的結構特性，並詳細講解如何利用數組高效地錶示堆結構。核心算法包括 `Heapify`（構建堆）和 `ExtractMax/Min`。我們將展示如何利用堆來實現優先隊列（Priority Queue）這一抽象數據類型，並分析其在調度係統和事件驅動模擬中的應用。 第7章：散列錶（Hash Tables） 散列錶提供瞭平均$O(1)$時間復雜度的查找、插入和刪除操作，是現代軟件工程中不可或缺的數據結構。本章深入探討散列函數的設計原則（如除法散列、乘法散列），以及如何處理哈希衝突。衝突解決策略是本章的重點，我們將詳盡對比鏈地址法（Separate Chaining）和開放尋址法（Linear Probing, Quadratic Probing, Double Hashing）。此外，還會討論負載因子、重哈希（Rehashing）機製，以及散列錶在數據庫索引和緩存係統中的實際效能錶現。 第三部分：高級結構與圖論算法 第8章：圖（Graphs）基礎與遍曆 圖論是建模復雜關係係統的核心工具。本章首先定義圖的基本概念（頂點、邊、權重、有嚮/無嚮、簡單圖/多重圖），並介紹鄰接矩陣和鄰接錶兩種主要的存儲錶示方法，分析各自的空間和時間復雜度權衡。接著，我們將詳細講解圖的兩種基本遍曆算法：深度優先搜索（DFS）及其在拓撲排序中的應用，以及廣度優先搜索（BFS）及其在查找最短路徑（無權圖）中的作用。 第9章：最短路徑算法 最短路徑問題是圖算法的經典難題。本章分為兩個主要部分： 1. 單源最短路徑： 深入剖析Dijkstra算法，討論其在處理非負權重邊時的效率，並分析其與優先隊列結閤後的優化。隨後，我們將介紹Bellman-Ford算法，重點分析其在檢測負權環方麵的能力。 2. 所有對最短路徑： 詳細講解Floyd-Warshall算法，分析其動態規劃思想及其$O(n^3)$的計算復雜度。 第10章：最小生成樹（Minimum Spanning Tree, MST） 本章聚焦於如何從連通加權圖中選取邊集，使得所有頂點連通且總權重最小的問題。我們將詳盡闡述兩種貪心算法：Prim算法和Kruskal算法。對於Prim算法，我們將分析其從單點擴展的策略；對於Kruskal算法，我們將重點介紹並查集（Disjoint Set Union, DSU）數據結構如何高效地維護邊的集閤，並分析DSU在路徑壓縮和按秩閤並優化下的近乎常數時間復雜度。 第11章：高級主題：堆棧排序與外部存儲結構 本章作為延伸，探討瞭更專業的算法和數據結構應用。內容包括：如何使用堆棧實現輸入受限的排序操作；深入探討B樹和B+樹的結構，重點分析它們在磁盤存儲係統（外部存儲）中為保持低I/O次數而采取的設計策略，這是數據庫索引係統的基石。最後，簡要介紹Trie（前綴樹）在字符串匹配和字典實現中的獨特優勢。 算法設計範式 貫穿全書的另一個重要視角是算法設計範式。我們將使用以下框架來分析和構建算法： 分治法（Divide and Conquer）： 如快速排序和歸並排序的實現與復雜度分析。 貪心算法（Greedy Algorithms）： 結閤MST實例，討論貪心選擇性質和最優子結構。 動態規劃（Dynamic Programming）： 深入講解背包問題、最長公共子序列等問題，強調備忘錄化和自底嚮上構建解集的思想。 迴溯法與分支限界法： 用於解決NP完全問題的搜索策略，如八皇後問題和旅行商問題（TSP）的近似求解。 本書的每一章都包含豐富的C++或Java代碼示例，並輔以大量的圖示和習題，確保讀者不僅能掌握理論，更能熟練地將數據結構和算法應用於實際的軟件開發場景中。

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我尤其欣賞這本書在網絡通信部分的處理方式。在如今這個萬物互聯的時代，理解網絡是如何工作的至關重要。這本書沒有僅僅停留在“上網”這個錶象，而是深入淺齣地講解瞭TCP/IP協議棧的各個層次，以及數據包在網絡中是如何傳輸的。作者通過生動的比喻，例如將網絡通信比作郵政係統，讓我更容易理解IP地址、端口號、域名解析等概念。我終於明白瞭，為什麼我們在瀏覽網頁時，輸入的是一個網址，而電腦能夠找到對應的服務器，並且將網頁內容傳輸迴來。書中對HTTP協議的講解，也讓我對網頁的加載過程有瞭更深刻的理解。此外，我還學到瞭一些關於網絡安全的基礎知識，比如防火牆的作用，以及如何保護自己的信息不被泄露。這些內容對於我們日常生活中的網絡使用，都具有非常重要的指導意義。

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這本書在數據結構和算法方麵的講解，是我最期待的，也是我之前覺得最難理解的部分。然而，這本書的作者用一種非常巧妙的方式，化繁為簡，將這些抽象的概念變得生動有趣。例如，在講解鏈錶時，作者用“一串珠子”來類比，每個珠子都裝著信息，並且有一個“綫”連著下一個珠子。而在講解樹結構時，則用“傢族族譜”來類比，層層遞進，清晰明瞭。我尤其喜歡它在講解各種排序算法時，不僅給齣瞭代碼實現，還配有詳細的步驟分解和性能分析。這讓我能夠直觀地看到不同算法之間的效率差異，並且理解它們各自的優缺點。通過學習這些內容，我發現算法並不僅僅是計算機科學的理論，更是解決實際問題的重要工具。我開始思考，如何運用這些知識來優化我將來可能會遇到的編程問題。

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總而言之，我對這本書的整體評價是相當高的。它不僅僅是一本“大學計算機基礎”的教材，更是一本能夠激發學習興趣、培養解決問題能力的優秀讀物。它係統地介紹瞭計算機的方方麵麵，從硬件到軟件，從原理到應用，內容豐富而深入淺齣。我在這本書中不僅學到瞭知識，更重要的是，我建立起瞭一個關於計算機世界的完整認知框架。我相信，這本書將成為我學習計算機道路上的重要裏程碑，為我未來的學習和發展打下堅實的基礎。我也會毫不猶豫地嚮我的同學們推薦這本書，因為我認為，掌握計算機基礎知識，是這個時代每個大學生都應該具備的能力。

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剛翻開第一頁，就被作者的引言深深吸引瞭。他用一種非常接地氣的方式，講述瞭學習計算機基礎的重要性，以及這本書的設計初衷。這不像一些教科書那樣枯燥乏粉，而是充滿瞭人文關懷和對讀者的理解。我尤其欣賞作者在開篇就強調的“能力培養”而非“死記硬背”，這讓我覺得這本書的編寫者是真的在為學生考慮，希望我們學到的不僅僅是知識點，更是解決問題的能力和獨立思考的習慣。我一直覺得，學習任何知識，如果不能轉化為一種能力，那麼它終究是紙上談兵。作者在引言中提到的“以終為始”的教學理念，也讓我眼前一亮。他不是讓我們從最基礎的二進製開始，而是先描繪瞭學習計算機能夠達到的目標，然後循序漸進地帶領我們去實現這些目標。這種方式，我認為會極大地激發學習者的興趣和動力。我還注意到，作者在描述一些概念時，會引用生活中的例子，這讓抽象的概念變得具體可感，更容易被我們理解和接受。我迫不及待地想深入閱讀下去，看看這本書到底是如何一步步將我從計算機小白變成一個有邏輯、有體係的計算機學習者的。

评分☆☆☆☆☆

讓我感到驚喜的是，這本書並沒有止步於理論知識的傳授，而是融入瞭許多實際的應用案例和項目實踐。作者在介紹完某個概念後，往往會提供一個小的編程示例，讓我們能夠親手去實踐，去驗證所學。這些示例代碼不僅完整，而且注釋詳細，非常適閤初學者模仿和學習。我還注意到，書中還提供瞭一些更具挑戰性的項目，例如“簡易計算器”、“圖書管理係統”等，並給齣瞭詳細的開發思路和步驟。我非常渴望能夠嘗試完成這些項目，因為我知道，隻有通過動手實踐，纔能真正地將知識內化，並且提升自己的編程能力。這些項目讓我看到瞭計算機基礎知識在實際應用中的價值，也激發瞭我進一步探索和學習的動力。

评分☆☆☆☆☆

我對這本書的章節安排感到非常滿意。它沒有一下子就拋齣大量晦澀難懂的概念，而是遵循瞭由淺入深、循序漸進的原則。從最基本的計算機組成原理，到操作係統，再到數據結構和算法，每一個部分都像是在為下一個部分打下堅實的基礎。我特彆喜歡它在介紹硬件時，並沒有過於深入地講解每一個芯片的製造工藝，而是側重於它們的功能和相互之間的聯係，這對於我們這些非電子工程專業的學生來說，是非常友好的。當讀到操作係統部分時，我終於明白瞭我平時在電腦上進行的多任務處理是如何實現的，比如如何打開多個程序，如何切換它們，以及它們之間是如何協調工作的。作者對內存管理、進程調度等概念的解釋，清晰易懂，而且還穿插瞭一些簡單的圖示，讓我能夠更直觀地理解這些復雜的運作機製。我還發現，書中在講解每個概念後，都會附帶一些思考題或者小練習，這讓我能夠及時鞏固所學，檢驗自己是否真正理解瞭。這種互動式的學習方式，比單純地閱讀更加高效。

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我非常喜歡這本書的語言風格，它既保持瞭科學的嚴謹性，又充滿瞭通俗易懂的親和力。作者並沒有使用過多生僻的專業術語，或者即使使用瞭，也會在第一時間給齣清晰的解釋。他善於運用類比和比喻，將復雜的計算機原理形象化，讓讀者能夠輕鬆地理解。我特彆欣賞他在講解一些比較抽象的概念時，會插入一些小故事或者曆史軼事，這不僅讓閱讀過程更加有趣，也能幫助我們更好地記住這些知識點。例如，在介紹計算機曆史時，他生動地描繪瞭ENIAC等早期計算機的龐大身軀和有限功能，與如今的微型計算機形成鮮明對比，讓我對計算機技術的發展曆程有瞭更直觀的認識。這種寓教於樂的方式，極大地提升瞭我的閱讀體驗。

评分☆☆☆☆☆

這本書在軟件應用方麵的介紹，也讓我眼前一亮。它並沒有停留在教你如何使用某個具體的軟件，而是更側重於講解軟件背後的原理，以及軟件開發的基本流程。例如，在講解編程語言時，它並沒有直接教你語法，而是先讓你瞭解什麼是編程，編程的意義是什麼，以及不同編程語言的特點和適用場景。我非常喜歡它在介紹開發流程時，將需求分析、設計、編碼、測試、維護等環節都進行瞭詳細的闡述，這讓我對軟件的整個生命周期有瞭一個更清晰的認識。我還注意到，書中提到瞭一些常用的開發工具和技術，比如集成開發環境（IDE）、版本控製係統（如Git）等等，這些都是我之前聞所未聞的，但作者的介紹讓我覺得它們非常重要，而且並不像我想象中的那麼難以掌握。我覺得，這本書不僅能幫助我理解計算機的基礎知識，還能為我將來接觸軟件開發打下初步的基礎，讓我知道從何入手。

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這本書的封麵設計倒是挺吸引人的，一股濃濃的學術風撲麵而來，那種嚴謹中帶著一絲親切的感覺，讓人一看就知道這是一本實打實的“乾貨”。拿到手裏，沉甸甸的，這讓我對它的內容充滿瞭期待。我之前對計算機的瞭解，大概停留在會上網、會打字、會用Office辦公軟件的層麵，對於計算機究竟是如何運作的，底層邏輯是什麼，以及更深層次的編程、網絡原理等等，都像是在雲裏霧裏。我一直渴望能夠係統地學習一下，擺脫那種“知其然不知其所以然”的狀態，所以當我看到這本書的書名時，覺得這就是我一直在尋找的。封麵上“大學計算機基礎”這幾個字，也讓我覺得非常貼切，它傳達瞭一種全麵、係統、適閤入門的信號，這正是初學者所需要的。我想，這本書應該能為我打開一扇新的大門，讓我不再僅僅是計算機的使用者，更能理解計算機的語言，甚至能夠駕馭它，去創造一些屬於自己的東西。我希望它能涵蓋計算機的方方麵麵，從硬件到軟件，從基礎的概念到應用的前沿，讓我在短時間內能夠對計算機世界有一個宏觀而深入的認識。畢竟，在這個信息時代，計算機已經滲透到我們生活的方方麵麵，不懂計算機，就像是生活在一個黑箱裏，而這本書，我希望它能成為我的“開箱鑰匙”。

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這本書的排版設計也相當齣色。頁麵布局清晰，字體大小適中，閱讀起來非常舒適。重點內容會用粗體或斜體標齣，章節標題和副標題的設置也很有條理，讓我能夠快速地找到自己需要的信息。書中大量的圖錶和示意圖，更是起到瞭畫龍點睛的作用，它們將抽象的概念可視化，大大降低瞭理解的難度。我尤其喜歡它在講解數據結構時，使用瞭很多漂亮的動態圖示，讓我能夠直觀地看到數據在不同結構中的排列和變化。此外，書中的索引和目錄也做得非常詳細，方便我進行查閱和迴顧。總的來說，這本書的整體設計，都體現瞭作者和齣版社對讀者的用心，這讓我能夠更專注於學習內容本身，而不被閱讀體驗所乾擾。

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