信息学基础(上)/中学信息技术<计算机>学科教材 (平装)

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出版者:浙江大学出版社
作者:本书编写组编
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页数:0
译者:
出版时间:
价格:19.5
装帧:平装
isbn号码:9787308020510
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具体描述

图书简介:数据结构与算法精讲 作者: 张文涛 出版社: 电子工业出版社 装帧: 平装 页数: 约 580 页 出版日期: 2023 年 10 月 --- 内容提要 本书旨在为计算机科学、软件工程及相关专业的学生和从业人员提供一套全面、深入且极其实用的数据结构与算法学习指南。我们聚焦于现代计算思维的核心基石,通过严谨的理论阐述、丰富的实例分析和大量的代码实践,帮助读者建立起高效解决复杂问题的能力。 本书内容覆盖了经典数据结构(如数组、链表、栈、队列、树、图、堆、哈希表)的底层原理、实现细节以及在实际应用中的优化策略。更重要的是,本书将大量的篇幅投入到对核心算法思想的剖析上,包括但不限于排序(快速排序、归并排序、堆排序等)、搜索(深度优先、广度优先)、图论算法(最短路径、最小生成树)以及高级算法设计范式(分治法、动态规划、贪心算法)。 本书的特色在于其“理论与实践紧密结合”的编排方式。每种数据结构或算法的介绍,都伴随着清晰的复杂度分析(时间复杂度和空间复杂度),并辅以高质量的伪代码和标准编程语言(主要以 C++ 和 Python 为例)的实现代码。我们不仅展示“如何实现”,更深入探讨“为何如此实现”以及“在何种场景下最优”。 目标读者 计算机科学与技术、软件工程等相关专业的本科生和研究生: 作为教材或重要的参考资料,为后续学习操作系统、数据库、编译原理、人工智能等高级课程打下坚实基础。 初级和中级软件开发工程师: 希望系统性回顾和巩固基础,提升代码质量和解决性能瓶颈的能力。 准备技术面试的求职者: 提供了大量面试高频考点(如 LeetCode 难题的思路解析),是高效备战算法笔试和面试的利器。 对底层计算原理感兴趣的自学者: 结构清晰,循序渐进,适合独立学习并建立坚实的计算思维框架。 章节结构与核心内容详述 本书共分为七大部分,逻辑清晰地引导读者从基础概念迈向复杂算法设计。 第一部分:基础回顾与性能度量 本部分首先回顾了必要的数学基础,重点介绍大 O 记法、Θ 记法、Ω 记法等渐近分析工具,这是后续所有算法分析的基础。详细阐述了时间复杂度和空间复杂度的计算方法,并通过具体实例对比线性、对数、多项式和指数增长的性能差异。 第二部分:线性结构精通 深入剖析了最基本也是应用最广泛的线性数据结构: 1. 数组与动态数组: 内存连续性的优势与局限。 2. 链表(单向、双向、循环): 插入和删除操作的优势,以及随机访问的劣势。特别讨论了内存碎片化对链表性能的影响。 3. 栈(Stack): 基于数组和链表的实现,重点讲解其在表达式求值(中缀转后缀)、函数调用栈(递归/非递归实现)中的应用。 4. 队列(Queue): 标准队列、循环队列的实现,以及双端队列(Deque)在滑动窗口最大值问题中的应用。 第三部分:非线性结构:树与堆 这是理解层次化数据组织的关键部分。 1. 树(Tree): 详细介绍二叉树、满二叉树、完全二叉树的概念。重点解析二叉搜索树 (BST) 的结构与基本操作(插入、删除、查找)。 2. 平衡树原理: 引入AVL 树和红黑树的基本思想,解释它们如何通过旋转操作保证 $O(log n)$ 的最坏情况时间复杂度。对红黑树的五条性质和维护机制进行详尽的图示说明。 3. 堆(Heap): 介绍最大堆和最小堆的结构,堆化(Heapify)过程的实现。重点讲解堆排序的稳定性分析,以及优先队列(Priority Queue)在事件模拟和图算法中的核心作用。 4. B 树与 B+ 树: 简要介绍它们在数据库和文件系统中的重要性,强调多路查找的优势。 第四部分:高级查找与映射结构 本部分关注如何实现高效的数据查找和关联存储。 1. 散列表(哈希表): 深入探讨哈希函数的构造方法(如乘法法、除法法),以及如何解决冲突(开放寻址法与链地址法)。分析不同装载因子下的平均查找性能。 2. 树型查找结构优化: 详细介绍 Trie 树(前缀树)在字符串搜索和自动补全中的高效应用,并对比其与哈希表的优劣。 第五部分:图论基础与应用 图结构是建模复杂关系网络的基础。 1. 图的表示: 邻接矩阵与邻接表的对比及其适用场景。 2. 图的遍历: 深度优先搜索 (DFS) 和广度优先搜索 (BFS) 的实现,以及它们在连通性判断、拓扑排序中的应用。 3. 最短路径算法: 详述 Dijkstra 算法(处理非负权边)和 Bellman-Ford 算法(处理负权边和负权环检测)。 4. 最小生成树: 详细讲解 Prim 算法和 Kruskal 算法的贪心策略与实现过程,并分析其时间复杂度。 第六部分:算法设计范式精要 本书的核心价值之一在于系统地传授高级算法设计思想。 1. 递归与分治法: 深入分析归并排序和快速排序的递归结构,理解分治法的通用性。 2. 贪心算法: 阐述贪心选择性质和最优子结构,通过活动安排、最小零钱找零等经典问题展示其应用边界。 3. 动态规划 (DP): 这是最需要深入理解的部分。通过背包问题(0/1 和完全背包)、最长公共子序列、矩阵链乘法等经典案例,系统讲解状态定义、状态转移方程的构建,以及如何区分 DP 与纯粹的递归/分治。 第七部分:高级主题与性能优化(选读) 本部分简要介绍前沿或特定领域的高级结构,供有志于深入研究的读者参考: 1. 并查集(Disjoint Set Union): 路径压缩和按秩合并的优化技术,及其在 Kruskal 算法和连通分量问题中的高效应用。 2. 复杂度理论初步: 简要介绍 P、NP、NPC 问题的概念,帮助读者理解计算的边界。 实践导向与代码质量 本书代码示例均经过严格测试,力求简洁、高效、易于理解。我们不仅提供了算法实现,更关注算法分析: 空间换时间的权衡:例如,使用哈希表换取平均 $O(1)$ 查找时间。 在线/离线处理的考量:根据数据是否预先可知来选择合适的算法结构。 常数因子的影响:强调虽然大 O 记法决定了增长趋势,但在实际工程中,常数因子优化也至关重要。 通过阅读本书,读者将能够熟练运用结构化思维,将现实问题抽象为标准的数据结构模型,并选择或设计出具有最优性能的算法解决方案,这对于构建任何大规模、高性能的软件系统都是不可或缺的技能。

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这本《信息学基础(上)/中学信息技术<计算机>学科教材》的封面设计得非常朴实,蓝白相间的色调让人感觉既专业又稳重,很符合教材的定位。我拿到书的时候,首先翻阅了一下目录,感觉编排的逻辑性很强,从最基础的计算机硬件结构,到软件系统的概念,再到信息与数据的处理,层层递进,非常适合初次接触信息技术的中学生。书中的插图和图示都非常清晰,尤其是一些关于二进制和数据存储的解释,用生动的例子和对比图来呈现,使得原本抽象的概念变得直观易懂。比如,书中对于“位”和“字节”的讲解,没有直接堆砌定义,而是通过生活中的例子来类比,让我这个非专业出身的成年人都能很快领会其精髓。文字部分的处理也显得非常用心,语言平实又不失严谨,没有过多使用晦涩难懂的术语,即便是自学,也不会感到吃力。尤其欣赏它在基础知识点讲解后的“拓展阅读”和“小测验”,这些小设计有效地巩固了所学内容,并引导读者主动思考,为后续更深入的学习打下了坚实的基础。整体来看,这是一本非常扎实、注重基础和逻辑构建的入门教材。

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我是在准备给孩子找一套真正能打好计算机基础的读物时,偶然发现了这本《信息学基础(上)》。坦率地说,市面上很多信息技术教材要么过于侧重软件操作的“即时技能”,要么就是把理论讲得过于枯燥和高深,真正能静下心来系统讲解“为什么”的书籍不多。然而,这本书却在这两者之间找到了一个绝佳的平衡点。我尤其注意到它对“算法”和“程序设计思维”的早期引入,虽然是“上册”,但已经开始培养读者结构化思考的能力,而不是简单地停留在“如何使用某个软件”的层面。书中的排版设计很有现代感,大段的文字被有效地切割成了易于阅读的小块,关键术语都用粗体或不同的颜色做了强调,阅读体验相当流畅。我翻阅了关于“信息安全”的那一章,讲解得非常到位,不仅介绍了常见的威胁,更重要的是引导学生树立正确的网络素养和自我保护意识,这在当今时代显得尤为重要。它不只是教你如何操作计算机,更是在塑造一个具备信息素养的现代公民,这一点让我对这套教材肃然起敬。

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对于一个渴求系统性知识体系的读者来说,这本教材的结构安排简直是一份惊喜。它不像某些速成的学习资料,只罗列零散的知识点,而是构建了一个清晰的知识金字塔。从最底层的物理层面(硬件组成),向上搭建到逻辑层面(操作系统原理的初探),再到应用层面(数据处理的基本逻辑)。每一章节之间的衔接都非常自然,像是精心铺设的阶梯,你每向上走一步,都能清晰地看到前一步的知识是如何支撑起当前理解的。我特别喜欢它对历史脉络的穿插介绍,比如谈到冯·诺依曼结构时,会简要提及它诞生的背景和意义,这使得知识不再是冰冷的规则,而是人类智慧演进的结果。这种宏观的视角,对于激发读者的求知欲和理解力的深度非常有帮助。虽然是中学教材,但其对概念的阐述深度和广度,即便是非教学用途的成人读者,也能从中汲取到许多系统性的认知框架,让人有一种“茅塞顿开”的感觉。

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这本书的语言风格,我用一个词来形容就是“循序渐进,毫不拖泥带水”。它非常注重效率和准确性,没有过多的空泛的赞美或不必要的抒情,每一个句子似乎都在为传递核心信息服务。对于像“布尔代数”这样需要精确定义的知识点,作者的处理方式极为严谨,通过清晰的真值表和逻辑运算的示例,确保读者对这些基础逻辑的理解无懈可击。同时,书中还巧妙地穿插了一些“历史小故事”或“应用场景速览”,这些内容恰到好处地缓解了技术讲解可能带来的枯燥感,就像在一段严谨的乐章中加入了一段轻快的变奏。最让我感到踏实的是,它似乎非常重视对“批判性思维”的培养,例如在介绍不同数据存储媒介的优缺点时,它引导读者思考在不同情境下应如何权衡和选择,而不是简单地接受“哪个更好”的结论。这种引导读者自己去判断、去选择的方式,是优秀教材的标志。

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这本《信息学基础(上)》给我的感觉,是作者真正站在了信息时代初学者的角度来打磨内容。它仿佛一位经验丰富的导师,知道初学者最容易在哪里卡壳,最需要什么样的辅助工具。在解释复杂概念时,它提供的比喻和类比简直是神来之笔,既贴近生活,又精准到位,成功地跨越了技术门槛。例如,它对“指令集”的解释,就非常巧妙地用到了日常生活中不同语言的“命令”来进行类比,一下子就让“机器语言”的执行逻辑变得可感知。我特别注意到,教材中对于“编程思想”的铺陈,没有急于求成地展示代码,而是先从“分解问题”和“流程化思维”入手,这才是信息学真正的核心。书本的装帧质量也很好,纸张适中,字迹清晰,即便长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。总的来说,这是一本内容厚重却阅读体验轻松,注重底层逻辑构建而非浮华表面的杰出教材,非常值得推荐给所有希望系统学习计算机基础的人。

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