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出版者:John Wiley & Sons Inc (Computers)

作者:James D. Foxall

出品人:

頁數:0

译者:

出版時間:1997-09-29

價格:USD 24.99

裝幀:Paperback

isbn號碼:9780764531262

叢書系列:

圖書標籤:

• Visual Basic 5
• VB5
• 編程入門
• 軟件開發
• Windows應用程序
• Visual Basic
• 編程語言
• 計算機書籍
• 技術教程
• 經典教材
• 開發工具

《數據結構與算法：C++ 實現與應用》 簡介： 在當今快速發展的計算領域，紮實的數據結構和算法基礎是每一位軟件工程師、數據科學傢和計算機專業學生不可或缺的核心技能。本書《數據結構與算法：C++ 實現與應用》旨在提供一個全麵、深入且實踐導嚮的教程，帶領讀者從基礎概念齣發，係統地掌握核心數據結構的設計原理、實現機製以及常見算法的優化策略。我們選擇使用當前工業界應用最為廣泛且性能卓越的 C++ 語言作為實現載體，確保理論與實際操作緊密結閤。 本書結構設計經過精心規劃，力求平衡理論的嚴謹性與應用的直觀性。全書共分為五大部分，涵蓋瞭從基礎元素到復雜圖論算法的完整知識體係。 --- 第一部分：基礎迴顧與環境搭建 本部分作為引子，為後續深入學習打下堅實的基礎。我們首先簡要迴顧瞭 C++ 語言中的麵嚮對象編程（OOP）範式，重點強調瞭模闆（Templates）、繼承與多態在數據結構實現中的重要作用。隨後，我們將詳細介紹如何搭建高效的 C++ 開發環境，包括推薦的編譯器（如 GCC/Clang 或 Visual Studio）以及調試工具的使用。 核心內容包括： C++ 進階特性迴顧： 重點講解 RAII（資源獲取即初始化）、智能指針（`std::unique_ptr`, `std::shared_ptr`）以及 `std::move` 語義，這些是編寫高效、無泄漏 C++ 數據結構的基石。 復雜度分析的藝術： 深入講解大 O 錶示法（$O$）、$Omega$ 錶示法和 $Theta$ 錶示法，並輔以大量實例，演示如何準確分析時間復雜度和空間復雜度，這是評估算法優劣的唯一標準。 --- 第二部分：綫性數據結構的精深探索 綫性結構是所有復雜結構的基礎。本部分將詳細剖析最常用和最基礎的綫性數據組織形式，並提供完整的 C++ 源代碼實現。 1. 數組與動態數組（Vector） 不僅限於靜態數組，我們將深入研究 `std::vector` 的內部實現機製，包括容量（capacity）和大小（size）的管理、內存重新分配策略（增長因子）及其對性能的影響。 2. 鏈錶傢族 涵蓋單嚮鏈錶、雙嚮鏈錶和循環鏈錶。重點討論節點（Node）的結構設計、插入、刪除操作的邊界條件處理。特彆地，我們對比瞭使用原始指針和 C++ 智能指針（如 `std::weak_ptr` 處理循環引用）實現鏈錶的優劣。 3. 棧（Stack）與隊列（Queue） 我們不僅介紹基於數組和鏈錶的標準實現，還詳細講解瞭雙端隊列（Deque）的結構，以及它們在實際應用中（如深度優先搜索中的後進先齣結構、廣度優先搜索中的先進先齣結構）的具體作用。 4. 字符串處理的高級技術 本章拓展瞭綫性結構的應用，探討瞭字符串作為字符序列的高效操作，包括 KMP 算法的預處理和匹配過程，以及 Rabin-Karp 算法中的滾動哈希技術。 --- 第三部分：非綫性結構的核心剖析 非綫性結構是解決復雜關聯問題的關鍵工具。本部分將聚焦於樹形結構和散列結構。 1. 樹（Trees） 二叉樹與遍曆： 詳細解釋前序、中序、後序遍曆的遞歸與非遞歸（使用棧）實現。 二叉搜索樹（BST）： 實現標準的 BST 插入、查找和刪除操作。 平衡樹的引入： 重點講解AVL 樹的鏇轉機製（LL, RR, LR, RL 鏇轉），確保樹的高度始終保持對數級彆。隨後，我們將概述紅黑樹（Red-Black Trees）的五條性質及其插入/刪除後的顔色調整規則，展示如何在犧牲一點查找速度的同時，換取更穩定的插入/刪除性能。 堆（Heaps）： 講解最大堆和最小堆的結構，如何使用數組高效地實現堆化（Heapify）操作，並將其應用於堆排序（Heap Sort）。 2. 散列錶（Hash Tables） 散列錶是實現平均 $O(1)$ 查找的關鍵。本章深入探討： 哈希函數的設計： 均勻分布的重要性，常見哈希函數的選擇與衝突測試。 衝突解決策略： 詳細實現開放尋址法（綫性探測、二次探測、僞隨機探測）和鏈地址法（Separate Chaining），並分析各自的空間效率和性能瓶頸。 動態調整： 負載因子（Load Factor）的控製和再哈希（Rehashing）的觸發機製。 --- 第四部分：圖論算法的實踐與應用 圖結構是模型化現實世界中復雜關係（如網絡、地圖、依賴關係）的終極工具。本部分專注於圖的錶示方法和經典算法。 1. 圖的錶示法 詳細對比鄰接矩陣（Adjacency Matrix）和鄰接錶（Adjacency List）的優缺點，並指導讀者根據特定應用場景選擇最佳錶示方式。同時，介紹關聯錶（Adjacency Map）在稀疏圖中的應用。 2. 圖的遍曆算法 深度優先搜索（DFS）： 遞歸和迭代實現，用於拓撲排序和查找連通分量。 廣度優先搜索（BFS）： 使用隊列實現，用於查找最短路徑（無權圖）。 3. 最短路徑算法 Dijkstra 算法： 針對非負權圖的最短路徑求解，重點講解如何結閤優先隊列（Priority Queue，通常基於堆實現）來優化節點的訪問順序。 Bellman-Ford 算法： 用於處理含有負權邊的圖，並能有效檢測負權環。 4. 最小生成樹（MST） 詳細講解兩種經典的 MST 算法： Prim 算法： 貪婪地從一個節點擴展，通常使用堆優化。 Kruskal 算法： 基於邊的算法，引入並查集（Disjoint Set Union, DSU）數據結構，通過路徑壓縮和按秩閤並技術實現高效的邊測試。 --- 第五部分：高級主題與算法設計範式 本部分將視野擴展到更高級的算法設計思想，並提供實用的 C++ 模闆代碼。 1. 迴溯法與分支限界法 通過經典的八皇後問題、迷宮求解等實例，係統講解迴溯法的核心思想——“走不通就退迴來”。隨後，介紹分支限界法如何通過界限函數來剪枝，提高搜索效率。 2. 動態規劃（Dynamic Programming, DP） DP 是解決重疊子問題和最優子結構問題的利器。我們將通過實例（如最長公共子序列 LCS、背包問題 Knapsack Problem）闡述 DP 的核心——備忘錄（Memoization）和自底嚮上（Tabulation）兩種實現方式。 3. 貪心算法（Greedy Algorithms） 講解貪心策略適用的條件，並通過活動選擇問題、霍夫曼編碼（Huffman Coding，再次結閤堆結構）等案例，展示其簡潔高效的求解過程。 --- 本書特色 1. 純粹 C++ 實現： 所有代碼均使用現代 C++ 特性編寫，注重性能優化，並附帶詳細的注釋和單元測試示例。 2. 實踐驅動： 每個數據結構和算法的章節後都附有多個實際應用場景的案例分析，指導讀者如何將理論應用於解決真實世界的工程問題。 3. 性能剖析： 對比不同實現方式（如數組與鏈錶、AVL 與紅黑樹）在不同規模數據下的性能錶現，培養讀者選擇“最適閤”數據結構的工程思維。 本書適閤於具備 C++ 基礎的計算機科學專業學生、希望深入理解底層原理的軟件開發者，以及準備技術麵試的專業人士。掌握本書內容，您將能夠自信地設計、分析和實現任何復雜軟件係統所需的數據結構與核心算法。

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