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出版者:John Wiley & Sons

作者:M. Ben-Ari

出品人:

頁數:0

译者:

出版時間:1998-08-07

價格:USD 80.00

裝幀:Paperback

isbn號碼:9780471979128

叢書系列:

圖書標籤:

• Ada
• 編程語言
• 軟件工程
• 嵌入式係統
• 實時係統
• 航空航天
• 安全關鍵係統
• 並發編程
• 麵嚮對象編程
• 編程技巧

軟件工程師的算法與數據結構實踐指南 書名：算法思維與高效編程 作者：[虛構作者名] 齣版社：[虛構齣版社名] ISBN：[虛構ISBN] --- 內容簡介： 在快速迭代和復雜性日益增加的現代軟件開發領域，對底層計算原理的深刻理解是區分優秀工程師和平庸工程師的關鍵。本書《算法思維與高效編程》旨在為經驗豐富的軟件工程師提供一套全麵、深入且高度實用的算法和數據結構知識體係，重點關注這些核心概念如何在真實世界的工程實踐中得到優化、應用和調優。 本書不涉及特定編程語言Ada或其特定的語法、編譯器、並發模型或軟件工程方法論（如形式化驗證、高完整性係統設計）。相反，我們將目光聚焦於跨越語言邊界、適用於所有高性能和高可靠性軟件的基礎計算科學。 第一部分：基礎構建塊與性能剖析 (The Fundamentals and Performance Profiling) 本部分首先對軟件工程師日常接觸的抽象數據結構進行係統的梳理，但視角將更側重於內存布局、緩存局部性（Cache Locality）和實際執行時間的分析，而非僅僅停留在理論復雜度。 數組與動態數組的深入剖析： 我們將探討底層內存分配機製（如堆與棧的區彆），分析連續內存訪問如何利用CPU流水綫和緩存行預取機製，並深入研究動態數組在特定負載下的擴容策略（amortized analysis）的實際工程意義，特彆是在資源受限環境下的影響。 鏈錶、棧與隊列的重新審視： 盡管基礎，但其在特定場景下的性能陷阱（如指針解引用帶來的內存延遲）會被詳細剖析。我們將比較棧（Stack）在內核態與用戶態中的實現差異，以及在構建狀態機或函數調用鏈跟蹤時，如何選擇最優的鏈式結構（如雙嚮鏈錶與紅黑樹的權衡）。 散列錶（Hash Tables）的工程化： 散列錶是幾乎所有高性能係統的核心。本書將重點講解各種衝突解決策略（開放尋址法、鏈式法）在現代硬件上的性能錶現。我們深入探討一緻性哈希（Consistent Hashing）在分布式係統中的關鍵作用，以及如何設計齣抗碰撞的哈希函數，以應對惡意或非隨機輸入對係統性能的破壞。 性能度量與基準測試： 理論上的$O(n)$與實際運行中的毫秒級差異巨大。本章提供瞭一套係統的基準測試方法論，教導工程師如何使用低級工具（如Linux `perf`、CPU性能計數器）來驗證算法的實際緩存命中率和分支預測準確性，從而為選擇算法提供硬性數據支持。 第二部分：高級結構與高效檢索 (Advanced Structures for Complex Data) 本部分將挑戰工程師對樹形結構和圖論的認知，將其從教科書的定義提升到解決大規模數據挑戰的工具集。 平衡樹的工程實踐： 不僅介紹AVL樹和紅黑樹的鏇轉維護，更重要的是探討B樹及其變體（如B+樹）在磁盤I/O受限環境下的統治地位。我們將詳細分析數據庫索引如何利用B+樹的結構，以及在內存數據庫中，跳躍列錶（Skip Lists）如何作為一種更簡潔的、概率性的平衡結構提供高性能的範圍查詢和插入操作。 空間數據結構（Spatial Data Structures）： 對於處理地理信息、碰撞檢測或渲染場景的工程師，KD-Tree和四叉樹（Quadtrees）是必不可少的。本書將展示如何根據維度和數據分布的特性，選擇最閤適的空間劃分技術，並側重於範圍查詢（Range Queries）的算法優化。 圖論在網絡與依賴分析中的應用： 算法不僅僅是排序。我們將深入探討最短路徑算法（Dijkstra, A）在路由協議和路徑規劃中的實際部署。更側重於拓撲排序在構建編譯依賴關係、任務調度係統（如CI/CD流程）中的精確應用，以及如何使用深度優先搜索（DFS）和廣度優先搜索（BFS）來有效遍曆大型、非結構化的數據集閤。 第三部分：排序、搜索與優化範式 (Sorting, Searching, and Optimization Paradigms) 本部分著重於對信息檢索和數據整理的經典算法進行深入解構，並引入現代優化思想。 現代排序算法的選擇與調優： 我們將對比Quicksort、Mergesort和Introsort（C++標準庫中的常用混閤策略）的實際錶現。特彆關注內省排序（Introsort）如何通過結閤快速排序的平均性能和堆排序的最壞情況保證，在工程係統中成為首選。 搜索與模式匹配： 字符串搜索不僅僅是KMP算法。我們將探討Rabin-Karp（基於滾動哈希）的優勢，以及Boyer-Moore算法在文本編輯器和日誌分析工具中為何能展現齣超越綫性的平均性能。 貪心、動態規劃與迴溯的邊界： 動態規劃（DP）的瓶頸往往在於狀態空間爆炸。本書將教授如何識彆問題的最優子結構和重疊子問題，並引入記憶化（Memoization）的技術，以在保證正確性的同時，將指數級問題轉化為多項式解法。對於NP-hard問題，我們將探討近似算法（Approximation Algorithms）和啓發式搜索（Heuristics）在工程決策中的價值。 本書特色： 1. 工程聚焦： 每一個算法的討論都緊密聯係著現代CPU架構、內存層級和實際的I/O瓶頸。 2. 從理論到實踐的橋梁： 提供瞭大量僞代碼和現實世界中的性能對比案例，幫助工程師判斷何時應使用“理論最優”的算法，何時應使用“工程實踐最優”的算法。 3. 係統性思維： 培養工程師在設計大型係統時，能夠基於數據結構的內在特性來預見性能瓶頸的能力。 本書適閤希望從“會寫代碼”邁嚮“設計高效、可靠係統”的資深軟件工程師、係統架構師以及需要深入理解底層性能的開發人員。掌握這些知識，意味著您將能夠自信地優化任何基於數據處理的軟件組件。

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這本書的行文感覺非常“老派”——褒義的那種。它洋溢著對嚴謹工程學的尊重，這種感覺在當前快餐式編程書籍中已不多見。作者似乎是一位深諳軟件生命周期挑戰的資深工程師，他通過詳實的篇幅，引導讀者如何構建能夠抵禦時間侵蝕的係統。特彆是在處理泛型編程和實例化時，書中對性能開銷和類型推導的討論，既深入技術細節，又保持瞭清晰的脈絡。我個人認為，對於那些從事航空、金融或醫療等對錯誤零容忍行業的人員來說，這本書的價值幾乎是不可估量的。它沒有過度宣傳 Ada 的“快”，而是專注於“可靠”和“可維護”。最後幾章關於程序包規範（Specification）與體（Body）分離的原則闡述，更是精闢地總結瞭如何進行有效的接口設計和信息隱藏，這對於任何規模的團隊協作都是黃金法則。它迫使你停下來，思考你所寫的代碼，是否能夠承受未來十年內的修改和維護壓力。

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如果讓我用一個詞來形容這本書的風格，那大概是“務實”與“精確”。它沒有冗餘的修飾語，每一個句子都承載著信息量。我發現自己經常需要放慢閱讀速度，反復咀嚼那些關於類型安全和靜態分析的論述。書中對 Ada 編譯器和工具鏈的集成應用也進行瞭探討，這使得理論知識能夠快速轉化為實際操作能力。例如，關於如何配置項目文件（Project Files）以管理復雜的依賴關係和編譯選項的講解，就非常貼閤工程實踐的需求。我尤其贊賞作者在講解子程序重載（Overloading）和默認參數（Default Parameters）時所展現齣的細緻入微，這些看似微小的語言特性，在大型項目中卻能極大地提高代碼的可讀性和模塊化程度。這本書的價值在於，它把 Ada 語言中的每一點設計決策都置於軟件工程的宏大背景下進行審視，而不是孤立地講解語法規則。它讓我開始重新思考自己在日常工作中，因追求開發速度而犧牲的那些本應在設計階段就解決的潛在缺陷。

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這本書的敘事節奏把握得非常巧妙，讀起來感覺像是進行瞭一次結構化、有深度的技術探索之旅。作者在構建知識體係時，采用瞭漸進式的難度提升策略，確保讀者不會因為信息過載而感到迷茫。我尤其對書中關於“任務和保護性程序包”（Tasks and Protected Objects）的章節印象深刻。它並沒有僅僅停留在理論描述上，而是深入探討瞭在實時嵌入式係統和高可靠性軟件中，如何利用 Ada 的並發模型來避免競態條件和死鎖。作者提供的代碼片段，簡潔而有力，每一個例子都像是精心打磨的工藝品，直指問題的核心。此外，書中對 Ada 2012 標準所引入的新特性也給予瞭足夠的關注，尤其是那些增強瞭泛型編程和閤約式設計（Design by Contract）能力的改進。對於那些習慣於C++或Java的開發者來說，這本書提供瞭一個絕佳的視角，去理解 Ada 這種“為正確性而生”的語言，是如何通過其設計哲學，從根本上提升軟件質量的。它不是在推銷語言，而是在展示一種實現高可靠軟件的有效路徑。

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初次翻閱這本書時，我原本擔心會因為對 Ada 曆史背景瞭解不深而産生閱讀障礙，但事實證明我的擔憂是多餘的。作者的寫作方式具有極強的包容性，他巧妙地將 Ada 的設計哲學與其在現代軟件開發中的相關性聯係起來。我發現書中對於“契約式編程”的討論尤其具有啓發性，它不僅僅是關於前置條件和後置條件，更延伸到瞭如何利用 Ada 的類型係統來構造“不可能齣錯”的狀態機模型。這種自底嚮上保證正確性的方法論，與許多現代語言的運行時防禦策略形成瞭鮮明的對比。這本書的深度足以讓資深程序員受益匪淺，因為它揭示瞭 Ada 語言背後深思熟慮的設計哲學。它不像某些前沿技術書籍那樣追逐時髦的概念，而是沉穩地提供瞭一種經過時間考驗的、注重質量的解決方案。讀完之後，我感覺自己對“軟件質量”的理解得到瞭提升，不僅僅是代碼的整潔度，更是其在形式邏輯層麵上的健壯性。

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這本關於 Ada 編程語言的書籍，從我的角度來看，更像是一部深入淺齣的技術手冊，而非傳統意義上的“大部頭”著作。它在結構上非常嚴謹，對初學者和有經驗的開發者都展現齣瞭極大的友好性。書中對 Ada 語言的核心特性，比如其強大的類型係統和並發處理能力，進行瞭非常細緻的剖析。我特彆欣賞作者在講解復雜概念時所采用的類比和實例，它們讓原本抽象的編程範式變得生動起來。例如，書中對於“受限聯閤體”（Discriminated Unions）的討論，通過一係列實際的軟件工程案例，清晰地展示瞭它們在保證程序安全性和可靠性方麵的關鍵作用。閱讀過程中，我能明顯感覺到作者在強調“如何寫齣可驗證、可維護的代碼”，這對於那些在關鍵領域工作的工程師來說，無疑是極具價值的視角。它不僅僅是教你語法，更是在培養一種工程思維，即如何利用語言特性來預防錯誤，而不是等到運行時纔去修復它們。這種前瞻性的編程理念貫穿始終，讓人在學習的過程中，仿佛在與一位經驗豐富的架構師對話，不斷被引導去思考代碼的長期健康狀況。

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