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出版者:人民邮电出版社

作者:张磊研究室

出品人:

页数:330 页

译者:

出版时间:2001-01

价格:32.00

装帧:平装

isbn号码:9787115090607

丛书系列:

图书标签:

• 电脑维护
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• 电脑知识

深入探索：现代数据结构与算法的精妙构建 本书简介 在信息技术飞速迭代的今天，无论是底层系统开发、大规模数据处理，还是前沿的人工智能应用，坚实的数据结构与算法基础都是构建高效、可扩展系统的基石。本书《深入探索：现代数据结构与算法的精妙构建》旨在带领读者超越传统的理论框架，深入剖析支撑现代计算范式的核心概念、实现细节以及优化策略。 本书并非一本简单的习题解析手册，而是一部侧重于原理深度、工程实践与前沿趋势的综合指南。我们假设读者已经具备一定的编程基础，并渴望将抽象的算法知识转化为解决复杂实际问题的强大工具。 --- 第一部分：基础重塑与理论深化 (Foundational Reinforcement and Theoretical Deep Dive) 本部分着重于对经典数据结构进行彻底的解构与重建，强调其内在的时间与空间复杂性权衡，并引入更现代的视角来审视这些基础结构。 第一章：内存层级与数据访问效率的再思考 本章从计算机体系结构的角度出发，探讨CPU缓存、主存（RAM）与固态硬盘（SSD）之间的延迟差异，如何直接影响数据结构的选择与性能。我们将分析缓存友好型数据结构的设计原则，例如Z-顺序曲线（Z-order curve）在空间索引中的应用，以及如何通过数据局部性优化遍历操作。重点剖析了Cache-Oblivious Algorithms（缓存无关算法）的设计理念，它们如何通过递归分解策略，在不显式考虑缓存大小时，自动实现最优的缓存性能。 第二章：链表、数组与动态内存管理的精细控制 抛开教科书上对链表的简单描述，本章深入探讨内存碎片化问题对链式结构性能的影响。我们详细比较了经典的指针碰撞分配器与伙伴系统（Buddy System）在内存分配与回收中的效率差异。对于数组结构，重点剖析了连续内存分配在向量（Vector）实现中的优势，以及在C++ `std::vector` 中容量（Capacity）与大小（Size）的动态调整策略背后的增长因子（Growth Factor）选择依据。 第三章：树结构的演进：从平衡到定制 我们将彻底梳理AVL树、红黑树（Red-Black Tree）的旋转与重着色操作的数学证明，但更重要的是，将焦点转移到B-Tree及其变体（如B+树）在磁盘I/O受限环境中的核心作用。我们将详细解析B+树如何通过保持所有数据在叶子节点上线性排列，实现高效的范围查询。此外，本章还会介绍Skip List（跳表）作为一种概率性数据结构，如何在保持O(log N)平均性能的同时，简化了实现复杂度，并探讨其在并发场景下的潜力。 第四章：散列技术的深度剖析与碰撞解决的艺术 本章超越基础的取模哈希函数，深入研究一致性哈希（Consistent Hashing）的原理，这是分布式系统（如CDN和分布式缓存）中实现负载均衡和最小化数据迁移的关键。我们详细对比了链地址法、开放寻址法（线性探测、二次探测）的性能瓶颈，并引入了Cuckoo Hashing（布谷鸟哈希）的概念，探讨其如何通过使用多个哈希函数，在最坏情况下实现O(1)的查找复杂度。 --- 第二部分：高级算法与工程实现 (Advanced Algorithms and Engineering Implementation) 本部分聚焦于解决大规模问题所需的复杂算法范式，并结合现代编程语言的特性，讨论其实际部署的挑战与技巧。 第五章：图算法的并行化与大数据集处理 在处理社交网络、路由协议和生物信息学数据时，图算法是核心。本章不仅涵盖Dijkstra、Floyd-Warshall等经典算法，更侧重于大规模图的表示方法：邻接矩阵在稀疏图中的内存浪费问题，以及邻接表的优化存储结构（如压缩稀疏行CSR格式）。我们将探讨图的并行化策略，如Pregel模型和GraphX框架中基于顶点的迭代计算模式，分析同步与异步更新的性能取舍。 第六章：动态规划的优化：从备忘录到状态压缩 动态规划（DP）的难点在于状态转移方程的构建与空间的优化。本章通过经典的背包问题、最长公共子序列等案例，强化状态的定义。随后，我们将深入探讨状态空间压缩技术，例如使用位运算（Bitmask DP）来处理状态数在 $2^N$ 范围内的问题，以及如何利用四边形不等式（Knuth-Yao Optimization）将某些DP问题的复杂度从 $O(N^3)$ 优化至 $O(N^2)$。 第七章：贪心策略的正确性证明与局部最优陷阱 贪心算法以其简洁高效著称，但其适用性受限于特定问题的贪心选择性质和最优子结构。本章将重点分析Matroid理论在证明贪心算法正确性中的作用，并结合具体的案例（如霍夫曼编码、活动选择问题），展示如何严格论证一个贪心选择是全局最优的。同时，我们将剖析在哪些场景下，看似合理的贪心策略会陷入局部最优陷阱。 第八章：排序算法的现代视角与稳定性考量 除了快速排序（QuickSort）与归并排序（MergeSort）的原理，本章强调排序算法的稳定性及其在多级排序中的重要性。我们将详细分析Timsort——Python和Java广泛使用的混合排序算法——的内部机制，它如何巧妙地结合了归并排序的合并能力和插入排序在小规模/部分有序数据上的高效性。此外，还会探讨基数排序（Radix Sort）在处理特定范围整数或字符串时的性能优势。 --- 第三部分：前沿交叉与性能工程 (Frontier Intersections and Performance Engineering) 本部分将视野拓展到新兴技术领域，探讨数据结构和算法如何支撑高性能计算和新兴计算范式。 第九章：近似算法与NP难问题的现实解法 面对不可解或计算成本极高的NP完全问题，本书转向近似算法和启发式搜索。我们将详细讲解线性松弛与割平面法在整数规划中的应用，以及局部搜索（Local Search）、模拟退火（Simulated Annealing）和遗传算法（Genetic Algorithms）等元启发式方法的设计哲学。重点分析一个给定近似算法的近似比（Approximation Ratio）的界定方法。 第十章：算法与并行架构的契合：SIMD与GPU加速 现代CPU通过单指令多数据流（SIMD）指令集（如SSE/AVX）极大地提升了数据并行度。本章探讨如何重构算法（特别是向量操作和扫描操作），以充分利用这些指令。随后，我们将介绍CUDA/OpenCL编程模型，分析如何将图遍历、矩阵乘法等操作映射到GPU的数千个核心上，理解数据布局（如Array of Structures vs. Structure of Arrays）对GPU性能的影响。 第十一章：流数据处理与在线算法 在物联网和实时监控场景中，数据是无限流入的。本章关注在线算法的设计，即算法必须在接收到每个元素时立即做出决策。我们将深入探讨Bloom Filters（布隆过滤器）在空间高效的成员查询中的应用与错误率分析，以及Count-Min Sketch等概率数据结构在估计流数据中高频元素（Top-K Queries）时的性能优势与权衡。 第十二章：算法的正确性验证与形式化方法 在安全关键系统中，算法的正确性必须得到保证。本章简要介绍程序验证的基础，包括循环不变量（Loop Invariants）的使用来证明迭代算法的终止性和正确性。同时，我们将探讨形式化方法（如TLA+）如何用于精确描述和验证复杂算法的规范性，确保其在所有边界条件下的行为符合预期。 --- 总结 《深入探索：现代数据结构与算法的精妙构建》力求为读者提供一个从底层硬件效率到顶层系统架构的完整视角。通过本书的学习，读者将不仅仅掌握“如何实现”一个数据结构，更重要的是理解“为何如此设计”，从而具备设计、分析和优化下一代高性能计算系统的核心竞争力。本书适合于希望精通底层计算原理的软件工程师、系统架构师，以及致力于算法研究的研究生。

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这本指南的排版和图示设计简直是教科书级别的典范。很多技术书籍，内容再好，因为版面设计混乱、图示模糊不清，阅读体验大打折扣。但这本书完全没有这个问题。在介绍如何更换笔记本散热硅脂时，它提供的特写照片清晰到连硅脂的流动性和涂抹均匀度都能一眼看清，甚至连使用的工具——比如换掉那些笨拙的胶棒，推荐了更专业的金属刮刀——都有明确的品牌和型号建议。更妙的是，它巧妙地运用了大量的“对比色块”和“流程图”，将一个复杂的多步骤操作，分解成了几个可以独立完成的小任务。这种对用户体验的极致关注，让我感觉作者不仅仅是位工程师，更是一位深谙教学艺术的设计师。读起来一点都不费力，逻辑链条清晰到让人惊叹。

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我本来以为这会是一本只能用来“查阅故障代码”的工具书，没想到它在系统优化和性能调校方面的内容深度令人惊艳。它不像市面上那些鼓吹“一键加速”的软件宣传册，而是深入到Windows注册表深层结构，用非常形象的比喻解释了哪些键值是“系统开销的元凶”。最让我印象深刻的是关于磁盘碎片整理的章节，它不再停留在传统的“整理磁盘”的层面，而是详细分析了SSD和机械硬盘在原理上的巨大差异，并据此给出了完全不同的维护策略。这种与时俱进、因材施教的分析方法，体现了作者对技术前沿的敏锐洞察力。读完这一部分，我立刻对自己的固态硬盘进行了一次彻底的“健康体检”，发现了很多自己过去忽略的性能瓶颈。这本书的行文风格非常沉稳、严谨，充满了专业人士的自信和对细节的苛求，让人肃然起敬。

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这本书最独特的地方在于，它没有回避“老旧设备”的维护问题。如今市面上大部分维修指南都只关注最新的Windows 11和M.2固态硬盘，对那些还在苦苦支撑的XP或Windows 7系统下的疑难杂症束手无策。然而，我的一个旧打印机，自从上次系统升级后就完全罢工了，所有通用驱动都无效。我抱着试试看的心态翻阅了这本书中关于“遗留设备驱动兼容性处理”的章节，结果发现了一个非常冷门的注册表修改方法，专门用于强制旧设备识别新内核。照着书上的步骤操作后，那个老古董竟然奇迹般地恢复了工作！这部分内容显示出作者深厚的实战经验，以及对技术历史脉络的尊重，它真正做到了覆盖从入门到“抢救老物件”的全光谱技术支持，这点是其他任何一本书都无法比拟的。

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这本书绝对是近期我读过的最让人耳目一新的技术书籍之一。它没有落入那种枯燥、教科书式的讲解窠臼，反而是用一种非常生活化、甚至带点幽默感的笔调，将复杂的硬件和软件故障排除过程娓娓道来。我特别欣赏作者在描述“内存条接触不良”这种常见问题时，那种如同老中医把脉般的细致入微，从拔插的力度到金手指的清洁方法，每一个步骤都描绘得清晰可见，仿佛作者就坐在我身边手把手指导。特别是关于主板BIOS设置那一章，通常是技术书籍的“劝退区”，但在这里，我竟然看懂了那些晦涩难懂的英文缩写，并且明白了它们在实际运行中的意义。这本书的价值不仅仅在于教会你“怎么做”，更在于让你理解“为什么这么做”，这才是真正高水平的技术普及读物所应具备的素质。它让我这个对电脑内部结构一直抱有敬畏之心的“小白”，第一次产生了想要亲自动手拆解和升级设备的冲动，安全感和知识量同步飙升。

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我不得不承认，我曾经尝试过好几本号称是“全能电脑维修宝典”的书籍，但它们大多在涉及到网络故障诊断时就戛然而止，或者仅仅停留在教你如何重启路由器的表面功夫。然而，这本书中关于TCP/IP协议栈的解析，虽然篇幅不算长，但绝对是精妙绝伦。它没有使用冗长晦涩的协议定义，而是通过一个生动的“信件往来”模型，解释了三次握手和四次挥手的内在逻辑。我立刻明白了我家网络偶尔出现的“间歇性丢包”究竟是哪个环节出了问题。此外，它还涉及到了基础的DHCP和DNS解析的排错思路，这对于家庭用户和小型办公室用户来说，简直是雪中送炭。整体感觉这本书的作者是那种能把“玄学”变成“科学”的实干家，所有的结论都有坚实的理论基础支撑。

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