离散数学及其应用--第4版--英文

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出版者:机械工业出版社
作者:罗森
出品人:
页数:678
译者:
出版时间:1999-06
价格:59.00元
装帧:平装
isbn号码:9787111072546
丛书系列:
图书标签:
  • 离散数学
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  • 离散数学
  • 数学
  • 计算机科学
  • 算法
  • 图论
  • 逻辑
  • 集合论
  • 组合数学
  • 数学基础
  • 第4版
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具体描述

《算法的艺术:深入探索计算思维的基石》 内容简介: 这是一部旨在系统性地剖析算法设计、分析与优化原理的著作。它将引导读者穿越计算科学的核心领域,不仅理解“做什么”,更深入探究“如何做得更好”。本书从最基础的计算模型出发,逐步构建起一套严谨的逻辑框架,为读者理解现代计算机科学的强大力量提供坚实的基础。 核心内容详述: 第一部分:计算的基础与模型 计算模型: 本部分将从最抽象的计算模型入手,例如图灵机模型,详细介绍其构成、工作原理及其在理论计算能力上的局限性。我们将探讨各种计算模型之间的等价性,理解不同模型如何捕捉计算的本质。 复杂度理论入门: 在理解了计算模型之后,本书将自然过渡到计算复杂度理论。我们将学习如何度量算法的效率,引入时间复杂度和空间复杂度的概念,并详细讲解大O符号、Ω符号和Θ符号的使用,以及它们在描述算法性能上的意义。 可计算性与不可计算性: 探讨什么是可计算的问题,什么是不可计算的问题,并以停机问题为例,生动地说明不可计算性的存在及其深远影响。这部分内容将挑战我们对计算边界的认知。 第二部分:经典算法设计范式 分治策略: 深入剖析“分而治之”的思想,讲解如何将复杂问题分解为规模更小的子问题,递归地解决它们,然后将子问题的解合并。我们将通过实际例子,如归并排序(Merge Sort)、快速排序(Quick Sort)以及Strassen矩阵乘法等,来展示分治策略的威力。 动态规划: 揭示动态规划的精髓,强调最优子结构和重叠子问题的概念。本书将详尽介绍如何构建状态转移方程,并通过背包问题、最长公共子序列、最短路径(如Floyd-Warshall算法)等经典问题,展示动态规划在解决优化问题上的强大能力。 贪心算法: 探索贪心算法的设计思路,即在每一步选择局部最优解,期望最终得到全局最优解。我们将分析贪心算法适用的条件,并通过活动选择问题、霍夫曼编码、最小生成树(Prim算法和Kruskal算法)等例子,说明其简洁高效的特性。 回溯与分支限界: 介绍回溯算法用于搜索解空间,以及分支限界算法如何通过剪枝来优化搜索过程。我们将通过N皇后问题、旅行商问题(TSP)的近似解法等,来阐释这两种方法的应用场景。 第三部分:图算法的深度探索 图的表示与遍历: 详细介绍图的邻接矩阵和邻接表表示方法,并深入讲解深度优先搜索(DFS)和广度优先搜索(BFS)算法。我们将探讨它们在连通性判断、拓扑排序、寻找环等方面的应用。 最短路径算法: 除了动态规划中的全对最短路径,本书还将详细讲解Dijkstra算法(单源最短路径)和Bellman-Ford算法(处理负权边)。我们将分析它们的原理、复杂度以及适用范围。 最小生成树: 再次深入探讨Prim算法和Kruskal算法,并分析它们的实现细节和复杂度。 网络流: 介绍最大流-最小割定理,并深入讲解Ford-Fulkerson算法及其改进算法(如Edmonds-Karp算法)在解决匹配问题、多源多汇问题等上的应用。 第四部分:高级算法主题与分析 字符串匹配: 介绍朴素字符串匹配算法,并重点讲解KMP算法(Knuth-Morris-Pratt)和Boyer-Moore算法,分析它们如何通过预处理和巧妙的匹配策略来提高效率。 近似算法: 讨论NP-hard问题,并介绍近似算法的设计思想,以及如何通过性能比来衡量近似算法的优劣。 概率算法与随机化算法: 探索引入随机性来解决问题的算法,例如蒙特卡罗算法和拉斯维加斯算法,并分析其在特定问题上的优势。 数据结构与算法的协同: 强调数据结构的选择对算法性能的决定性影响,例如使用平衡二叉搜索树、哈希表、堆等来优化算法。 第五部分:算法分析的高级技术 数学归纳法在证明中的应用: 详细演示如何运用数学归纳法来证明算法的正确性和复杂度。 摊还分析: 介绍摊还分析技术,用于分析一系列操作的平均成本,从而更准确地评估数据结构或算法的整体性能。 概率分析: 探讨如何使用概率论来分析随机算法或涉及随机输入的算法的性能。 本书力求以清晰的逻辑、丰富的图示和翔实的实例,带领读者一步步掌握算法的精髓。无论是计算机科学专业的学生,还是希望提升编程能力和解决问题能力的开发者,都能从中获益匪浅。它不仅仅是一本关于算法的书,更是关于如何进行严谨计算思维训练的指南。

作者简介

ABOUT THE AUTHOR

Kenneth H. Rosen is a Distinguished Member ofthe Technical Staffin the New

Concepts Area of AT&T Laboratories in Holmdel, New Jersey.

Dr. Rosen received his B.S. in Mathematics from the University ofMichi-

gan, Ann Arbor (1972), and his Ph.D. in Mathematics from M.I.T. (1976), where he

wrote his thesis in the area of number theory under the direction of Harold Stark. Be-

forejoining Bell Laboratories in 1982, he held positions at the University ofColorado,

Boulder; the Ohio State University, Columbus; and the University of Maine, Orono,

where he was an associate professor of mathematics. While working at AT&T Labs,

Ken has taught in the evening program in computer science at Monmouth University,

teaching courses in discrete mathematics, coding theory, and data security.

Dr. Rosen has published numerous articles in professional joumals in the areas of

number theory and mathematical modeling. He is the author ofthe textbooks Elemen-

tary Number Theory and Its Applications, currently in its third edition, published by

Addison-Wesley, and Discrete Mathematics and Its Applications, m its fourth edition,

published by McGraw-Hill. Both books have been used extensively at hundreds of uni-

versities. He is coauthor of UNIX System VRelease 4: An lntroduction, which has sold

more than 100,000 copies and has been translated into Spanish and German, and Best

UNIX Tips Ever, translated into Chinese, both published by Osbome McGraw-Hill.

Ken is also the editor of the Handbook ofDiscrete Mathematics, a new publication to

be published in 1999 by CRC Press, and he is the editor of the CRC series of books in

discrete mathematics. Ken is also interested in integrating mathematical software into

the educational and professional environments and is working on projects with Waterloo

MAPLE software in both these areas.

At Bell Laboratories and now AT&T Laboratories, Dr. Rosen has worked on a

wide range of projects, including operations research studies and product line planning

for computers and data communications equipment. He has helped plan AT&T's fu-

ture products and services in the area of multimedia, including video communications,

speech recognition, and image networking. He has evaluated new technology for use

by AT&T. He has also invented many new services and holds or has submitted many

patents. One of his more interesting projects involved helping evaluate technology for

the AT&T attraction at EPCOT Center.

目录信息

CONTENTS
Preface ix
The Companion Web Site xix
TotheStudent xxi
1
The Foundations: Logic, Sets, and Functions
1.1Logic
1.2Propositional Equivalences
1.3Predicates and Quantifiers
1.4Sets
1.5Set Operations
1.6Functions
1.7Sequences and Summations
1.8The Growth of Functions
Key Tenns and Results
Review Questions
Supplementary Exercises
Computer Projects
Computations and Explorations
Writing Projects
2
The Fundamentals: Algorithms, the Integers, and Matrices
2.1Algorithms
2.2ComplexityofAlgorithms
2.3The Integers and Division
2.4Integers and Algorithms
2.5Applications of Number Theory
2.6Matrices
Key Terms and Results
Review Questions
Supplementary Exercises
Computer Projects
Computations and Exploratiuns
Writing Projects
3
Mathematical Reasoning
3.1MethodsofProof
3.2Mathematical Induction
3.3Recursive Definitions
3.4Recursive Algorithms
3.5Program Correctness
Key Tenns and Results
Review Questions
Supplementary Exercises
Computer Projects
Computations and Explorations
Writing Projects
4
Counting
4.1The Basics of Counting
4.2The Pigeonhole Principle
4.3Pennutations and Combinations
4.4Discrete Probability
4.5Probability Theory
4.6Generalized Pennutations and Combinations
4.7Generating Pennutations and Combinations
Key Terms and Concepts
Review Questions
Supplementary Exercises
Computer Projects
Computations and Explorations
Writing Projects
5
Advanced Counting Techniques
5.1Recurrence Relations
5.2Solving Recurrcnce Relarions
5.3Divide-and-Conquer Relations
5.4Generating Functions
5.5Inclusion-Exclusion
5.6Applications of Inclusion-Exclusion
Key Terms and Results
Review Questions
Supplementary Exercises
Computer Projects
Computations and Explorations
Writing Projects
6
Relations
6.lRelations and Their Properties
6.2n-ary Relations and Their Applications
6.3Representing Relations
6.4ClosurcsofRelations
6.5Equivalence Relations
6.6Partial Orderings
Key Terms and Results
Review Questions
Supplementary Exercises
Computer Projects
Computations and Explorations
Writing Prqjects
7
Graphs
7.1Introduction to Graphs
7.2Graph Tenninology
7.3Representing Graphs and Graph Isomorphism
7.4Connectivity
7.5Euler and Hamilton Paths
7.6Shortest Path Problems
7.7Planar Graphs
7.8Graph Coloring
Key Terms and Results :
Review Questions
Supplementary Exercises
Computer Projects
Computations and Explorations
Writing Projects
8
Trees
8.l Introduction to Trees
8.2 Applications ofTrees
8.3 Tree Traversal
8.4 Trees and Sorting
8.5 Spanning Trees
8.6 Minimum Spanning Trees
Key Terms and Results
Review Questions
Supplementary Exercises
Computer Projects
Computations and Explorations
Writing Projects
9
Boolean Algebra
9.1Boolean Functions
9.2Representing Boolean Functions
9.3Logic Gates
9.4MinimizationofCircuits
Key Terms and Results
Review Questions
Supplementary Exercises
Computer Projects
Computations and Explorations
Writing Projects
10
Modeling Computation
10.1Languages and Grammars
10.2Finite-State Machines with Output
10.3Finite-State Machines with No Output
10.4Language Recognition
10.5Turing Machines
Key Tenns and Results
Review Questions
Supplementary Exercises
Computer Projects
Computations and Explorations
Writing Projects
Appendixes A-l
A.1Exponential and Logarithmic Functions
A.2Pseudocode
Suggested Readings B-l
Index of Biographies 1-1
Index 1-3
LISTOFSYMBOLS L-l
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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这本书的封面设计得相当朴素,甚至有些沉闷,纯粹的学术气息扑面而来,让人不禁联想起图书馆深处那些泛黄的书页。我最初是抱着一种“不得不读”的心态翻开它的,毕竟这是课程指定的参考书。然而,一旦深入阅读,才发现这种朴素的外表下隐藏着惊人的深度。它不像市面上那些追求花哨图表和趣味故事的科普读物,它直接切入核心——逻辑的严谨与结构的优雅。尤其是关于集合论和图论的那几章,作者的讲解清晰得如同水晶般透彻,每一步推导都毫不含糊,让你不得不跟着他的思路走,去感受那种数学家构建世界的秩序感。我特别喜欢它对证明的组织方式,不是简单地罗列定理,而是先给出直觉的引导,再辅以形式化的论证,这种平衡感处理得非常到位,对于初学者来说,既不会因为过于抽象而望而却步,也能保证对数学精髓的把握。虽然阅读过程需要极高的专注度,但每当攻克一个难点,那种豁然开朗的成就感,是其他轻松读物无法比拟的。这本书,更像是一位沉默而睿智的导师,用最直接的方式挑战你的思维极限。

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这本书在拓展应用性方面做得相当到位,这一点是我在同类教材中很少见到的。它没有沉溺于纯粹的理论构建,而是花费了不少笔墨去探讨这些看似抽象的离散结构如何在计算机科学的实际问题中发挥作用。例如,它在讲解算法分析时,对时间复杂度和空间复杂度的描述,是基于严格的数学模型建立起来的,这让算法的效率评估不再是模糊的感觉,而是一个可以量化的指标。特别是它对于关系和函数在数据库理论中的映射、图论在网络路由问题上的应用等章节的介绍,都极大地拓宽了我的视野。它成功地架设了一座桥梁,将那些冷冰冰的公式与我们日常接触的电子世界连接起来。这使得学习过程变得更有目的性,不再是纯粹为了考试而啃知识点。每一次看到书中的理论被应用到具体的计算场景时,都会有一种“原来如此”的顿悟感,这种理论与实践的紧密结合,是这本书最值得称道的一面。

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这本书的深度和广度都令人印象深刻,但坦白讲,它的页数也确实非常可观,拿在手里沉甸甸的,每次翻阅都像是一场严肃的约会。我认为这本书的价值不在于它是否“好读”,而在于它是否“耐读”。它的内容密度极高,很多定理的证明需要反复揣摩,稍有走神就可能错过关键的逻辑跳跃。我发现自己必须放慢阅读速度,并且经常需要在草稿纸上重新演算一部分内容,才能确保自己完全掌握了每一个细节。这与那些轻快的读物形成鲜明对比,它要求你投入时间、精力和心智。这本书更像是一本“工具箱”,里面装满了严谨的数学工具,只有真正动手去使用它们,你才能体会到它们的锋利和精准。对于任何想要在理论计算机科学、算法设计或更深层次的数学研究领域有所建树的人来说,这本书提供的基础框架是无可替代的,它不仅教你知识,更重要的是塑造了一种严谨的、结构化的思维方式,这种思维方式将伴随你未来的学术和职业生涯。

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这本书的排版和印刷质量可以说是中规中矩,属于那种在任何光线下阅读都不会感到吃力的类型,但也没什么特别令人眼前一亮的创新。真正让我印象深刻的是它对例子和习题的编排策略。它似乎深谙“授人以渔”的道理,提供的例子不仅仅是用来解释概念的工具,更像是对特定数学概念应用场景的微型案例研究。比如,在讲到布尔代数时,它会非常细致地讨论如何将其应用于电路设计的基础逻辑判断,而不是仅仅停留在抽象的代数运算上。而习题部分,难度梯度设置得非常科学,从基础的巩固练习到需要综合运用多个章节知识的挑战题,层次分明。我花了大量时间在那些标注为“Challenge”的题目上,它们迫使我跳出书本设定的框架,去思考更广阔的可能性。这本书的价值,很大程度上就体现在这些精心设计的练习中,它们是检验你是否真正“理解”而非仅仅“记住”公式的关键桥梁。如果你只是走马观花地看一遍,你只会觉得它枯燥;但如果你愿意动手去解那些题目,你会发现它在潜移默化中重塑了你的逻辑解题框架。

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老实说,初次接触这本书时,我感觉自己像是在攀登一座陡峭的山峰,每一步都需要极大的意志力。这本书的语言风格非常“硬核”,没有多余的润饰或安慰性的措辞,完全是数学家之间那种高效、精准的交流方式。它假设读者已经具备了一定的预备知识,因此在介绍新概念时,往往是“开门见山”地给出定义和公理,然后直接进入推论。这种“高起点”的叙述方式,对于那些已经有一定数学基础的人来说,无疑是极其高效的“加速器”,能让他们迅速进入专业领域的核心。然而,对于那些数学背景相对薄弱的读者,前期的门槛可能会显得有些高。我记得我为了理解递归关系的那一部分,不得不反复查阅和回顾前面对数学归纳法的阐述,才能勉强跟上作者的思路。这本书更像是一本参考手册,而不是一本启蒙读物。它不太会用生动的比喻来帮你“记忆”,而是要求你通过精确的定义来“理解”本质,这是一种非常纯粹的学术训练。

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