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出版者:科学出版社

作者:肖洪生

出品人:

页数:312

译者:

出版时间:2004-7-1

价格:26.00元

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787030134219

丛书系列:

图书标签:

• 计算机网络
• 网络技术
• 数据通信
• TCP/IP
• 网络协议
• 网络安全
• 网络工程
• 计算机科学
• 信息技术
• 网络原理

深入探索信息时代的基石：精妙绝伦的《数据结构与算法解析》 一、本书的定位与核心价值 《数据结构与算法解析》并非仅仅是一本枯燥的编程工具书，它是一部旨在为读者构建坚实计算思维殿堂的权威指南。在当今这个以数据驱动为核心的时代，无论是支撑万亿次交易的金融系统、驱动自动驾驶的复杂决策模块，还是支撑大型语言模型运行的高效索引机制，其底层逻辑无不深植于数据组织与高效处理的艺术——数据结构与算法。 本书以深入浅出、层层递进的结构，全面覆盖了经典与前沿的数据结构体系，并以严谨的数学分析为支撑，剖析了核心算法的设计哲学与实现细节。我们的目标是超越“会用”的层面，达到“精通”的境界，使读者真正理解为何某种结构比另一种更适合特定场景，以及如何从数学上证明算法的效率与正确性。 二、内容深度解析：构建计算思维的基石 本书共分为六大部分，每一部分都如同搭建摩天大楼的坚固楼层，环环相扣，逻辑清晰。 第一部分：基础要素与抽象思维（The Foundation） 本部分着重于为后续的学习打下坚实的理论基础。我们首先回顾了集合论、图论中的基础概念，并引入了算法分析的核心工具——大O、Ω、Θ记号的严格定义与实际应用。重点讲解了时间复杂度与空间复杂度的精确量化方法，特别是针对递归关系式的求解，如主定理（Master Theorem）的深入推导。此外，还详细探讨了渐近分析的局限性及其在实际工程中的权衡，强调了常数因子和机器架构对性能的实际影响。 第二部分：线性结构的高效组织（Linear Structures Mastery） 线性结构是编程中最常见的基础模型。本书详细阐述了数组与链表的对比，不仅停留在内存连续性上，更深入到缓存局部性（Cache Locality）对性能的影响。 栈与队列（Stack & Queue）：不仅涵盖了LIFO/FIFO的基本应用，还引入了双端队列（Deque）在滑动窗口最大值等问题中的优雅应用。 稀疏矩阵的存储优化：讨论了三对角矩阵和使用十字链表法来存储海量稀疏数据的高效性。 动态数组的扩容策略：深度剖析了数组插入与删除操作的平均摊还复杂度分析，解释了为何某些语言的`ArrayList`采用2倍扩容而非1.5倍扩容的内在原因。 第三部分：树形结构与层次化管理（Hierarchical Data Management） 树结构是处理层级关系和实现快速查找的关键。本部分是全书的重点之一。 二叉树的遍历与构造：不仅限于前序、中序、后序，还详细讲解了基于层次序的构造算法。 平衡搜索树的精髓：AVL树和红黑树（Red-Black Trees）的旋转操作被分解为最小单元，配以丰富的插图和步骤推演，确保读者能理解其自我修复机制。特别是红黑树的颜色性质与删除过程中的重平衡，进行了细致的数学论证。 B/B+树的原理：这是理解数据库索引机制的必经之路。本书从磁盘I/O的角度出发，解释了多路平衡搜索树的设计哲学，及其在外部存储系统中的卓越性能。 第四部分：图论的广阔世界（The Realm of Graphs） 图结构是模拟复杂网络关系的核心工具。本书将图论的应用推向了工程实践的前沿。 图的表示：详细对比了邻接矩阵与邻接表的优劣，并引入了邻接表在稀疏图中的空间优势。 经典遍历与路径搜索：深度优先搜索（DFS）和广度优先搜索（BFS）的应用场景区分，包括拓扑排序（Topological Sort）的Kahn算法与DFS递归实现。 最短路径算法的实战：Dijkstra算法的适用性、Bellman-Ford算法对负权边的处理，以及Floyd-Warshall算法在全源最短路径问题中的动态规划思想。特别关注了A算法中启发式函数的构建与评估。 第五部分：高效查找与排序的艺术（Search & Sort Mastery） 排序与查找是所有计算任务的基础性能瓶颈。本书提供了对这些基础操作的彻底理解。 排序算法的深度剖析：除了常见的冒泡、插入、选择排序外，重点研究了快速排序（Quick Sort）的Pivot选择策略（如三数取中法）与最坏情况的规避，以及归并排序的稳定性保证。对于$O(N log N)$的算法，我们进行了严格的递归树分析。 堆结构的应用：二项堆（Binomial Heap）和斐波那契堆（Fibonacci Heap）的复杂结构和摊还分析被详细阐述，解释了它们如何在Dijkstra和Prim算法中提供比传统堆更优越的渐近性能。 散列表（Hash Table）的终极优化：深入探讨了链式法则、开放寻址法（线性探测、二次探测、双重散列）的性能差异。核心章节聚焦于一致性哈希（Consistent Hashing）在分布式缓存系统（如Memcached、Redis集群）中的关键作用，以及如何通过完美的哈希函数来消除冲突。 第六部分：高级主题与工程展望（Advanced Topics） 本部分将理论知识与现代计算的需求紧密结合。 动态规划（Dynamic Programming）的再探：从最长公共子序列到背包问题的各种变体，强调状态定义、转移方程和空间优化（如二维DP到一维DP的压缩）。 贪心算法的正确性证明：讲解如何利用反证法或交换论证法来证明一个贪心选择具有全局最优性。 Trie树（前缀树）的高效应用：在自动补全、IP路由查找中的实际部署案例分析。 数据流处理中的结构：简要介绍了Bloom Filter（布隆过滤器）在减少误报和空间占用方面的巧妙设计，以及Skip List（跳表）作为一种可并行化的替代搜索结构的潜力。 三、本书的独特教学风格 本书的编写风格力求在严谨性与可读性之间找到完美的平衡。 1. 代码实现的透明化：所有核心算法均采用清晰、结构化的伪代码或C++/Java实现，注重注释对逻辑步骤的即时解释，而非事后总结。 2. 几何与直观结合：对于抽象的概念（如树的旋转、图的切分），配有大量高质量的结构化图示，帮助读者建立直观的“图像记忆”。 3. “为什么不？”的追问：本书不满足于“如何做”，更深入探讨“为什么选择这种方法”。例如，在讲解堆排序时，会对比它与快速排序在稳定性、内存占用上的差异，培养读者的批判性思维。 《数据结构与算法解析》是献给所有渴望构建高效、可靠软件系统的工程师、科学家和计算机专业学生的必备之作。掌握了这些基石，您将能够驾驭任何复杂的信息处理挑战。

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