具体描述
金融监管教程，ISBN：9787504935571，作者：郭田勇主编
编程语言与数据结构精要 书名：编程语言与数据结构精要 作者：张伟 著 出版社：计算科学出版社 ISBN：978-7-1234-5678-9 --- 内容提要 《编程语言与数据结构精要》是一本旨在为计算机科学、软件工程及相关专业学生和从业人员提供坚实理论基础与实践指导的权威著作。本书深入剖析了现代编程语言的设计哲学、核心范式，并系统阐述了支撑高效计算的基石——数据结构。全书内容严谨，逻辑清晰，覆盖了从抽象概念到具体实现的完整知识体系。 本书的独特之处在于，它不局限于介绍某一特定语言的语法细节，而是着眼于编程语言的本质属性，如类型系统、内存管理、并发模型等，引导读者理解不同语言背后的设计权衡与适用场景。同时，对于数据结构部分，本书不仅详尽讲解了线性结构（数组、链表）、树形结构（二叉树、B树）、图结构以及散列表等经典结构，还引入了面向大规模数据处理的先进结构，如布隆过滤器、Trie树的高级应用，并结合实际案例分析了它们在算法复杂度优化中的关键作用。 本书的编写严格遵循“理论指导实践，实践反哺理论”的原则。每一章的理论阐述后，均附有大量的算法实现示例和复杂度分析，旨在帮助读者构建起从问题抽象到高效代码实现的完整思维链条。我们精选了C++、Java和Python作为主要的示例语言，展示不同语言范式在实现相同数据结构时的风格差异与性能考量。 --- 章节结构与详细内容 本书共分为十五章，结构上分为编程语言基础（第一至五章）、核心数据结构（第六至十章） 和 高级主题与应用（第十一至十五章） 三大部分。 第一部分：编程语言基础（5章） 第一章：编程语言概述与计算模型 本章首先界定了“编程语言”的本质，探讨了形式语言理论（Chomsky层次结构）在语言设计中的应用。重点阐述了图灵机、Lambda演算等经典计算模型，为理解程序的可计算性与局限性奠定基础。讨论了不同计算范式（指令式、函数式、面向对象式）的起源与核心思想差异。 第二章：类型系统与语义 类型系统是现代编程语言安全性的核心。本章深入剖析了静态类型与动态类型、强类型与弱类型之间的权衡。详细介绍了类型推导机制（如Hindley-Milner算法简介）和类型抽象（如接口、类型类）。语义方面，本章对比了操作语义、公理语义和流形语义，使读者能从数学层面理解程序行为的确定性。 第三章：内存管理与运行时环境 本章聚焦于程序执行的物理载体。详细讲解了栈（Stack）与堆（Heap）的工作原理，自动变量与动态分配的生命周期管理。深入探讨了垃圾回收（Garbage Collection）机制，包括引用计数、标记-清除、复制收集器等主流算法的实现细节、优缺点及调优策略。 第四章：面向对象范式详解 本章系统解析了面向对象编程（OOP）的四大支柱：封装、继承、多态。着重探讨了虚函数表（V-Table）在C++中的实现机制，以及接口（Interface）与抽象类在不同语言中的实现差异。此外，还引入了设计模式（如工厂、单例、观察者）作为OOP思想的实践总结。 第五章：函数式编程基础与并发模型 本章介绍了函数式编程（FP）的核心特性：纯函数、高阶函数、不可变性。通过解析Currying和闭包，展示了函数作为“一等公民”的强大能力。在并发模型方面，探讨了基于线程/锁的传统同步机制，并与基于Actor模型（如Erlang/Akka）和CSP模型（如Go语言）的现代并发设计进行了对比分析。 第二部分：核心数据结构（5章） 第六章：线性数据结构与底层优化 本章从底层数组（Array）的内存布局开始，讨论其缓存局部性优势。随后深入研究了链表（Singly, Doubly, Circular Lists）的插入与删除操作的时间复杂度，并对比了静态数组与动态数组（如`std::vector`）在扩容策略上的差异。还包括栈（Stack）和队列（Queue）在特定应用（如表达式求值、广度优先搜索）中的实现。 第七章：树形结构与层次化数据管理 树结构是组织层次化数据的关键。本章详细介绍了二叉树、平衡二叉搜索树（AVL树和红黑树）。红黑树的插入、删除和旋转操作被分解为详细步骤进行讲解，重点分析其O(log n)的自平衡保证。此外，还覆盖了堆（Heap）结构（最大堆/最小堆）及其在优先队列中的应用。 第八章：散列表（哈希表）的高效实现 散列表是实现O(1)平均时间复杂度查找的基石。本章深入探讨了哈希函数的设计原则（均匀性、雪崩效应），并详尽分析了解决冲突的几种主要方法：链式法、开放定址法（线性探测、二次探测、双重哈希）。还讨论了加载因子对性能的影响及动态重散列（Resizing）的策略。 第九章：图结构与遍历算法 图（Graph）是表示复杂关系网络的强大工具。本章定义了图的抽象表示（邻接矩阵与邻接表）及其适用场景。核心内容包括图的两种基本遍历算法：深度优先搜索（DFS）和广度优先搜索（BFS），并辅以迷宫求解、拓扑排序等实际案例。 第十章：高级图算法与最短路径 本章进阶探讨图算法的应用。重点解析了解决最短路径问题的经典算法：Dijkstra算法（针对非负权边）和Bellman-Ford算法（处理负权边）。此外，还介绍了最小生成树（MST）的Kruskal算法和Prim算法，并简要介绍了Floyd-Warshall算法用于计算所有节点对之间的最短路径。 第三部分：高级主题与应用（5章） 第十一章：B树与磁盘I/O优化 针对数据库和文件系统对外部存储的访问需求，本章专门讲解了B树（B-Tree）及其变种B+树。强调了它们如何通过保持较小的树高来最小化磁盘I/O操作，是理解数据库索引机制的必经之路。 第十二章：高级搜索结构：Trie与区间树 本章介绍了Trie（前缀树），展示其在字典查找、自动完成（Autocomplete）功能中的高效性。随后引入了区间树（Interval Tree）和线段树（Segment Tree），用于高效处理范围查询和区间更新问题，这在计算几何和大规模数据分析中至关重要。 第十三章：算法复杂度分析与渐进记号 本章回归理论分析的核心。系统回顾并深化了对大O、小o、Theta等渐进记号的理解。重点讲解了摊还分析（Amortized Analysis）在分析动态数组扩容、斐波那契堆等结构时的应用，提供了更精确的性能评估工具。 第十四章：并发数据结构的挑战 在多核处理器时代，并发数据结构至关重要。本章分析了在无锁（Lock-Free）或低锁（Low-Lock）环境下实现安全数据结构（如并发栈、并发队列）的难度。介绍了CAS（Compare-and-Swap）原语及其在实现无锁算法中的基础性作用。 第十五章：案例研究：高效算法在现代系统中的应用 本章作为总结与展望，通过具体的系统案例来整合前述知识。案例包括：NoSQL数据库（如Redis）如何使用跳表（Skip List）实现有序集合；搜索引擎如何利用倒排索引（基于Trie或哈希表）加速查询；以及编译器前端如何利用抽象语法树（AST，一种树结构）进行代码解析。 --- 本书特色 1. 范式驱动：不被特定语言束缚，聚焦于编程语言背后的设计原理与通用范式。 2. 深度与广度兼顾：既有对基础结构（如链表、哈希表）的底层剖析，也覆盖了面向大规模应用的高级结构（如B+树、线段树）。 3. 严谨的分析：所有核心算法均配有详细的时间和空间复杂度分析，理论与实践紧密结合。 4. 多语言视角：示例代码选用业界主流语言，帮助读者在不同语言环境下理解数据结构和语言特性的交互作用。 本书适合作为高等院校计算机科学与技术、软件工程等专业的教材或参考书，同时也是希望深化自身编程功底、追求代码高性能和高可靠性的软件开发人员的理想选择。
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