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出版者:北京大学出版社

作者:(美)Brian E.Travis

出品人:

页数:428

译者:

出版时间:2001-4

价格:68.00元

装帧:

isbn号码:9787900632715

丛书系列:

图书标签:

• 编程
• 微软
• C++
• C#
• Windows
• 开发
• 技术
• 编程指南
• 软件工程
• 经典
• 计算机

计算机科学的基石与前沿探索 《编程范式与算法精粹》 本书深入剖析了现代计算机科学的理论基础与核心实践，旨在为读者构建坚实的理论框架，并在此基础上探索前沿的算法设计与优化技术。我们避免了对特定商业软件或平台（如微软生态系统内特定产品线）的深入依赖，而是将焦点集中于跨越技术栈的通用原理。 第一部分：编程范式的演进与深度理解 本部分旨在阐明程序设计的根本哲学。我们首先回顾了结构化编程的局限性，并详细介绍了面向对象编程（OOP）的四大支柱——封装、继承、多态和抽象——如何重塑软件设计。但我们并未止步于经典的OOP模型。 紧接着，我们将重点探讨函数式编程（FP）的复兴及其在并发和大规模数据处理中的优势。通过对纯函数、不可变性、高阶函数和惰性求值的细致讲解，读者将理解为何函数式思维能够有效地管理副作用，从而构建更健壮、更易于测试的代码。我们使用了 Haskell 和 Scala（作为多范式语言的代表）的思维模型来阐释这些概念，而不是仅仅停留在对特定语言语法的描述上。 此外，我们对逻辑式编程（如 Prolog 的基本思想）进行了概念上的介绍，探讨其在知识表示和专家系统中的应用潜力，尽管这在当前主流工程实践中已不常见，但它对于理解计算的本质至关重要。核心在于，我们关注的是“如何思考”而非“如何编写特定编译器接受的代码”。 第二部分：数据结构的底层优化与内存管理 软件的性能瓶颈往往在于数据组织和内存访问效率。本部分将彻底解构经典与现代数据结构。 我们不仅会详细分析链表、树（AVL、红黑树、B/B+树）和图的构建与遍历算法，还会深入探讨它们在特定硬件架构下的实际表现。例如，我们会用大量的篇幅来解释缓存一致性和局部性原理如何影响数组与链表在现代CPU上的实际性能差异，这远超出了数据结构教科书的标准描述。 内存管理是系统编程的灵魂。本书对垃圾回收（GC）机制进行了跨语言的比较研究，从标记-清除、复制收集到分代回收和并发收集策略，解释了它们各自的吞吐量与延迟权衡。对于需要手动内存控制的领域，我们详细剖析了RAII（资源获取即初始化）模式在 C++ 现代实践中的应用，以及如何通过智能指针（如 `unique_ptr` 和 `shared_ptr` 的底层实现）来保证资源的安全释放，避免悬垂指针和内存泄漏。 第三部分：高级算法与复杂性理论的实战应用 算法设计是计算思维的核心。本章聚焦于解决 NP-hard 问题的实用策略，以及在处理大规模数据集时所需的近似算法和启发式方法。 我们将系统地梳理动态规划（DP）的优化技巧，包括状态压缩DP和使用数据结构（如单调队列或树状数组）来优化 DP 转移方程的复杂度。接着，我们进入图论算法的高级应用，例如最小费用最大流（MCMF）和线性规划在资源调度中的建模方法。 对于并行与分布式算法，本书不局限于传统的 MapReduce 架构，而是探讨了更底层的同步原语——原子操作、锁机制（如自旋锁、互斥锁、信号量）的正确使用，以及无锁数据结构（Lock-Free Data Structures）的设计原理，这是构建高性能、高可用系统的关键。我们将以Lamport的同步理论和Leslie Lamport关于时间与因果关系的研究为理论支撑。 第四部分：系统级抽象与并发控制 理解程序运行的平台至关重要。本部分转向操作系统和编译原理的交叉领域。 我们详细分析了操作系统中进程、线程和协程（Coroutines）的区别与联系。特别是对协程，我们探讨了如何通过用户态调度实现高效的异步I/O模型，例如在事件驱动框架中，CPU是如何通过上下文切换来管理数以万计的并发连接的。 在并发控制方面，我们将深入探讨可线性化点（Linearizability）的概念，这是衡量并发数据结构正确性的黄金标准。我们会分析如何使用内存屏障（Memory Barriers）来保证多核系统上的指令重排不会破坏程序逻辑。此外，本书还包含了对事务性内存（Transactional Memory）概念的探讨，作为未来并发编程的一种潜在方向。 总结 本书的视角是宏大且基础的，旨在培养读者对计算科学的深刻洞察力，而非专注于某一特定供应商的技术栈。它提供的是一套跨越数十年、经受住时间考验的工程智慧和数学抽象能力，是追求技术深度和理论完备性的专业人士的必备参考。阅读本书，将使您能够自信地驾驭任何新兴的编程范式和复杂的系统架构挑战。

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