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出版者:西苑出版社

作者:任志鸿

出品人:

页数:163

译者:

出版时间:2005-6

价格:13.00元

装帧:

isbn号码:9787801089540

丛书系列:

图书标签:

• 初中
• 数学
• 同步练习
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• 优化
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• 培优

编程世界与人工智能的深度探索：数据结构、算法与高级应用 一、计算机科学的基石：严谨的数据结构与算法设计 本书聚焦于计算机科学领域的核心——数据结构与算法，旨在为读者构建坚实的理论基础和高效的实践能力。我们深入剖析了各类基本数据结构的内在机制与应用场景，从线性结构到非线性结构，力求提供最透彻的理解。 1. 线性结构的精细化处理： 详细阐述了数组、链表（单向、双向、循环）在内存中的具体表现与操作效率分析。特别关注了栈（Stack）与队列（Queue）在表达式求值、递归模拟、任务调度等实际问题中的经典应用，并通过大量代码示例展示了如何优化它们的实现，以适应大规模数据的处理需求。 2. 非线性结构的体系化构建： 树（Tree）是本书的重点章节之一。我们不仅涵盖了二叉树、平衡二叉树（AVL树、红黑树）的基本概念和旋转操作，还深入探讨了B树和B+树在数据库索引系统中的关键作用。对于图（Graph）结构，本书采用邻接矩阵和邻接表两种表示方法进行对比分析，并着重讲解了拓扑排序、最短路径算法（Dijkstra、Floyd-Warshall）以及最小生成树算法（Prim、Kruskal）的理论推导与代码实现。 3. 算法设计的思维导图： 本书将算法设计方法论系统化。递归与迭代作为基础方法，贯穿始终；分治法通过快速排序和归并排序的案例进行深入剖析，强调如何有效地分割问题；贪心算法在背包问题、霍夫曼编码中的应用展示了局部最优解的有效性；而动态规划部分，则通过最长公共子序列、背包问题（0/1和完全）等经典案例，系统梳理了状态定义、转移方程的建立过程，这是解决复杂优化问题的核心技能。 4. 查找与排序的性能优化： 排序算法部分，我们超越了基础的冒泡和选择排序，重点讲解了快速排序和堆排序在实际工程中的性能优势与局限性。对于查找，除了线性查找和二分查找，还引入了哈希表（Hash Table）的原理、冲突解决机制（开放定址法与链地址法），以及如何设计理想的散列函数以达到平均 $O(1)$ 的查找效率。 二、面向对象设计与软件工程实践 本书强调理论指导实践，将面向对象编程（OOP）的原则融入到数据结构和算法的实现过程中。 1. OOP核心概念的工程化应用： 详细解释了封装、继承和多态在构建可重用、易维护代码库中的重要性。我们使用C++或Java（根据版本选择主要实现语言）对复杂数据结构进行封装，利用抽象类和接口定义统一的算法操作规范，确保代码的模块化和扩展性。 2. 设计模式的实战演练： 引入GoF设计模式，精选如工厂模式、单例模式、观察者模式和策略模式，并结合前述的数据结构实现（例如，使用策略模式实现不同类型的排序算法），展示如何用成熟的设计思想来解决现实中的架构难题，提升软件设计的健壮性和灵活性。 3. 性能分析与复杂度度量： 深入讲解了时间复杂度和空间复杂度的渐进表示法（大 $O$ 记号），并教授读者如何使用性能分析工具对代码进行基准测试（Benchmarking），识别性能瓶颈，从而指导算法和数据结构的最终选型。 三、前沿计算领域：图论与基础人工智能 为拓展读者的视野，本书的后半部分引入了图论的高级应用以及与现代计算紧密相关的基础人工智能概念。 1. 图论的高级应用解析： 在最短路径和最小生成树的基础上，扩展探讨了网络流问题（最大流/最小割，Ford-Fulkerson算法），这对于网络资源分配和物流规划至关重要。同时，探讨了图着色问题和旅行商问题（TSP）的近似解法，认识NP问题的复杂性边界。 2. 机器学习的数学基础： 尽管不是专门的机器学习教材，本书提供了构建相关知识所需的数学工具。详细回顾了线性代数中的矩阵运算、向量空间、特征值分解（PCA的基础），以及概率论中的贝叶斯定理、最大似然估计等核心概念。这些是理解现代数据科学和机器学习算法背后原理的必要前提。 3. 基础搜索与决策： 介绍了状态空间搜索的基础，包括广度优先搜索（BFS）和深度优先搜索（DFS）在迷宫问题和路径探索中的应用。更进一步，讲解了启发式搜索算法，特别是A搜索算法，如何通过引入评估函数（Heuristics）有效地指导智能体在复杂环境中寻找最优路径。 四、案例驱动的学习路径 全书通过精心设计的案例驱动学习，确保理论与应用紧密结合： 编译器设计侧影： 通过表达式求值和语法分析，串联栈、队列和树结构的应用。 数据库索引模拟： 使用B+树的结构实现一个简化版的索引查找流程。 网络路由模拟： 利用图算法模拟数据包在网络中的最短路径选择。 调度系统设计： 应用优先级队列和堆结构设计高效的任务调度器。 本书旨在培养读者“像计算机科学家一样思考”的能力，提供一套从底层原理到高级应用的完整知识体系，使读者能够自信地应对复杂计算挑战，为深入学习操作系统、编译原理或人工智能等领域打下坚实的基础。

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