Theory of Computational Complexity

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出版者:Wiley-Interscience
作者:Ding-Zhu Du
出品人:
页数:512
译者:
出版时间:2000-01-14
价格:USD 135.00
装帧:Hardcover
isbn号码:9780471345060
丛书系列:Wiley Series in Discrete Mathematics and Optimization
图书标签:
  • complexity
  • 计算复杂性
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具体描述

A complete treatment of fundamentals and recent advances in complexity theory Complexity theory studies the inherent difficulties of solving algorithmic problems by digital computers. This comprehensive work discusses the major topics in complexity theory, including fundamental topics as well as recent breakthroughs not previously available in book form. Theory of Computational Complexity offers a thorough presentation of the fundamentals of complexity theory, including NP-completeness theory, the polynomial-time hierarchy, relativization, and the application to cryptography. It also examines the theory of nonuniform computational complexity, including the computational models of decision trees and Boolean circuits, and the notion of polynomial-time isomorphism. The theory of probabilistic complexity, which studies complexity issues related to randomized computation as well as interactive proof systems and probabilistically checkable proofs, is also covered. Extraordinary in both its breadth and depth, this volume:

* Provides complete proofs of recent breakthroughs in complexity theory

* Presents results in well-defined form with complete proofs and numerous exercises

* Includes scores of graphs and figures to clarify difficult material

An invaluable resource for researchers as well as an important guide for graduate and advanced undergraduate students, Theory of Computational Complexity is destined to become the standard reference in the field.

《计算理论精要:复杂性的深层探索》 本书深入剖析了计算的本质以及其固有的局限性。它不仅仅是一本关于算法分析的书籍,更是一次关于信息处理能力边界的哲学性考察。从最基本的计算模型出发,我们将一步步揭示计算复杂性理论的核心概念,理解为何有些问题看似简单,却需要指数级增长的资源才能解决。 第一章:计算的基石——可计算性与不可计算性 在踏上复杂性之旅前,我们必须先确立计算的基石。本章将回溯计算思想的起源,从图灵机的抽象概念开始,构建起一个形式化的计算模型。我们将深入探讨什么是“可计算的”,以及哪些问题注定无法被任何算法解决,即“不可计算性”。通过对停机问题等经典例子的剖析,读者将对计算的根本能力与局限性获得深刻的理解。我们将考察这些理论概念如何影响着计算机科学的理论发展,以及它们在实际应用中(例如编译器设计中的终止性检查)所体现的价值。 第二章:衡量效率的标尺——时间与空间复杂度 一旦我们理解了什么是可以计算的,下一个关键问题便是如何衡量计算的“效率”。本章将详细介绍时间复杂度和空间复杂度的概念,这是评估算法性能的两个核心指标。我们将学习如何使用大O记号等工具来精确描述算法随着输入规模增长而消耗的计算资源。通过对不同排序算法(如冒泡排序、快速排序、归并排序)和搜索算法(如线性搜索、二分搜索)在不同复杂度类别下的表现进行对比分析,读者将领会到选择合适算法的重要性,以及理解复杂度如何指导我们设计更高效的解决方案。我们将探讨多项式时间(P类)和指数时间(NP类)之间的鸿沟,为理解更深层次的复杂性问题奠定基础。 第三章:问题的分类——P类、NP类及其关系 本章是复杂性理论的核心战场之一:问题的分类。我们将正式定义P类问题(可以在多项式时间内解决的问题)和NP类问题(可以在多项式时间内验证其解的问题)。一个核心问题被提出:P是否等于NP?这被誉为计算机科学中最重要、最棘手的未解之谜之一。我们将探讨NP-完备性这一概念,理解NP-完备问题是如何成为NP类问题中的“最困难”的代表。我们将考察 SAT (可满足性问题)、旅行商问题 (TSP) 等NP-完备问题的经典例子,并讨论 NP-完备性理论的深远意义,它意味着如果我们能够找到一个多项式时间的算法来解决任何一个NP-完备问题,那么所有NP类问题都将迎刃而解。 第四章:走向更广阔的领域——NP-难、NP-硬与近似算法 在深入理解P与NP之后,我们将视角扩展到更广泛的复杂性类别。本章将介绍NP-难问题(比NP类问题更难的问题,可能本身不在NP类中)和NP-硬问题(NP类中所有问题都可以归约到它的问题)。我们将看到,许多实际问题,尤其是在优化和组合领域,都属于NP-硬范畴。对于这些难以精确求解的问题,我们转向“近似算法”的概念。我们将学习如何设计和分析近似算法,它们虽然不能保证找到最优解,但能在可接受的时间内找到一个“足够好”的解。例如,对于旅行商问题,我们将讨论一些经典的近似算法及其性能界限。 第五章:计算资源的多样性——其他复杂性类别与模型 计算的复杂性并非仅限于时间和空间。本章将探索其他重要的计算资源维度,例如随机性、并行性以及与特定问题相关的结构化复杂性。我们将介绍随机化算法,理解它们如何利用随机性来提高效率或在某些情况下解决确定性算法难以处理的问题(如素性检验)。此外,我们将简要介绍并行计算模型,探讨如何在多处理器环境中提升计算速度。读者还将接触到指数时间假设 (ETH)、NP 可满足性中的指数时间复杂度等概念,进一步拓宽对计算复杂性的理解。 第六章:理论的实践意义与未来展望 最后,我们将回顾前面章节的核心思想,并探讨计算复杂性理论在实际世界中的深远影响。从密码学(例如,公钥加密的安全性依赖于某些数学问题的计算难度)到人工智能(如,约束满足问题和搜索空间的复杂性),再到生物信息学和运筹学,复杂性理论为理解和解决这些领域的挑战提供了重要的理论框架。本章将展望计算复杂性研究的前沿方向,包括新的复杂性类别的定义、对指数时间算法的深入研究,以及与物理学、数学等其他学科的交叉影响。 《计算理论精要:复杂性的深层探索》旨在为读者提供一个全面而深入的计算复杂性理论视角,帮助他们理解算法的边界,欣赏理论的优雅,并为解决现实世界中更具挑战性的计算问题提供有力的理论支撑。本书适合对计算机科学理论有浓厚兴趣的本科生、研究生以及所有希望深入理解计算本质的专业人士。

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读后感

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用户评价

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当我合上《Theory of Computational Complexity》的最后一页时,我感到一阵由衷的敬畏。这本书的深度和广度,让我意识到计算理论的博大精深。作者的语言风格非常学术化,充满了数学的严谨和逻辑的精确。每一个定理的陈述都经过仔细斟酌,每一个证明的步骤都力求无可挑剔。这对于想要真正理解计算复杂性理论的读者来说,是极其宝贵的。我记得书中关于多项式时间层次(Polynomial Hierarchy)的介绍,它如何将NP、co-NP等概念进一步扩展,构建了一个更加精细的计算复杂性分类体系。作者通过清晰的定义和严格的证明,让我逐步理解了不同层级之间关系的微妙之处。他对于NP-completeness的深入探讨,不仅仅是关于问题的可归约性,更是关于在这些困难问题背后所隐藏的计算的本质。书中对近似算法的讨论,尤其让我印象深刻。作者并非简单地列举几种近似算法,而是深入探讨了近似比的概念,以及如何证明近似算法的最优性界限。例如,关于最大割问题(Max-Cut)的近似算法,以及它的研究进展,这让我看到了理论研究如何在实际应用中发挥作用。这本书的优点在于其对理论的深度挖掘。它鼓励读者去思考“为什么”,而不是仅仅满足于“是什么”。作者在讲解过程中,常常会提出一些开放性的问题,引导读者自己去探索和思考。例如,关于P versus NP问题的讨论,书中并没有给出明确的答案,而是呈现了各种观点和研究方向,激发了读者的独立思考能力。这本书是一本真正能够提升读者对计算本质理解的书籍。

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《Theory of Computational Complexity》这本书,对我而言,更像是一场智力的马拉松,而不是一次短跑冲刺。我花了相当长的时间来消化其中的内容,尤其是那些涉及形式化证明和数学归纳法的章节。作者的写作风格非常精炼,常常是用最少的文字来表达最深刻的含义,这对于习惯了详细解释的读者来说,可能需要反复阅读和思考。我记得在阅读关于证明P=NP猜想之所以困难的部分时,作者并没有直接给出结论,而是通过回顾已经提出的各种尝试和它们失败的原因,来阐述这个问题的核心挑战。这种“反向思考”的方式,反而更能让我理解这个猜想的深邃之处。书中对概率算法的介绍,也给我留下了深刻的印象。作者如何将概率引入算法设计,以及如何分析概率算法的正确性和效率,这是一种非常巧妙的思维方式。例如,在讲解随机化选择算法时,书中对期望运行时间的分析,以及如何通过抽样来近似中位数,让我看到了概率在算法设计中的强大力量。我特别喜欢书中对信息论在计算复杂性中的应用的章节。例如,如何利用信息论的界限来证明某些算法的下界,这是一种非常强大的分析工具。作者在讲解时,并没有生硬地套用公式,而是循序渐进地引导读者理解这些公式背后的直观意义。这本书的特点在于它对计算理论的系统性和全面性。它不仅仅是罗列各个定理,而是将它们有机地组织起来,形成一个连贯的理论体系。这种系统性的讲解,让我能够更好地理解各个概念之间的联系和区别。阅读这本书,让我感觉自己正在一步步地构建起对计算复杂性理论的宏观认知。

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《Theory of Computational Complexity》这本书,让我体验到了智力上的极大挑战,同时也收获了知识上的巨大满足。作者的写作风格非常直接,他似乎对那些不必要的解释感到厌烦,而是直接切入核心,用最精炼的数学语言来表达。我印象最深刻的是书中关于NP-completeness的证明,例如,如何证明SAT问题是NP-complete。作者通过构造性的证明,一步步地展示了如何将任何一个NP问题转化为SAT问题,从而揭示了SAT问题的核心地位。这种“将复杂问题转化为已知困难问题”的技巧,是我在这本书中学到的一个重要方法。书中对NP类问题的讨论,也让我对计算的“难”有了更深的理解。作者不仅仅是定义了NP类,而是深入探讨了NP类问题之间的关系,以及NP-complete问题的定义和性质。我喜欢作者在讲解过程中,善于使用图示和表格来辅助说明。这些视觉化的工具,让抽象的理论概念变得更加易于理解。例如,在讲解复杂性类之间的包含关系时,作者用一张图就清晰地展示了P, NP, co-NP等类之间的层级关系。这本书的优点在于其内容的权威性和前沿性。它涵盖了计算复杂性理论的许多重要概念和研究成果,为读者提供了深入了解该领域的绝佳途径。

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翻阅《Theory of Computational Complexity》,感觉自己像是进入了一个精密的数学机器之中。这本书的叙述风格非常冷静客观,每一句话都充满了逻辑的力量,仿佛在构建一个严丝合缝的理论大厦。我特别被书中关于证明NP-completeness的“约化”(reduction)过程所吸引。作者详细地解释了如何通过构造一个多项式时间的归约,将一个已知的NP-complete问题转化为待证明的问题,从而证明后者也是NP-complete。这种证明方法,逻辑严谨,层层递进,让人叹服。书中对字符串匹配算法的分析,也让我看到了理论与实践的紧密联系。例如,KMP算法(Knuth-Morris-Pratt algorithm)的原理和优化,以及它在计算复杂性理论中的地位,都得到了深入的剖析。我喜欢作者在讲解算法时,不仅仅停留在算法的描述,而是深入分析其时间复杂度和空间复杂度,并给出理论上的界限。这本书的优点在于它对计算复杂性理论的系统性梳理。它涵盖了从基础的计算模型到高级的复杂性类,形成了一个完整而连贯的理论体系。作者在讲解过程中,并没有回避那些困难的证明,而是通过详细的推导,引导读者一步步地理解。这种深入的讲解方式,让我对计算复杂性理论有了更深刻的认识。

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作为一名长期以来对计算理论的深邃之处抱有极大好奇的读者,我终于有机会翻阅了《Theory of Computational Complexity》这本厚重的著作。这本书并非那种让你轻松get到核心概念的入门读物,它更像是一座精雕细琢的知识宝库,需要你沉下心来,一点点去挖掘,去理解。初翻开它,扑面而来的是严谨的数学语言和抽象的逻辑推理,这无疑会给初学者带来一定的挑战。例如,书中对NP-completeness的深入探讨,不仅仅是停留在“哪些问题很困难”这个层面,而是构建了一套完整的形式化框架,通过归约(reduction)的概念,将问题之间的“难易”关系梳理得井井有条。我尤其被书中关于Cook-Levin定理的阐述所吸引,它如何将逻辑公式的可满足性问题(SAT)映射到布尔电路的可满足性,再进而证明SAT问题的NP-completeness,整个过程充满了数学的智慧和洞察力。书中对P类和NP类问题的界定,以及P≠NP猜想的引入,不仅仅是理论上的探讨,更是对计算能力极限的深刻追问,它触及了计算机科学最核心的哲学问题之一。作者在讲解过程中,并非生硬地罗列定理和证明,而是试图通过各种例子和类比,引导读者逐步建立起对计算复杂性理论的直观理解。例如,在讲解非确定性图灵机(NTM)和确定性图灵机(DTM)的区别时,作者并没有仅仅停留在计算模型的定义上,而是通过类比现实世界中的“猜谜游戏”和“验证答案”的过程,生动地解释了非确定性在计算中的作用。这本书的优点在于其内容的深度和广度,它涵盖了计算复杂性理论的多个重要分支,从基础的计算模型到更高级的近似算法、随机化算法,再到关于计算模型和算法效率的深层限制。对于任何想要深入理解计算科学核心的人来说,这本书都是一个不可或缺的参考。

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《Theory of Computational Complexity》这本书,是一本让我既感到头痛又感到着迷的著作。作者的写作风格非常直接,他似乎认为读者已经具备了必要的数学背景,因此直接进入了核心概念的讲解。我印象最深刻的是书中关于NP-complete问题族的介绍。作者如何将各种各样看似不相关的 NP-complete 问题联系起来,并通过多项式时间的归约,展示它们之间的“等价性”,这一过程充满了数学的优雅。书中关于近似算法的章节,也让我看到了理论研究在实际问题中的应用价值。作者如何分析近似算法的近似比,以及如何证明近似算法的最优性界限,这让我对如何“解决”困难问题有了新的认识。我喜欢作者在讲解过程中,善于提出一些挑战性的问题,引导读者独立思考。例如,关于P versus NP问题的讨论,书中并没有给出明确的答案,而是呈现了各种观点和研究方向,激发了读者的好奇心。这本书的特点在于其内容的深度和广度。它涵盖了计算复杂性理论的多个重要分支,为读者提供了一个深入了解该领域的绝佳机会。

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读完《Theory of Computational Complexity》的某个章节,我感觉自己像是攀登了一座巍峨的山峰,虽然过程艰辛,但登顶后的视野却无比开阔。这本书的叙述风格非常独特,它不是那种事无巨细地解释每一个细节的“保姆式”教学,而是更像一位经验丰富的向导,引领你穿越一片复杂而精妙的数学森林。作者善于提出引人深思的问题,然后在接下来的篇章中,层层递进地揭示答案。例如,关于最小割最大流定理的证明,书中提供了一种不同于标准教材的视角,它巧妙地利用了图的连通性和容量的概念,构建了一种动态的视角来理解这个定理。读到此处,我不得不惊叹于数学家们如何能从如此抽象的概念中提炼出如此深刻的结论。书中对动态规划算法的讨论,也远不止于算法的实现,而是深入探讨了动态规划的核心思想——最优子结构和重叠子问题,以及如何将它们应用于解决各种组合优化问题。我特别欣赏作者在讲解NP-hard问题的章节中,对实际应用场景的联系。虽然理论本身非常抽象,但作者总是能找到恰当的例子,说明这些理论是如何影响我们现实世界中的计算机科学问题的。例如,旅行商问题(TSP)的NP-hard性质,以及如何通过近似算法来寻找“足够好”的解,这让我对计算机科学的应用有了更深的理解。这本书的语言风格虽然严谨,但在关键时刻,作者也会用一些生动的比喻来帮助读者理解复杂的概念。比如,在解释P类问题时,作者将它们比作“可以在合理时间内解决的谜题”,而NP类问题则是“谜底很难找到,但一旦找到就可以快速验证的谜题”。这种对比让抽象的概念瞬间变得鲜活起来。总而言之,这本书为我打开了一个全新的视角,让我对计算的本质有了更深刻的认识。

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《Theory of Computational Complexity》这本书,对我而言,是一次充满挑战但回报丰厚的阅读体验。作者的风格非常直接,他似乎不屑于使用过多华丽的辞藻,而是用最直接、最严谨的数学语言来阐述复杂的概念。这使得阅读过程既艰巨又充满启发。我印象最深刻的是书中关于不可计算性(Uncomputability)的章节。作者如何引入图灵机的停机问题(Halting Problem),并通过对停机问题的不可判定性证明,来揭示计算能力的根本限制,这让我对计算的边界有了前所未有的清晰认识。这种证明方式,通过构建一个矛盾,来证明某个问题的无法解决,是一种非常强大的逻辑推理技巧。书中对于计算模型的讨论,也让我大开眼界。除了传统的图灵机,作者还介绍了各种计算模型,如λ-演算(lambda calculus)和组合逻辑(combinatory logic),并证明了它们在计算能力上的等价性。这种对计算模型多样性的探索,让我看到了计算理论背后统一的计算模型思想。我特别欣赏作者在讲解递归(Recursion)和不动点(Fixed-point)时,所采用的数学化的方法。这些概念在很多计算理论的证明中都至关重要,而作者的讲解方式,虽然抽象,但却非常系统和完整。这本书的特点在于其内容的扎实和理论的严谨。它不是一本可以随意翻阅的书,而是需要读者投入大量时间和精力去深入理解。它的优点在于能够为读者建立起一个坚实的理论基础,为进一步的学习和研究打下坚实的基础。

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初次接触《Theory of Computational Complexity》,我被其严谨的数学语言和深邃的理论内容所震撼。这本书的风格极其冷静和客观,仿佛作者是一位严谨的数学家,在用逻辑构建一个纯粹的数学世界。我尤其被书中关于可计算性理论(Computability Theory)的深入探讨所吸引。作者如何引入图灵机模型,以及如何通过它来定义可计算函数,并进而讨论不可计算函数的存在性,这一过程充满了数学的智慧和洞察力。证明不可计算性的方法,例如对停机问题的不可判定性的证明,让我看到了数学证明的强大力量。书中对NP-completeness的讲解,不仅仅停留在概念层面,而是深入到如何构造多项式时间的归约,以及如何证明一个问题是NP-complete。这种对证明过程的详细阐述,让我能够真正理解NP-completeness的含义。我喜欢作者在讲解过程中,善于使用形式化符号来精确地表达概念。虽然这需要一定的数学功底,但一旦掌握,就能清晰地理解作者的意图。这本书的优点在于其理论的系统性和完整性。它从计算模型出发,逐步构建起复杂的计算理论体系,为读者提供了一个全面的视角。

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阅读《Theory of Computational Complexity》,我仿佛走进了一座由逻辑和公式构成的宏伟殿堂。这本书的风格非常严谨,作者用最精确的数学语言,层层递进地构建起计算复杂性理论的坚实体系。我特别被书中关于证明NP-completeness的论证过程所吸引。作者如何通过构造性的证明,将一个NP问题转化为一个SAT问题,从而证明SAT问题的NP-completeness,这一过程充满了数学的智慧和严谨。书中对NP-complete问题族的介绍,让我看到了不同问题的内在联系,以及它们在计算上所面临的共同挑战。我喜欢作者在讲解过程中,善于使用数学符号来精确地表达概念。虽然这需要一定的数学基础,但一旦掌握,就能清晰地理解作者的思路。这本书的优点在于其理论的系统性和前沿性。它涵盖了计算复杂性理论的许多重要概念和研究成果,为读者提供了一个深入了解该领域的绝佳途径。

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