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出版者:McGraw-Hill Companies

作者:Raghu Ramakrishnan

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2000-06

价格:USD 116.45

装帧:Hardcover

isbn号码:9780072465358

丛书系列:

图书标签:

• 数据库
• 数据库管理系统
• DBMS
• 数据建模
• SQL
• 关系数据库
• NoSQL
• 数据仓库
• 数据分析
• 数据存储

《数据结构与算法：从基础到精通》 书籍简介 本书定位与目标读者： 本书专为计算机科学专业学生、软件工程师、数据科学家以及任何希望深入理解和高效应用计算思维的专业人士设计。它不仅仅是一本理论教材，更是一本强调实践、注重底层原理与前沿应用的综合性指南。无论你是初学者渴望打下坚实的基础，还是资深开发者希望优化现有系统性能，本书都将为你提供清晰、深入的知识框架与实战工具。 核心内容概述： 《数据结构与算法：从基础到精通》全面覆盖了构建高效软件系统的两大支柱——数据结构和算法设计。全书结构紧凑，逻辑严密，从最基础的抽象数据类型（ADT）出发，逐步过渡到复杂的图论算法和现代编程范式下的数据组织方法。 第一部分：基础构建——数据结构的基石 本部分致力于为读者构建坚实的数据组织基础。 数组与链表（一）： 详细探讨静态数组和动态数组的内存布局、时间复杂度和空间效率的权衡。深入剖析单向链表、双向链表和循环链表的实现细节、插入和删除操作的性能分析，以及在特定场景（如内存碎片化管理）中的应用优势。 栈与队列（二）： 阐述后进先出（LIFO）和先进先出（FIFO）原则的数学意义。重点介绍如何使用数组和链表实现这两种基本结构，并扩展讲解循环队列、优先队列（基于堆实现）及其在调度算法、表达式求值和缓冲区管理中的核心作用。 树结构（三）： 这是本书的重点之一。从最基础的二叉树开始，详细解析二叉搜索树（BST）的平衡性问题。随后，本书深入探讨了自平衡树的奥秘：红黑树（Red-Black Trees）的旋转与颜色维护规则、AVL 树的详细插入/删除平衡机制。此外，我们还覆盖了B树和B+树在外部存储系统（如文件系统和数据库索引）中的关键应用。 散列表（哈希表）（四）： 深入剖析哈希函数的设计原则（均匀性、雪崩效应），冲突解决策略（开放定址法、链地址法）。本书特别关注了动态哈希技术，如可扩展哈希（Extendible Hashing），以应对大规模数据集的性能需求。 图结构（五）： 介绍图的表示方法（邻接矩阵与邻接表），并深入分析图的遍历算法——深度优先搜索（DFS）和广度优先搜索（BFS），及其在连通性分析、拓扑排序中的应用。 第二部分：算法的精髓——设计、分析与优化 本部分聚焦于算法设计范式、效率分析和经典应用。 算法分析与复杂度（六）： 奠定严谨的数学分析基础。详细解释大O、Ω、Θ符号的精确含义，对递归关系进行求解（主定理），并教授如何通过经验测试和理论分析相结合的方式评估算法的实际性能。 排序算法的艺术（七）： 不仅讲解经典的冒泡、插入、选择排序，更着重于高效比较排序（归并排序、快速排序）的内部机制、枢轴选择策略和最坏情况的规避。此外，本书还涵盖了非比较排序，如计数排序、基数排序，及其在特定数据范围内的超线性优势。 图算法进阶（八）： 深入研究连接组件和最短路径问题。详细讲解Dijkstra算法（单源最短路径）、Bellman-Ford算法（处理负权边）和Floyd-Warshall算法（所有点对最短路径）。接着，探索最小生成树（MST）的构建，对比Kruskal和Prim算法的实现差异。 贪心算法（九）： 阐释贪心选择性质和最优子结构。通过活动选择问题、霍夫曼编码等经典案例，展示如何构建局部最优选择，并证明其导向全局最优解的有效性。 分治法与回溯法（十）： 详细解析分治策略（如合并排序、Strassen矩阵乘法）。同时，系统介绍回溯法（Backtracking）在解决约束满足问题中的应用，包括N皇后问题和迷宫求解，强调剪枝（Pruning）技巧对效率的决定性影响。 动态规划（十一）： 这是算法设计的巅峰之一。本书通过最长公共子序列、背包问题（0/1和分数）等经典模型，系统讲解如何识别重叠子问题和构建最优子结构，并详细对比自顶向下（带备忘录）和自底向上（表格填充）的实现方式。 第三部分：高级主题与现代应用 本部分将理论知识与前沿技术相结合。 堆与优先队列的高级应用（十二）： 深入探讨二项堆（Binomial Heaps）和斐波那契堆（Fibonacci Heaps）的结构和摊还分析，理解它们在优化某些图算法（如更快的单源最短路径算法）中的理论价值。 字符串匹配算法（十三）： 覆盖朴素匹配、KMP（Knuth-Morris-Pratt）算法的预处理表构建，以及Rabin-Karp的滚动哈希思想。 计算几何基础（十四）： 介绍凸包（Convex Hull）的Graham扫描法和Jarvis步进法，以及扫描线算法的基本思想。 复杂度理论导论（十五）： 介绍P、NP、NP-完全性问题的基本概念，理解哪些问题在计算上是“困难”的，为读者理解计算的本质界限打下基础。 本书特色： 1. 跨语言实现范例： 所有核心算法和数据结构均配有清晰的伪代码，并提供主流编程语言（如C++和Python）的参考实现，侧重于代码的健壮性和性能优化。 2. 理论与工程的桥梁： 每章末尾均设有“工程启示”部分，讨论如何在操作系统、编译器、网络协议和分布式系统中实际应用这些数据结构和算法。 3. 严格的数学推导： 不回避复杂证明，确保读者不仅知道“如何做”，更理解“为什么有效”以及“效率的极限在哪里”。 通过阅读本书，读者将不仅掌握一套解决问题的工具箱，更将培养出一种严谨的、以效率为导向的计算思维模式，这对于任何面向高性能、高可靠性软件的开发都是不可或缺的核心能力。

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从排版和图表的运用来看，这本书也体现出极高的专业素养。如果说内容是骨架，那么图表就是帮助理解的血肉。在涉及物理存储结构的部分，比如页（Page）的组织、堆表（Heap File）和索引组织的表的物理布局对比时，作者使用的插图非常精妙。它们不是那种简单、模糊的方框图，而是带有清晰的位移指示和数据块编号的示意图。例如，当解释页分裂（Page Split）时，图示清晰地展示了页内数据的移动过程，以及如何更新上层目录页的指针。这种可视化能力，使得原本枯燥的底层机制变得一目了然。此外，书中对各种查询优化器策略的描述，也大量使用了流程图和决策树。比如，当优化器面对一个包含多个连接（Join）操作的查询时，书中用一个结构化的流程图展示了启发式查询优化（Heuristic Optimization）是如何一步步筛选出最优连接顺序的。这种对视觉辅助工具的精妙整合，显著降低了复杂算法的学习曲线，让学习过程更加高效和直观。

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坦白讲，这本书的深度足以让很多资深开发者都感到“有料可挖”，但同时，它的组织结构又非常清晰，这一点着实让我刮目相看。我之前读过几本号称“权威”的数据库书籍，结果发现它们往往将并发控制和事务隔离级别混杂在一起，读起来逻辑链条经常被打断。然而，这本书在设计架构上明显下了大功夫。它用了近三分之一的篇幅来专门构建事务的理论基础，从ACID属性的哲学定义到实际的锁协议实现，层层递进，逻辑性极强。特别是关于两阶段锁定（2PL）和时间戳排序协议的对比分析部分，作者不仅详细列出了每种协议下的死锁检测和预防机制，还辅以了好几个精心设计的并发场景案例。我印象非常深的是，书中对MVCC（多版本并发控制）的阐述，它没有像其他教材那样只停留在概念层面，而是深入剖析了PostgreSQL和Oracle等主流数据库实现MVCC时，版本链管理和垃圾回收机制的具体差异。这种对“教科书理论”如何被“工业界落地”的细致描摹，让我对如何设计健壮的分布式事务有了更深刻的理解，完全超越了我对一本系统教材的预期。

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这本书的语言风格，可以说是一种克制而又极具洞察力的叙事方式。它没有采用那种过于口语化或者煽情的表达，而是保持了一种冷静的、分析性的语调，这非常适合用来处理像数据库设计这样严谨的学科。我尤其欣赏作者在处理范式理论（Normalization）时的态度。很多教材把范式当成是必须遵守的教条，上来就是BCNF、4NF，搞得读者一头雾水，觉得理论和实际大相径庭。这本书则巧妙地引入了“反范式”（Denormalization）的讨论。它首先用大量的篇幅阐述了范式在消除冗余、保证数据一致性上的巨大优势，然后，它紧接着讨论了在读密集型、性能要求极高的OLAP场景中，何时以及如何有策略地打破范式，比如通过物化视图或引入冗余列来优化查询路径。这种成熟的观点，让我意识到数据库设计是一个在“数据完整性”与“查询性能”之间不断权衡的艺术，而不是一个简单的“对与错”问题。这种平衡的视角，极大地拓宽了我的设计思维框架。

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这本书在对现代数据库趋势的把握上，展现了超前的目光，这对于一本系统性的著作来说尤为难得。我发现它并没有沉湎于传统的关系型数据库理论的泥潭，而是相当大篇幅地探讨了NewSQL、NewSQL 2.0以及NewSQL 3.0的概念演进。它不仅仅是简单地介绍一下它们的特性，而是深入剖析了它们试图解决的核心矛盾：如何在保持ACID特性的同时实现大规模水平扩展。作者花费了专门的章节来讲解Spanner、CockroachDB等系统的**分布式事务协调机制，比如TrueTime在解决跨区域时钟漂移上的创新思路**。更让我感到惊喜的是，书中还讨论了数据库系统在云原生时代下面临的挑战，比如如何利用容器化和Serverless架构优化资源的弹性伸缩，以及面向文档型数据库和图数据库的查询处理的挑战。这使得这本书不仅是回顾经典，更像是展望未来，确保读者学到的知识在未来五年内仍具有极强的生命力和指导意义，而不是成为一本“过时的参考书”。

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这本关于数据库管理的书，说实话，我刚拿到手的时候，还真有点犯嘀咕。封面设计得挺中规中矩的，那种带着点学术气息的深蓝色，让人一眼就能看出这绝对不是那种轻松愉快的休闲读物。我个人是那种喜欢从基础一点点啃起来的人，所以对这种“系统性”的教材总是抱有一种敬畏又期待的心情。首先，我得说，它在概念的引入上处理得相当到位。作者似乎非常明白，对于初学者来说，抽象的数据模型和复杂的理论如果没有一个坚实的具象化载体来支撑，很容易就让人抓狂。书中对于关系代数和元组演算的讲解，不像其他一些书那样直接抛出公式，而是用了大量的篇幅去描述它们在实际查询优化中的作用，这一点非常贴合我的需求。我记得有一章专门讲了索引结构，它没有仅仅停留在B树的结构图上，而是深入分析了不同类型的数据集（比如稀疏数据和稠密数据）对B+树和哈希索引选择的影响，甚至还涉及到了 LSM 树的原理——要知道，很多同类书籍为了图省事，往往只停留在B树这一层。这种由浅入深，并且总是能将理论与工程实践紧密结合的叙述方式，让我感到非常充实。阅读过程中，我感觉自己就像是跟着一位经验丰富的老工程师在车间里学习，他不仅告诉你“是什么”，更会告诉你“为什么是这样”，以及“在什么情况下，我们应该选择另一种做法”。

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