程序员的数学(第2版)

程序员的数学(第2版) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:
作者:[日]结城浩
出品人:
页数:262
译者:管杰
出版时间:2020-4-1
价格:59元
装帧:平装
isbn号码:9787115504906
丛书系列:图灵程序设计丛书·程序员的数学
图书标签:
  • 数学
  • 程序员
  • 计算机科学
  • 算法
  • 离散数学
  • 高等数学
  • 编程
  • 数据结构
  • 理论基础
  • 计算
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具体描述

《程序员的数学 第2版》面向程序员介绍了编程中常用的数学知识,借以培养初级程序员的数学思维。读者无须精通编程,也无须精通数学,只要具备四则运算和乘方等基础知识,即可阅读本书。

《程序员的数学 第2版》讲解了二进制计数法、逻辑、余数、排列组合、递归、指数爆炸、不可解问题等许多与编程密切相关的数学方法,分析了哥尼斯堡七桥问题、高斯求和、汉诺塔、斐波那契数列等经典问题和算法。引导读者深入理解编程中的数学方法和思路。

《程序员的数学 第2版》新增一个附录来介绍机器学习的基础知识,内容涉及感知器、损失函数、梯度下降法和神经网络,旨在带领读者走进机器学习的世界。

软件架构设计与模式精要:面向高可靠、可扩展系统的实践指南 书籍定位: 本书旨在为中高级软件工程师、系统架构师以及技术决策者提供一套系统化、实战化的软件架构设计理论与工程实践。它超越了简单的框架介绍,深入探讨了构建复杂、高性能、长期可维护系统的底层原理、关键决策点以及成熟的设计模式。 --- 导言:架构的本质与现代挑战 在当今快速迭代的数字世界中,软件系统的复杂性呈指数级增长。一个设计不佳的架构不仅会拖慢开发速度,更可能成为系统崩溃和业务停滞的根本原因。本书的起点是明确架构的本质:它不是一组固定的技术栈,而是一系列关键的技术决策,这些决策定义了系统的功能性需求(What)和非功能性需求(How Well)。 我们首先审视现代软件系统面临的挑战:从单体到微服务带来的分布式复杂性、应对TB级数据流的性能瓶颈、满足毫秒级响应时间的延迟要求,以及确保系统在面对故障时仍能持续提供服务(高可用性)。本书将这些挑战转化为具体的架构目标,为后续章节的解决方案奠定坚实的理论基础。 --- 第一部分:架构的基石——驱动因素与评估 本部分聚焦于理解“为什么”要采用某种架构,以及如何科学地衡量架构的优劣。 1. 业务驱动的架构选择 架构设计必须是业务需求的直接映射。本书详细分析了不同业务场景对架构的独特要求: 交易密集型系统(如金融): 强调一致性、事务完整性和审计能力。 数据分析与报告系统(如BI): 侧重于查询性能、数据湖/仓库的构建以及ETL/ELT流程的设计。 高并发实时服务(如游戏、社交): 关注吞吐量、低延迟和水平扩展性。 我们将引入“架构权衡矩阵”,帮助读者量化不同设计决策(如牺牲最终一致性以换取可用性)对业务指标的具体影响。 2. 非功能性需求的量化与约束(Quality Attributes) 本书强调,如果不能精确定义质量属性(如性能、可扩展性、安全性、可维护性),架构设计就无从谈起。 性能建模: 深入探讨延迟(Latency)与吞吐量(Throughput)的关系,引入排队论基础模型(M/M/1, M/G/c)来预测资源瓶颈,而非仅仅依赖基准测试工具的结果。 可扩展性分析: 区分垂直扩展、水平扩展的适用场景,并引入Amdahl定律和Gustafson定律,分析并行化处理的理论极限。 可靠性工程: 讲解平均故障间隔时间(MTBF)、平均修复时间(MTTR)的计算,并将其转化为冗余和故障转移策略的设计指标。 --- 第二部分:结构化设计与核心模式 本部分是本书的核心,系统地介绍和剖析构建健壮系统的结构化模式。 3. 宏观架构风格的深度解析 我们将超越简单的“是微服务还是单体”的讨论,深入探究每种宏观风格的内在逻辑、适用边界和陷阱。 分层架构的再审视: 传统三层、N层架构在现代Web应用(如前后端分离)中的演进,以及“Hexagonal Architecture”(六边形架构/端口与适配器)如何解耦核心业务逻辑与基础设施依赖。 事件驱动架构(EDA)的实现细节: 探讨发布/订阅模型、事件溯源(Event Sourcing)的完整生命周期管理,以及如何处理“幂等性”和“消息顺序保证”。 面向服务的架构(SOA)与微服务的对比: 聚焦于服务边界的划分原则(如基于业务能力划分BBDD)、契约管理(Contract First)和去中心化治理的挑战。 4. 数据架构与一致性模型 数据是系统的核心资产。本章将数据持久化策略提升到架构层面来考量。 多数据存储策略(Polyglot Persistence): 根据数据特性(关系型、文档型、图、时序)选择最合适的存储技术。设计“数据访问层”以统一不同存储的交互接口。 分布式事务与数据一致性: 详述CAP定理的实际意义。深入解析Saga模式在微服务中替代两阶段提交(2PC)的复杂性,以及如何利用TCC (Try-Confirm-Cancel) 保证业务层面的最终一致性。 数据同步与复制: 比较主从复制、多主复制的性能与冲突解决机制,以及CDC(Change Data Capture)在实时数据同步中的应用。 5. 跨边界的通信与集成 系统间的通信是复杂性的主要来源之一。 同步通信的优化: 深入RESTful API的设计最佳实践,引入GraphQL作为替代方案的优势分析,以及使用gRPC/Protocol Buffers实现高性能内部通信的原理。 API网关与服务编排: 设计智能API网关(反向代理、限流、认证/授权的集中处理)。讨论“后端即前端”(BFF)模式如何优化移动和Web客户端的体验。 消息中间件的选型与调优: 对比Kafka、RabbitMQ、ActiveMQ等,重点分析消息的持久化、分区策略对并行处理能力的影响。 --- 第三部分:架构的生命周期与演进 一个“好”的架构必须是可维护和可演进的。本部分关注如何管理架构的债务和变化。 6. 架构质量的度量与管理 耦合与内聚的实践: 定义和测量包、模块、服务之间的耦合度。讲解依赖倒置原则(DIP)在实际代码库中的应用,如何用接口隔离技术债务。 架构债务的识别与偿还: 将架构债务视为一种技术投资,识别是“无知债务”、“故意债务”还是“环境债务”,并制定分阶段的重构计划,避免“大爆炸”式重构。 7. 健壮性与韧性设计(Resilience Engineering) 现代系统必须接受故障是常态。 故障注入与混沌工程: 不仅是测试,更是一种设计验证方法。介绍如何设计系统来主动抵御或优雅地从故障中恢复。 隔离与限流机制: 详细阐述断路器(Circuit Breaker)模式的实现机制(半开、全开状态转换),以及令牌桶和漏桶算法在流量控制中的精确应用。 无状态化与会话管理: 探讨如何将用户状态从应用层剥离到外部缓存(如Redis Cluster),以实现更简单的水平扩展和快速故障转移。 8. 部署、可观测性与运维(DevOps 2.0) 架构的成功交付依赖于现代化的运维策略。 基础设施即代码(IaC): 强调使用Terraform或Ansible等工具来保证环境的一致性,从而降低“在我机器上可以运行”的问题。 可观测性的三根支柱: 深入日志(Structured Logging)、指标(Metrics)和分布式追踪(Tracing)的整合。讲解如何利用Jaeger或Zipkin追踪请求在复杂微服务网络中的完整路径,以定位延迟的真正来源。 蓝绿部署与金丝雀发布: 详细对比这两种零停机部署策略的风险控制点和回滚机制,确保新版本的部署是受控的、可逆的。 --- 结语:架构师的思维模型 本书最后总结道,架构设计是关于沟通、决策和文档化的过程。一个优秀的架构师需要掌握跨越技术、业务和管理边界的语言,确保技术愿景能够被团队完全理解并持续执行。本书提供的不仅仅是技术蓝图,更是一套帮助读者在面对不断变化的技术浪潮时,做出长期、明智的技术投资的思维框架。

作者简介

结城浩(作者)

生于1963年,日本知名技术作家和程序员。在编程语言、设计模式、数学、加密技术等领域,编写了很多深受欢迎的入门书。代表作有《数学女孩》系列、《程序员的数学》《图解密码技术》等。

管杰(译者)

毕业于复旦大学日语系,现为对日软件工程师,具有多年日语技术文档编写经验。爱好日汉翻译和日本文化史,译有《明解C语言:入门篇》等。

卢晓南(译者)

本科就读于西安交通大学少年班、数学系。名古屋大学博士(信息科学)。现于山梨大学计算机系任助理教授。主要研究方向包括组合数学(离散数学)及其在信息科学、计算机科学、统计学中的应用。译著有《程序员的数学3:线性代数》。

目录信息

第 1章 0 的故事——无即是有
本章学习内容 2
小学一年级的回忆 2
10进制计数法 3
什么是10进制计数法 3
分解2503 3
2进制计数法 4
什么是2进制计数法 4
分解1100 5
基数转换 6
计算机中为什么采用2 进制计数法 8
按位计数法 10
什么是按位计数法 10
不使用按位计数法的罗马数字 11
指数法则 12
10的0次方是什么 12
10–1是什么 13
规则的扩展 14
对20进行思考 14
2–1是什么 15
0所起的作用 16
0的作用:占位 16
0的作用:统一标准,简化规则 16
日常生活中的0 17
人类的极限和构造的发现 18
重温历史进程 18
为了超越人类的极限 19
本章小结 20
第 2章 逻辑——真与假的二元世界
本章学习内容 22
为何逻辑如此重要 22
逻辑是消除歧义的工具 22
致对逻辑持否定意见的读者 23
乘车费用问题—兼顾完整性和排他性 23
收费规则 23
命题及其真假 24
有没有“遗漏” 24
有没有“重复” 25
画一根数轴辅助思考 26
注意边界值 27
兼顾完整性和排他性 28
使用if 语句分解问题 28
逻辑的基本是两个分支 29
建立复杂命题 29
逻辑非—不是A 30
逻辑与—A并且B 32
逻辑或—A或者B 34
异或—A或者B(但不都满足) 37
相等—A和B相等 39
蕴涵—若A则B 40
囊括所有了吗 45
德摩根定律 46
德摩根定律是什么 46
对偶性 47
卡诺图 48
二灯游戏 48
首先借助逻辑表达式进行思考 49
学习使用卡诺图 50
三灯游戏 52
包含未定义的逻辑 54
带条件的逻辑与(&&) 55
带条件的逻辑或(||) 57
三值逻辑中的否定(!) 58
三值逻辑的德摩根定律 59
囊括所有了吗 60
本章小结 60
第3章 余数——周期性和分组
本章学习内容 64
星期数的思考题(1) 64
思考题(100 天以后是星期几) 64
思考题答案 65
运用余数思考 65
余数的力量—将较大的数字除一次就能分组 65
星期数的思考题(2) 66
思考题(10100 天以后是星期几) 66
提示:可以直接计算吗 67
思考题答案 67
发现规律 68
直观地把握规律 68
乘方的思考题 70
思考题(1 234 567987 654 321) 70
提示:通过试算找出规律 70
思考题答案 70
回顾:规律和余数的关系 71
通过黑白棋通信 71
思考题 71
提示 73
思考题答案 73
奇偶校验 74
奇偶校验位将数字分为2 个集合 74
寻找恋人的思考题 74
思考题(寻找恋人) 74
提示:先试算较小的数 75
思考题答案 75
回顾 76
铺设草席的思考题 77
思考题(在房间里铺设草席) 77
提示:先计算一下草席数 78
思考题答案 78
回顾 79
一笔画的思考题 79
思考题(哥尼斯堡七桥问题) 79
提示:试算一下 80
提示:考虑简化一下 81
提示:考虑入口和出口 82
思考题答案 82
奇偶校验 85
本章小结 86
第4章 数学归纳法——如何征服无穷数列
本章学习内容 88
高斯求和 88
思考题(存钱罐里的钱) 88
思考一下 89
小高斯的解答 89
讨论一下小高斯的解答 89
归纳 91
数学归纳法—如何征服无穷数列 91
0 以上的整数的断言 92
小高斯的断言 93
什么是数学归纳法 93
试着征服无穷数列 94
用数学归纳法证明小高斯的断言 95
求出奇数的和—数学归纳法实例 96
通过数学归纳法证明 96
通过数学归纳法证明 97
图形化说明 98
黑白棋思考题—错误的数学归纳法 99
思考题(黑白棋子的颜色) 99
提示:不要为图所惑 100
思考题答案 101
编程和数学归纳法 101
通过循环表示数学归纳法 101
循环不变式 104
本章小结 107
第5章 排列组合——解决计数问题的方法
本章学习内容 110
计数—与整数的对应关系 110
何谓计数 110
注意“遗漏”和“重复” 111
植树问题—不要忘记0 111
植树问题思考题 111
加法法则 115
加法法则 115
乘法法则 118
乘法法则 118
置换 121
置换 121
归纳一下 122
思考题(扑克牌的摆法) 123
排列 124
排列 124
归纳一下 126
树形图—能够认清本质吗 128
组合 130
组合 130
归纳一下 131
置换、排列、组合的关系 133
思考题练习 134
重复组合 135
也要善于运用逻辑 137
本章小结 140
第6章 递归——自己定义自己
本章学习内容 144
汉诺塔 144
思考题(汉诺塔) 145
提示:先从小汉诺塔着手 145
思考题答案 148
求出解析式 150
解出汉诺塔的程序 151
找出递归结构 152
再谈阶乘 154
阶乘的递归定义 154
思考题(和的定义) 155
递归和归纳 156
斐波那契数列 156
思考题(不断繁殖的动物) 157
斐波那契数列 159
帕斯卡三角形 162
什么是帕斯卡三角形 162
递归定义组合数 165
组合的数学理论解释 165
递归图形 167
以递归形式画树 167
实际作图 168
谢尔平斯基三角形 170
本章小结 171
第7章 指数爆炸——如何解决复杂问题
本章学习内容 174
什么是指数爆炸 174
思考题(折纸问题) 174
指数爆炸 177
倍数游戏—指数爆炸引发的难题 178
程序的设置选项 178
不能认为是“有限的”就不假思索 180
二分法查找—利用指数爆炸进行查找 180
寻找犯人的思考题 180
提示:先思考人数较少的情况 181
思考题答案 182
找出递归结构以及递推公式 183
二分法查找和指数爆炸 185
对数—掌握指数爆炸的工具 186
什么是对数 187
对数和乘方的关系 187
以2为底的对数 188
以2为底的对数练习 189
对数图表 189
指数法则和对数 191
对数和计算尺 192
密码—利用指数爆炸加密 195
暴力破解法 195
字长和安全性的关系 196
如何处理指数爆炸 197
理解问题空间的大小 197
四种处理方法 198
本章小结 199
第8章 不可解问题——不可解的数、无法编写的程序
本章学习内容 202
反证法 202
什么是反证法 202
质数思考题 204
反证法的注意事项 205
可数 205
什么是可数 205
可数集合的例子 206
有没有不可数的集合 208
对角论证法 209
所有整数数列的集合是不可数的 209
所有实数的集合是不可数的 213
所有函数的集合也是不可数的 214
不可解问题 215
什么是不可解问题 215
存在不可解问题 216
思考题 217
停机问题 218
停机 218
处理程序的程序 219
什么是停机问题 219
停机问题的证明 221
写给尚未理解的读者 224
不可解问题有很多 226
本章小结 226
第9章 什么是程序员的数学——总结篇
本章学习内容 230
何为解决问题 233
认清模式,进行抽象化 233
由不擅长催生出的智慧 233
幻想法则 234
程序员的数学 235
附录 迈向机器学习的第 一步
本附录学习内容 238
什么是机器学习 239
受到广泛关注的机器学习技术 239
机器学习是随着时代发展诞生的技术 239
预测问题和分类问题 240
预测问题 240
分类问题 243
感知器 245
什么是感知器 245
加权求和 247
激活函数 249
感知器小结 250
机器学习是如何“学习”的 250
学习的流程 250
训练数据与测试数据 251
损失函数 252
梯度下降法 254
作为程序员要做些什么 256
神经网络 256
什么是神经网络 256
误差反向传播法 258
深度学习和强化学习 259
人类就这样没用了吗 260
附录小结 261
· · · · · · (收起)

读后感

评分☆☆☆☆☆

前戏:很重要! 买这本书,是看了豆瓣很多书评,觉得喜欢他的人爱不释手,不喜欢的人束之高阁。好奇驱动,让我阅读这本书。 图灵出的书一般品质上还是有保证的,只不过外文书232页卖49元,真实不便宜啊! 正文:书归正传! 作者是一位日本人,自然本书以日本作家常用套路,以...  

评分☆☆☆☆☆

这本书非常的浅显易懂,以至于快看完了都还觉得是在对以前所学的知识的复习而已。 除了最后的 不可解问题,其他的都是高中所学的。 但是,说实话,确实书中的东东都是程序员在编程中常常都要用到的数学知识。 当然,对于程序员的入门读物,还是值得推荐的。  

评分☆☆☆☆☆

MCMXCVIII=(M)+(CM)+(XC)+(V)+(III) =(1000)+(1000-100)+(1000-10)+(5)+(3) = 1998 今天上午网购的,看到这以为是盗版呢,发现豆瓣上的试读章节也是一样,可能是笔误吧,那个(XC),相对应的应该是(100-10),而不是(1000-10),希望出版社应该把此笔误纠正。  

评分☆☆☆☆☆

本书说理透彻,形象生动,将具体的例子上升至经验哲理的深度,令人大受启发。但文中所受知识略浅,更适合热爱编程的高中生阅读,或者爱好者闲时翻阅。 令,文中提到数学归纳法的时候,开头的部分的举例似乎有点问题,本人数学渣,不敢妄论。  

评分☆☆☆☆☆

本书说理透彻,形象生动,将具体的例子上升至经验哲理的深度,令人大受启发。但文中所受知识略浅,更适合热爱编程的高中生阅读,或者爱好者闲时翻阅。 令,文中提到数学归纳法的时候,开头的部分的举例似乎有点问题,本人数学渣,不敢妄论。  

用户评价

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的另一个深刻感受是其对“抽象思维”的培养作用。在软件开发中,我们常常需要在高度抽象的层面思考问题,但如果缺乏足够的数学思维训练,这种抽象很容易变成一团乱麻。这本《程序员的数学(第2版)》显然意识到了这一点,它似乎在有意识地训练读者的抽象建模能力。它没有局限于讲解某个特定算法的数学原理,而是更侧重于如何将现实世界中的问题,通过数学的语言(如集合、函数、逻辑)进行准确的建模。我尤其欣赏它对“不确定性”的处理。在现代IT领域,尤其是在人工智能和大数据分析中,处理随机性和概率是家常便饭,这本书对贝叶斯理论和统计推断的介绍非常清晰,它用非常直观的方式解释了为什么在数据量不足或噪声较大的情况下,我们依然能够做出合理的预测。这种对不确定性的数学化处理,极大地增强了我对复杂系统设计时的信心。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本《程序员的数学(第2版)》的时候,我简直迫不及待地想翻开它。我一直觉得,在软件开发的路上,很多“高手”之所以能达到那种境界,绝对不是只会写代码那么简单,而是背后有着扎实的数学基础在支撑。我之前看一些算法和数据结构的讲解,总觉得有那么一层窗户纸捅不破,总是在概念上绕来绕去,感觉是自己对数学的理解不够到位。这本书的封面设计很简洁,不像传统数学书那样枯燥,反而透露着一种现代感,这让我对它的内容有了更高的期待。我特别关注的是它在面向应用方面的讲解方式,毕竟我们是程序员,不是纯理论研究者,我们需要的是能够直接应用到实际项目中的知识,比如在处理性能优化、图形渲染、甚至是数据库查询效率分析时,那些隐藏在背后的数学原理。我希望这本书能用一种更贴近我们日常编码场景的语言,把那些高深的数学概念“翻译”成我们能理解的逻辑,而不是堆砌公式。从目录上看,它涵盖了不少我一直想深入了解的领域,比如离散数学和概率统计在编程中的具体应用,这让我感到非常振奋。

评分☆☆☆☆☆

说实话,我拿到书后先是随意翻阅了一下,对它的内容编排有了初步的印象。这本书的结构处理得相当巧妙,它似乎是沿着一条从基础到深入的路径徐徐展开,而不是上来就给你一堆艰深的定理。我发现它并没有采取那种教科书式的、冷冰冰的叙述方式,而是大量穿插了一些实际的例子和代码片段,这一点对我这个动手能力强的人来说,简直是福音。我记得我以前尝试啃过一些老旧的数学教材,那些书里充斥着大量的定义和证明,读起来非常吃力,很多时候我都不知道学这个东西在实际编程中能派上什么用场。而这本书似乎很注重“为什么”和“怎么用”,它似乎在努力搭建起理论和实践之间的桥梁。比如,它讲到矩阵运算时,不是空泛地讨论其性质,而是会立刻联想到图形变换或者机器学习中的特征向量处理。这种紧密结合的讲解方式,极大地降低了学习的门槛,也提高了学习的兴趣和效率。

评分☆☆☆☆☆

总的来说,这本书的价值在于它提供了一个坚实的知识框架,它不仅仅是一本工具书,更像是一位经验丰富的导师在引导你建立起一套正确的、面向底层的思考体系。我发现自从开始阅读它之后,我在阅读其他技术文档或框架源码时,总能更快地捕捉到其核心设计思想中的数学烙印。比如,在看一些高性能计算的并行化策略时,我能更清晰地识别出其中涉及到的线性代数优化技巧。这本书并没有试图让你成为数学家,但它成功地让你成为了一个“更懂数学的程序员”。它用一种非常务实、不矫揉造作的方式,将数学的强大力量展示给了我们这些整天和0和1打交道的人。对于那些渴望突破瓶颈,想从“实现功能”迈向“设计架构”的同行来说,这本书绝对是值得投入时间和精力的。它带来的知识复利效应,远超出了书本本身的定价。

评分☆☆☆☆☆

我已经开始尝试阅读其中的一部分章节了,特别是关于图论的部分,这对我目前负责的一个网络拓扑分析项目至关重要。我发现作者在解释复杂的算法时,非常注重细节的铺陈,他会一步步地引导读者去理解每一步变换背后的数学逻辑。很多时候,我们只需要知道某个函数或算法“能用”,但这本书让我开始思考它“为什么能用”以及“在什么条件下它最好用”。例如,在讨论最短路径算法时,书里不仅重现了经典的Dijkstra算法,还深入探讨了其时间复杂度与数据结构选择之间的微妙平衡。这种深度解析让我对算法的优化有了更本质的认识,而不是停留在调用库函数或复制代码的层面。这种“知其所以然”的感觉,对于追求技术深度的开发者来说,是无价的。我甚至开始回顾一些高中时学过的基础知识,发现它们在当前的项目中又焕发出了新的生命力,这真是意外的收获。

评分☆☆☆☆☆

没什么味道

评分☆☆☆☆☆

没什么味道

评分☆☆☆☆☆

只推荐外行或刚接触编程的人读。对于想要精进数学能力的程序员来说比较鸡肋。

评分☆☆☆☆☆

只推荐外行或刚接触编程的人读。对于想要精进数学能力的程序员来说比较鸡肋。

评分☆☆☆☆☆

今天翻了翻,尽管对我现在很浅了,但是我仍要打五星,不为别的,为的是让更多人知道结城浩写书有多好,他的数学女孩系列是我的启蒙,两年前是他给了我迈入数学大门的信心。

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