数据结构实验指导教程

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页数:188
译者:
出版时间:2009-4
价格:25.00元
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isbn号码:9787502947262
丛书系列:
图书标签:
  • 数据结构
  • 实验
  • 教程
  • 算法
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  • 数据结构导论
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具体描述

《数据结构实验指导教程》(C语言版)主要是配合高等院校信息类相关专业“数据结构”课程实验教学而编写的。根据理论课程的教学内容,《数据结构实验指导教程》(C语言版)有针对性地给出了相关专题实验,目的在于帮助读者加强对理论知识的理解、提高编程能力以及利用理论知识分析解决问题的能力。《数据结构实验指导教程》(C语言版)内容共分8章,对应于理论课程中各种重要的数据结构,包括线性表、栈和队列、串、数组、二叉树、图以及查找和排序。对每种数据结构,《数据结构实验指导教程》(C语言版)都系统地给出了理论知识、相关算法、参考程序以及运行结果。

现代密码学基础与应用:理论、算法与实践 图书简介 本书旨在为读者提供一个全面、深入且与时俱进的现代密码学知识体系。内容涵盖了从密码学基本理论、经典算法到前沿研究领域的最新进展,并强调了理论知识在实际工程应用中的指导作用。本书结构清晰,逻辑严谨,力求在学术深度与工程实用性之间取得完美的平衡。 --- 第一部分:密码学基础与数论原理(奠定理论基石) 本部分聚焦于密码学赖以生存的数学基础,为理解复杂的加密算法提供必要的工具和视角。 第一章:信息安全与密码学概览 信息安全的定义与目标: 详细阐述CIA三元组(机密性、完整性、可用性)在信息安全体系中的核心地位。 威胁模型与攻击类型: 分析不同层次(网络层、应用层、物理层)的安全威胁,区分被动攻击、主动攻击、内部威胁和外部威胁。 密码学的角色定位: 介绍密码学在解决安全问题中的关键作用,区分传统密码学与现代密码学的核心差异。 信息论基础回顾: 简要回顾熵、互信息等概念,为后续讨论完美保密性(香农的熵理论)做铺垫。 第二章:初等数论在密码学中的应用 整数的性质与运算: 模运算的性质、欧几里得算法(求最大公约数)及其扩展形式(用于求模逆元)。 素数与素性测试: 深入探讨素数的分布特性。详细介绍概率性素性测试算法,如费马小素性检验和米勒-拉宾(Miller-Rabin)算法,并分析其错误概率。 离散对数问题(DLP)的背景: 介绍有限域上的离散对数问题,指出其在公钥密码学中的核心地位。 第三章:抽象代数与有限域 群、环与域的基本概念: 严格定义这些代数结构,并解释它们如何映射到密码学中的操作空间(如椭圆曲线群)。 有限域(伽罗瓦域 GF($p^n$)): 详细讲解如何构造和运算有限域,特别是伽罗瓦域 $GF(2^m)$ 在对称加密算法(如AES)中的必要性。 原根与生成元: 在模$n$的乘法群中寻找生成元,为Diffie-Hellman密钥交换提供理论依据。 --- 第二部分:对称密码学:算法设计与实现(保密性的核心) 本部分专注于密钥共享机制下的加密算法,重点分析当前主流的块密码和流密码的设计原理。 第四章:分组密码原理与标准 信息加密的结构模型: 介绍混淆(Confusion)与扩散(Diffusion)的概念,这是现代密码系统设计的两大指导原则。 SPN结构与Feistel结构: 详细对比和分析这两种构造分组密码的框架,并以DES和AES为例进行剖析。 DES(数据加密标准): 结构分析、S盒(S-box)的设计原理及其抗差分攻击的特性。 AES(高级加密标准): 全面解析字节替代(SubBytes)、行移位(ShiftRows)、列混淆(MixColumns)和轮密钥加(AddRoundKey)操作,以及其安全强度分析。 第五章:密码分析技术 差分密码分析: 深入剖析差分攻击的原理、如何构造差分对,并分析AES对常见差分攻击的抵抗能力。 线性密码分析: 介绍线性逼近、线性活跃S盒的概念,以及如何利用线性逼近来降低密钥搜索的复杂度。 其他攻击方法: 简述侧信道攻击(如功耗分析、电磁辐射分析)的原理和防御措施。 第六章:流密码与密钥管理 线性反馈移位寄存器(LFSR): 原理、最大周期LFSR的构造,及其在生成伪随机序列中的应用与局限性。 同步流密码与自同步流密码: 特点比较与应用场景分析。 密钥调度与密钥流的生成: 探讨如何从主密钥生成足够多、高质量的轮密钥或密钥流。 --- 第三部分:非对称密码学:公钥基础设施(安全通信的基石) 本部分详述基于数学难题的公钥加密系统,这是现代互联网安全协议(如TLS/SSL)的核心。 第七章:公钥加密算法 RSA算法的数学基础: 欧拉定理、模幂运算,以及公钥/私钥的生成过程。 RSA的安全性分析: 讨论大整数因子分解问题(Factoring Problem)的计算难度。 优化与应用: 介绍填充方案(如OAEP)对RSA安全性的提升作用。 Diffie-Hellman密钥交换: 协议步骤、安全性基础(DLP)以及其在非对称密钥建立中的作用。 第八章:椭圆曲线密码学(ECC) 椭圆曲线的数学结构: 在有限域上定义点的加法、标量乘法运算。 椭圆曲线离散对数问题(ECDLP): 阐述其相对于传统DLP的优势(更小的密钥长度提供同等安全强度)。 ECC的应用算法: 介绍椭圆曲线加密算法(ECIES)和椭圆曲线数字签名算法(ECDSA)。 标准化与曲线选择: 讨论NIST标准曲线及其安全性争议,并介绍一些新型的抗量子曲线构造思路。 --- 第四部分:完整性与认证机制(数字信任的构建) 本部分关注如何确保信息在传输或存储过程中不被篡改,并验证信息的来源真实性。 第九章:消息认证码与散列函数 散列函数的基本性质: 抗原像攻击、第二抗原像攻击和碰撞抵抗性。 标准散列算法分析: 详细解析MD5的结构缺陷和SHA-2家族(SHA-256/512)的设计。 消息认证码(MAC): 介绍基于对称密钥的MAC(如CMAC)和基于散列函数的HMAC的设计原理与安全性。 第十章:数字签名技术 数字签名的要求与流程: 签名、验证的完整安全模型。 基于RSA的签名: PKCS1 v1.5与PSSA-X9.31填充方案。 基于椭圆曲线的签名(ECDSA): 详细步骤解析,重点关注随机数 $k$ 的选择对安全性的影响。 盲签名技术概述: 在不泄露原消息内容的情况下对消息进行签名,及其在电子投票中的应用潜力。 --- 第五部分:前沿领域与系统安全集成 本部分将视角转向新兴的密码学应用和如何在复杂系统中集成这些安全组件。 第十一章:证书管理与公钥基础设施(PKI) 证书的结构与内容: X.509证书的字段解析。 信任链的建立: 根证书、中间证书、终端实体证书的角色划分。 证书吊销机制: CRL(证书吊销列表)与OCSP(在线证书状态协议)的比较与性能考量。 第十二章:后量子密码学初步 量子计算对现有密码学的威胁: 简述Shor算法和Grover算法对公钥和对称密码的颠覆性影响。 格密码学简介: 介绍基于格理论的困难问题(如LWE/SIS),及其在构建抗量子公钥加密和签名中的潜力。 其他后量子方案: 简要介绍基于哈希(Merkle树)、基于编码和基于同源的密码学方案。 第十三章:安全协议设计与实践 TLS/SSL协议栈: 从握手阶段到记录层加密的完整流程分析,重点关注密钥交换、证书验证和数据完整性保护。 安全多方计算(MPC)的介绍: 介绍如何在不泄露私有输入数据的情况下共同计算一个函数。 零知识证明(ZKP): 深入剖析交互式和非交互式零知识证明(如zk-SNARKs/zk-STARKs)的基本原理和在隐私保护中的应用。 本书内容覆盖了从理论到应用的完整光谱,适用于高等院校计算机科学、信息安全专业的本科生和研究生,以及致力于提升软件和系统安全性的工程技术人员。通过大量的数学推导、算法流程图示和安全分析,读者将能够深刻理解现代密码学的内在逻辑,并具备设计、评估和实现安全系统的能力。

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读后感

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用户评价

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这本书真的很有“干货”,尤其是它在排序和查找算法方面的实验设计,让我受益匪浅。我之前对各种排序算法,比如冒泡排序、插入排序、选择排序、快速排序、归并排序等,都只是停留在理论层面,知道它们的时间复杂度,但具体是怎么实现的,以及它们各自的优缺点,往往理解不深。这本书通过一系列具体的实验,将这些算法“活”了起来。我跟着教程,一个接一个地实现了这些排序算法,并观察它们在不同规模数据下的运行效率。特别是快速排序,通过递归的分治思想,以及“挖坑法”等优化技巧,让我理解了它为什么能成为一种高效的排序算法。而对于查找算法,书中也详细讲解了顺序查找、二分查找等,并特别强调了二分查找在有序数组中的优越性。最令我赞叹的是,教程中还引入了哈希表(散列表)的概念,并通过实验演示了哈希函数的选择和冲突解决方法(如链地址法和开放地址法)对查找效率的影响。我能够通过代码,直观地看到哈希表是如何实现平均O(1)的查找时间的,这对于我理解如何设计高效的查找系统非常有帮助。书中提供的实验代码,不仅仅是简单地实现功能,还包含了对算法效率的分析和比较,这让我能够从更宏观的角度去认识和选择合适的算法。

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在我看来,《数据结构实验指导教程》这本书最可贵的地方,在于它不仅仅是教授“是什么”,更是教我“怎么做”。很多时候,我们学习数据结构和算法,是为了解决实际问题。这本书在这方面做得非常出色,它通过一系列贴近实际生活的实验,让我明白这些抽象的概念是如何被应用于解决现实世界的挑战。例如,在讲解“图”这一数据结构时,书中设计了一个“社交网络分析”的实验。我可以通过构建一个表示好友关系的图,然后应用图的遍历算法来找出共同好友,或者分析好友关系的紧密程度。这让我看到了数据结构在构建智能推荐系统、分析社群结构等方面的巨大潜力。再比如,在讲解“字符串”和相关算法时,书中可能还会涉及搜索引擎中的一些基本技术,比如倒排索引的构建,或者是文本相似度计算。这些实验让我觉得,我所学的知识,不仅仅是课堂上的理论,更是能够驱动实际应用的强大工具。我甚至可以将教程中的实验代码,作为我个人项目开发的起点,去尝试解决一些自己感兴趣的问题,这让我学习的动力和成就感都大大提升。

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作为一个在算法学习道路上摸索的学生,我常常感到困惑:这些看似抽象的算法,到底在解决什么问题?《数据结构实验指导教程》这本书,恰好解答了我的疑惑。它不仅仅是枯燥的代码堆砌,更像是一本“算法的字典”,让我明白各种数据结构和算法的实际应用场景。例如,在讲解字符串匹配算法时,书中不仅介绍了朴素的匹配方法,还详细讲解了KMP(克努特-莫里斯-普拉特)算法,并设计了相应的实验。通过实验,我才真正理解了KMP算法是如何利用“next”数组来避免不必要的字符比较,从而大大提高匹配效率的。这个实验让我认识到,看似简单的字符串匹配,背后也有着精妙的算法设计。同样,在涉及到动态规划的部分,书中通过求解“背包问题”和“最长公共子序列”等经典问题,让我一步步理解了动态规划的核心思想:将大问题分解成小问题,并存储子问题的解以避免重复计算。这些实验的设计,都非常贴合实际应用,让我觉得学习这些算法不再是无源之水。我甚至可以尝试将这些算法应用到我自己的小项目中,解决一些实际遇到的问题,这让我对计算机科学的学习充满了热情。

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这本书的出现,对我这个刚踏入计算机科学殿堂的学生来说,简直如同久旱逢甘霖,太及时了!我之前一直觉得数据结构是个相当抽象的概念,书本上的理论讲解虽然严谨,但总感觉隔靴搔痒,难以真正理解其精髓。直到我翻开这本《数据结构实验指导教程》,情况才发生了质的改变。书中并没有一开始就堆砌那些晦涩难懂的定义和公式,而是循序渐进地引导我进入每一个数据结构的“生活场景”。比如,讲到数组时,作者不仅仅是解释了它如何存储同类型元素,更通过一个“图书管理系统”的简单案例,让我直观地看到了数组在实际应用中的便利之处,如何通过下标快速访问,如何处理固定大小的数据集。接着,当引入链表时,书中的实验指导更是将抽象的“节点”和“指针”概念具象化了。我跟着教程一步步操作,从单链表的创建、插入、删除,到双链表和循环链表的特性,每一步都伴随着清晰的代码示例和详尽的解释。尤其是在我遇到某个操作不太理解的时候,书中提供的调试技巧和常见错误分析,简直是我的救命稻草,让我少走了很多弯路。我记得有一次,我在实现一个链表反转的算法时,卡了好久,看了好几遍理论,还是逻辑不通。最后翻到教程里的这个实验,里面的伪代码和详细的步骤分解,让我豁然开朗,原来是某个指针的指向出现了问题。这种“动手做中学”的方式,真的比我单纯看书效率高出太多了。而且,教程里的每一个实验都紧密结合了理论知识,让我明白这些抽象的概念并非空中楼阁,而是有实际价值的。

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当我拿到《数据结构实验指导教程》这本书时,我最先留意到的就是它的实验部分。我一直认为,数据结构和算法的学习,如果只是停留在理论层面,是很难真正掌握的。这本书在这方面做得非常出色,它提供的实验指导,不仅详细,而且很有条理。比如,在讲到图的连通性问题时,书中不仅仅是介绍了什么是连通图,还设计了如何用DFS或BFS来判断一个图是否连通,甚至如何找出图的连通分量。我通过亲手编写和运行这些代码,才真正体会到算法在解决实际问题时的力量。我记得有一个实验是关于“拓扑排序”的,用来解决任务依赖关系的问题。通过构建一个带有方向的图,然后实现拓扑排序算法,我能够直观地看到,如何安排一系列任务的执行顺序,以确保所有依赖关系都能得到满足。这让我联想到很多实际的工程项目管理,或者软件开发的依赖关系处理,都离不开这种思想。教程中的代码示例,通常都非常简洁明了,并且附带了详细的注释,这对于我这样的初学者来说,极大地降低了学习门槛。我甚至可以根据自己的理解,对代码进行修改和扩展,尝试解决一些变种问题,这进一步巩固了我对知识的掌握。

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这本书最让我印象深刻的,莫过于它在队列和栈这两大基本数据结构上的实验设计。我之前对它们的理解,仅仅停留在“先进先出”和“后进先出”这八个字上,觉得好像也没什么特别的。然而,通过《数据结构实验指导教程》中的实验,我才真正体会到它们在算法世界里的重要性和巧妙之处。比如,在讲解队列时,书中设计了一个“银行排队叫号系统”的模拟实验。通过构建一个基于链表的队列,我能够真实地模拟顾客排队、服务员叫号的场景。看着程序按照代码的逻辑,将新来的顾客添加到队尾,服务员取出队头的顾客进行服务,整个过程非常生动。这让我深刻理解了队列在“公平性”和“顺序性”方面的应用,例如操作系统中的任务调度、打印机任务队列等。而对于栈,书中的“括号匹配检验”实验更是绝妙。一开始我只觉得检查括号是否成对出现很简单,但通过栈的“压栈”和“弹栈”操作,我才明白如何有效地处理嵌套的括号。当遇到左括号时,将其压入栈中;当遇到右括号时,检查栈顶元素是否是对应的左括号,如果是则弹出,否则就表示不匹配。这个实验不仅锻炼了我对栈的理解,更让我体会到了它在语法分析、表达式求值等方面的强大能力。教程中对于每个实验的代码实现,都力求简洁高效,并附带了详细的注释,这对于我这样的初学者来说,简直是福音。我还可以根据实验要求,自己去尝试修改和优化代码,进一步加深理解。

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这本书最让我感到惊喜的是,它对一些“进阶”但又极其重要的数据结构和算法,也做了深入浅出的讲解和实验指导。我之前总是觉得,学完链表、树、图这些基础之后,就好像进入了一个瓶颈,不知道该往哪里深入。而这本《数据结构实验指导教程》恰恰填补了我的这一空白。比如,在讲解“字符串”这一基本数据类型时,书中引入了“Trie树”(字典树)的概念,并设计了相应的实验。我通过构建Trie树,能够高效地实现字符串的查找、前缀匹配等功能,这让我对文本处理和信息检索有了全新的认识。我甚至可以尝试用Trie树来解决一些简单的词频统计问题。此外,书中还涉及了一些关于“图论”的高级算法,例如“最小生成树”算法(Prim和Kruskal),“最短路径”算法(Dijkstra和Floyd),以及“网络流”的基本概念。虽然这些内容对我来说还有些挑战,但书中通过详细的实验步骤和代码示例,让我能够一步步去理解这些算法的原理和实现。我甚至能够通过运行这些实验,观察算法在不同图结构下的表现,这让我对算法的复杂度和效率有了更直观的感受。

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这本书的价值,在于它将看似枯燥的树和图的理论,通过一系列精心设计的实验,变得触手可及。我之前对二叉树、平衡树这些概念,总是感觉云里雾里,觉得它们怎么就能实现高效的查找和插入呢?《数据结构实验指导教程》的出现,彻底改变了我的看法。在二叉树的部分,书中提供了从二叉树的构建(包括先序、中序、后序遍历)到查找、插入、删除等一系列操作的实验。最让我惊喜的是,它还引入了平衡二叉树(如AVL树)的概念,并通过实验让我理解了平衡因子和旋转操作是如何维持树的平衡的。看着程序在进行插入和删除操作时,树结构能够自动进行调整,保持高效的查找性能,这种成就感是单纯看理论无法比拟的。而对于图,书中更是提供了多种图的存储方式(邻接矩阵和邻接表)的实现,以及各种经典的图遍历算法(深度优先搜索DFS和广度优先搜索BFS)的实验。我通过实验,不仅能够直观地看到DFS如何“一条路走到黑”,BFS如何一层层向外扩散,还能自己动手实现最短路径算法(如Dijkstra算法)和最小生成树算法(如Prim算法)。这些实验让我深刻体会到,图这种数据结构在现实世界中无处不在,从社交网络的关系分析,到地图导航的最短路径规划,再到网络流的优化问题,都离不开它。教程中的实验,往往都从一个实际问题出发,引导读者一步步去构建和实现相应的图算法,这种“问题驱动”的学习方式,让我觉得非常有意义。

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这本书最大的亮点,在于它将理论与实践完美结合,而且是“接地气”的结合。我之前看一些理论书籍,虽然道理都懂,但就是不知道怎么把它们变成实际的程序。而《数据结构实验指导教程》则不一样,它提供的每一个实验,都清晰地展示了如何将数据结构和算法的思想,转化为可执行的代码。比如说,在讲解堆(Heap)的时候,我之前只知道它是一种特殊的树形结构,支持最大堆或最小堆的性质。但是,通过书中实现的“堆排序”实验,我才真正明白了堆在排序中的强大威力。看着程序是如何构建堆,然后不断地从堆顶取出最大(或最小)元素,实现高效的排序,这种直观的体验,让我对堆有了深刻的认识。而且,书中不仅仅是给出堆排序,还可能涉及优先队列的实现,这让我看到堆在解决需要频繁查找最大(或最小)元素的问题时的重要性。此外,对于一些更高级的数据结构,比如B树、B+树等,书中也通过实验引导我理解它们在数据库索引等方面的应用。这些实验的设计,往往不是孤立的,而是层层递进,让我能够逐步掌握更复杂的数据结构和算法。

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这本书的内容安排,真的非常“用户友好”,尤其是在我遇到困难的时候,它的帮助是无价的。我记得在学习“散列表”的时候,虽然理解了它的基本原理,但对于“哈希函数”的选择以及“冲突解决”的各种策略,总是有些模糊。这本书的实验部分,针对这些难点,设计了多个实验。比如,有一个实验是让我尝试使用不同的哈希函数(如除留余数法、乘法散列法)来处理同一组数据,并比较它们的性能。另一个实验则是让我分别实现链地址法和开放地址法(线性探测、二次探测等)来解决哈希冲突,并观察哪种方法在特定场景下表现更好。这些实验让我深刻地体会到,一个好的哈希函数和冲突解决方法,对于散列表的效率至关重要。而且,书中提供的实验,不仅仅是简单的代码实现,还会引导我去思考“为什么”这样做,以及“这样做有什么优缺点”。这种“追根溯源”式的学习方式,让我能够真正理解知识背后的逻辑。我还可以通过修改实验中的参数,比如哈希表的负载因子,来观察它对性能的影响,从而更好地掌握散列表的优化技巧。

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