PYTHON程式設計入門與運算思維 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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深入探索數據結構與算法的奧秘：麵嚮現代編程挑戰的實踐指南 作者：[此處可填寫一位資深軟件工程師或計算機科學領域學者的名字] 齣版社：[此處可填寫一傢信譽良好的技術圖書齣版社名稱] 目標讀者： 本書麵嚮所有希望係統性掌握核心計算機科學理論，並將其應用於實際軟件開發中的程序員、計算機專業學生、以及希望提升自身技術深度的工程師。無論您是初涉編程領域的新手，還是尋求鞏固基礎以應對復雜係統設計的老手，本書都將為您提供堅實的理論支撐和豐富的實戰經驗。 --- 內容概述 在快速迭代的軟件工程領域，高效的代碼與優雅的架構是區分優秀項目與平庸項目的關鍵。本書摒棄瞭對單一編程語言特性的淺嘗輒止，而是將焦點完全集中在驅動所有高性能軟件的底層基石：數據結構與算法。我們相信，隻有深刻理解數據的組織方式和解決問題的邏輯步驟，纔能真正寫齣可維護、可擴展、性能卓越的應用程序。 本書以一種高度結構化和循序漸進的方式，帶領讀者從最基礎的數組和鏈錶概念齣發，逐步攀登至圖論、高級搜索與動態規劃的知識高峰。我們不僅關注“如何實現”某個結構或算法，更深入探討“為什麼選擇這個”以及“在何種場景下它錶現最佳”。 第一部分：基礎構建塊——數據組織的藝術 本部分著重於數據如何在內存中被高效地組織和訪問。我們首先迴顧基本數據類型的內存占用與操作效率，隨後立即進入綫性數據結構的核心。 1. 數組與內存訪問的魔力： 我們將詳細解析底層內存布局如何影響數組的訪問速度（Cache Locality）。不僅講解靜態數組，還會深入探討動態數組（如C++的`std::vector`或Java的`ArrayList`）在底層是如何通過倍增策略實現平均$O(1)$時間復雜度的插入與刪除操作。我們會用實際的性能測試數據來佐證理論。 2. 鏈錶傢族的精細辨析： 從單嚮鏈錶到雙嚮鏈錶，再到循環鏈錶，每種結構都有其獨特的適用場景。我們將重點討論它們在插入/刪除操作上的優勢，以及相比於數組在隨機訪問上的固有劣勢。高級主題將包括跳躍列錶（Skip Lists）的構建，它如何巧妙地將鏈錶的靈活性與二叉搜索樹的查找效率相結閤，為並發編程提供瞭新的思路。 3. 棧與隊列的約束哲學： 作為最基礎的抽象數據類型，棧（LIFO）和隊列（FIFO）在係統調用、錶達式求值、以及任務調度中無處不在。我們將通過迷宮求解和瀏覽器曆史記錄等經典案例，來闡釋這些結構如何有效地管理程序的執行流程。更進一步，我們會探討雙端隊列（Deque）的多功能性，以及如何在滑動窗口問題中使用它來優化計算。 --- 第二部分：樹與圖——復雜關係的建模專傢 本部分是全書的重中之重，它專注於如何用層次結構和網絡結構來錶示現實世界中的復雜關聯。 4. 二叉搜索樹（BST）的平衡之道： 我們首先建立標準的BST模型，並揭示其在最壞情況下的性能退化（退化成鏈錶）。隨後，我們將投入大量篇幅解析自平衡樹的實現精髓——AVL樹和紅黑樹（Red-Black Trees）。我們將詳盡剖析鏇轉操作的數學原理和維護樹屬性的規則，確保讀者能夠從零開始構建一個健壯的、保證$O(log N)$性能的動態集閤結構。 5. 堆（Heaps）與優先級的統治： 本章聚焦於二叉堆，作為實現優先隊列的核心數據結構。我們將詳細講解堆化（Heapify）過程的優化技巧，並應用堆來高效地實現堆排序，對比其與快速排序的實際性能差異。更進一步，我們將探討二項堆和斐波那契堆在某些特定場景下（如Dijkstra算法的優化）的理論優勢。 6. 圖論的廣闊疆域： 圖結構是錶示網絡、路徑、依賴關係的最佳工具。我們將係統介紹圖的兩種主要錶示方法：鄰接矩陣與鄰接錶，並分析它們在內存使用和邊查詢效率上的權衡。隨後，深入講解圖的遍曆算法：廣度優先搜索（BFS）和深度優先搜索（DFS），及其在連通性、拓撲排序中的實際應用。 --- 第三部分：算法設計範式與性能分析 本部分將算法設計提升到方法論的高度，教會讀者如何係統性地解決一類問題，而非僅僅記住單個算法的實現。 7. 搜索與排序的深度優化： 排序算法的比較是理解算法效率的絕佳切入點。我們將超越基礎的冒泡排序，深入剖析快速排序的樞軸選擇策略（如三數取中法），以及歸並排序的穩定性保證。在搜索方麵，我們將比較二分查找的極限性能，並引入插值查找和斐波那契查找作為特定數據分布下的優化方案。 8. 貪心算法的局部最優陷阱： 貪心策略以其簡單和高效著稱。本章將通過霍夫曼編碼、活動選擇問題等經典案例，展示貪心算法如何構造齣全局最優解。同時，我們也將用反例明確指齣貪心算法不適用的場景，從而培養讀者的批判性思維。 9. 動態規劃（DP）：重疊子問題與最優子結構： 動態規劃被譽為“帶記憶的遞歸”。我們將使用矩陣鏈乘法、最長公共子序列、以及背包問題（0/1與完全背包）來係統拆解DP的思考框架：狀態定義、狀態轉移方程的推導，以及使用自底嚮上（Tabulation）或自頂嚮下（Memoization）進行實現。重點在於如何識彆問題中的重疊子結構。 10. 攤還分析與高級主題： 為瞭更精確地評估復雜數據結構的性能，本書將引入攤還分析（Amortized Analysis）的概念，用於解釋諸如斐波那契堆或動態數組擴容等操作的平均性能。最後，我們將簡要介紹高級圖算法，如最小生成樹（Prim/Kruskal）和最短路徑問題（Dijkstra/Bellman-Ford），並討論NP完備性的概念及其對實際工程的指導意義。 --- 學習特色與配套資源 代碼無關性（Language Agnostic）： 全書的僞代碼和核心概念描述獨立於任何特定編程語言，確保理論的普適性。 嚴格的復雜度分析： 每一個結構和算法的實現都附帶詳細的時間復雜度（$O$）和空間復雜度（$S$）分析，並輔以實際運行時間的對比圖錶。 挑戰性練習： 每章末尾均附有難度遞增的“工程挑戰”，旨在考察讀者對理論的靈活應用能力，而非簡單的記憶復述。 可視化輔助： 書中包含大量高質量的結構動態圖示，幫助讀者直觀理解復雜的鏇轉、遍曆和狀態轉移過程。 本書緻力於將數據結構和算法從抽象的理論知識，轉化為您工具箱中最可靠、最鋒利的利器。掌握本書內容，您將具備設計和實現下一代高性能係統的堅實基礎。

作者簡介

曹祥雲

　　緻理科技大學資訊管理係 副教授

　　學曆
　　■ 颱灣省立颱北師專普通科
　　■ 國立交通大學資訊管理研究所碩士
　　■ 國立颱灣大學商學研究所博士

　　證照
　　■ 76 年公務人員高考電子計算人員及格
　　■ 證券商高級業務員
　　■ ISO 27001 LA
　　■ EEC 企業電子化資料分析師
　　（巨量資料處理與分析）

　　經曆
　　■ 緻理技術學院／緻理科技大學研發閤作處處長／資訊學群召集人／多媒體設計係主任／資管係主任
　　■ 100 年度新北市市民免費電腦課程委外服務案/101 年度新北市數位希望據點委外服務案協同主持人
　　■ 101 年度經建會縮減婦女數位落差計畫主持人
　　■ 102-106 年教育部補助軟體人纔培育計畫／軟體人纔推升推廣計畫主持人
　　■ 經濟部工業局100-106 年度資訊安全防護暨網路係統維護服務計畫審查委員
　　■ 交通部102-105 年度網際網路通訊協定升級推動計畫審查委員
　　■ 中華民國資訊管理學會秘書長

CHAPTE R 1 程式設計與運算思維
1.1 計算與運算 
1.2 運算思維
1.3 演算法
1.4 常用演算法簡介

CHAPTE R 2 程式語言與Python 開發環境
2.1 電腦程式與程式語言 
2.2 高階語言使用現況
2.3 Python 發展與特色
2.4 Anaconda 軟體套件

CHAPTE R 3 資料錶示和運算
3.1 資料和資料類型的概念
3.2 數值資料的錶示與運算
3.3 文字資料的錶示和操作
3.4 批量資料錶示與操作

CHAPTE R 4 基本控製結構
4.1 用Python 實現順序結構程式
4.2 用Python 實現分支結構程式
4.3 用Python 實現反覆結構程式 
4.4 字串資料操作
4.5 Spyder 除錯應用

CHAPTE R 5 函式與模組
5.1 Python 函式的基本概念 
5.2 Python 標準函式庫
5.3 模組 
5.4 Python 第三方函式庫

CHAPTE R 6 資料的輸入和輸齣
6.1 標準輸入輸齣程式 
6.2 檔案輸入輸齣程式
6.3 網路取得資料

CHAPTE R 7 物件導嚮程式設計
7.1 物件導嚮思維 
7.2 Python 中的類彆和物件 
7.3 物件導嚮程式設計應用

CHAPTE R 8 Python 實務應用
8.1 Python_Facebook 
8.2 Python_Gmail 
8.3 Python 爬蟲 
8.4 Python_Google 地圖

序

　　21世紀以來，資訊科技一再推陳齣新，啓動瞭一連串的社會和文化變革。對教育之衝擊也已逐漸成形，應用資訊科技及處理資訊是未來人纔之基本條件。未來人纔應是能有效使用資訊工具進行深度學習、能應用工具發揮創造力以分析、評斷、錶達與解決問題，同時具生産力與責任的數位公民。麵對科技高度智慧化環境快速變遷，跨領域及問題解決能力亦是未來人纔培育之關鍵，因此未來除學生專業技術能力外，更重視提升學生跨領域學習整閤能力、問題解決能力與自主學習能力。

　　本書以運算思維為基礎，以通俗易懂的方式介紹運算思維如何應用於解決問題。本書以Python 作為實作語言，展現利用運算思維解決問題方法的實現，通過這種跨學科應用問題求解的學習和實踐，希望培養學生主動在各專業學習中利用運算思維的方法和技能，進行問題求解的能力和習慣，並能應用Python 大量的第三方函式庫動手解決具有一定難度的實際問題。

　　本書在選擇應用領域和案例時，著重在那些易於理解、不需要掌握演算法和程式設計就能解決的問題上，因此，本書不會深入講解演算法，而是著重於如何利用運算思維理解和解決問題，展現運算思維在問題求解、係統構造、理解人類行為等方麵發揮的重要作用。

　　本書適用於大學一年級新生或對成為未來人纔有興趣的讀者，不要求有電腦程式設計經驗，並且也不是以程式設計為主要內容，而是要求學生／讀者專注於理解運算思維求解問題的方法和技能。一些Python 語言基礎知識的介紹是幫助學生／讀者閱讀和理解講義中給齣的Python 程式，並能在理解的基礎上，對這些程式進行小修改就能實現自己的問題求解方法。

　　本書的程式碼均以開放原始碼的方式公開於GitHub，URL 為github.com/sytsao/Python-ComputationalThinking-book，歡迎大傢協助指教與討論。

评分☆☆☆☆☆

我一直對Python的機器學習和數據分析領域很感興趣，但苦於沒有紮實的編程基礎，一直不敢輕易嘗試。偶然間看到瞭這本《PYTHON程式設計入門與運算思維》，就抱著試試看的心態入手瞭。這本書最大的亮點在於它不僅僅是教你Python的語法，更側重於培養“運算思維”。我理解的“運算思維”就是一種邏輯分析能力，能夠把復雜的問題分解成一個個小步驟，然後用計算機能夠理解的方式去解決。這本書在這方麵做得非常齣色，它通過很多實際的小項目來引導讀者思考，而不是死記硬背代碼。例如，它在講解條件語句的時候，就設計瞭一個“天氣預報”的小練習，讓讀者思考如何根據不同的天氣情況給齣不同的建議。這種方式讓我感覺學習過程非常主動，我不再是被動地接受知識，而是主動地去探索和發現。我相信，有瞭這本書打下的基礎，我以後學習更復雜的機器學習算法時，也會更加得心應手。

评分☆☆☆☆☆

我最近在準備轉行到IT行業，所以對各種編程入門書籍都做瞭不少功課。最終選擇瞭這本《PYTHON程式設計入門與運算思維》，原因也很簡單——它不僅僅是教語法，更強調“運算思維”的培養。這一點真的太重要瞭！我看瞭很多其他書，感覺很多都隻是停留在“知其然”的層麵，而這本書則是在教你“知其所以然”。它通過一係列精心設計的案例，讓我深刻理解瞭如何將現實世界的問題抽象化，然後用邏輯化的步驟去解決。舉個例子，書裏關於“算法”的講解，沒有直接拋齣復雜的公式，而是通過一個“找零錢”的問題，一步步引導我思考最優解的生成過程，讓我體會到算法背後的智慧。而且，它的代碼示例非常簡潔清晰，即使是初學者也能輕鬆看懂。我覺得這本書真的是一個非常好的起點，它不僅為我打開瞭Python編程的大門，更重要的是，它幫助我建立瞭一種受益終身的“運算思維”模式。

评分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計真的讓人眼前一亮，那明亮的黃色和簡潔的Python Logo，一看就知道是給初學者的，感覺很親切。我當初挑這本書，純粹是因為想學點Python，但又怕太理論的東西消化不瞭，所以重點看瞭它的“運算思維”這個詞。我一直覺得，學編程不隻是學語法，更重要的是培養一種解決問題的邏輯和思路，而這本書恰恰抓住瞭這一點。拿到書後，我迫不及待地翻開，第一印象是排版很舒服，字號適中，行距也夠寬，讀起來不會有壓迫感。而且，它似乎用瞭不少圖示和流程圖來解釋概念，這對我這種視覺型學習者來說簡直是福音。我特彆期待它在“運算思維”部分能給齣一些實際的例子，比如如何把日常生活中的問題拆解成計算機可以理解的步驟，而不是上來就講什麼數據結構、算法之類的。希望這本書真的能幫我建立起一個紮實的編程基礎，以後還能繼續往更深入的方嚮發展。

评分☆☆☆☆☆

作為一個已經工作幾年的人，重新拾起編程對我來說是一個不小的挑戰。我之前學過一些其他的編程語言，但感覺總是在語法上打轉，很難真正理解背後的邏輯。這本書《PYTHON程式設計入門與運算思維》給我帶來瞭完全不同的體驗。它非常注重“運算思維”的培養，作者用瞭很多貼近生活的例子，把一些復雜的概念講得非常透徹。我特彆喜歡他關於“函數”的那部分講解，他把它比作一個“黑盒子”，你隻需要知道輸入什麼，它就能輸齣什麼，而不需要關心它內部是怎麼實現的。這種“封裝”的思想對於我來說非常有啓發。而且，這本書的練習題設計也非常巧妙，不是那種簡單套用語法的題目，而是需要你運用邏輯去思考如何解決問題。我感覺這本書不僅僅是在教我Python，更是在訓練我的思維方式，讓我能夠用一種全新的視角去看待問題。

评分☆☆☆☆☆

說實話，一開始我有點擔心這本《PYTHON程式設計入門與運算思維》會不會太“教科書”的感覺，畢竟“入門”這個詞有時候會和“枯燥”劃上等號。但翻開之後，我發現我的擔憂完全是多餘的！作者的敘述方式非常生動有趣，就像在跟一個經驗豐富的程序員朋友聊天一樣。他沒有用那種冷冰冰的術語堆砌，而是通過一個個小故事、生活化的比喻來解釋Python的概念。我尤其喜歡他對“變量”的講解，竟然拿生活中的“盒子”來類比，一下子就把抽象的概念具體化瞭。還有那個關於“循環”的例子，他講到每天早上都要重復的“起床、洗漱、吃早餐”的過程，然後引申到Python裏的for循環和while循環，簡直是神來之筆！這讓我感覺學習編程不再是一件枯燥乏味的事情，而是像解謎一樣，充滿瞭樂趣和挑戰。這本書真的是把“入門”做到瞭極緻，讓一個零基礎的人也能輕鬆上手，而且還能體會到編程的魅力。