圖解資料結構-使用C++ - 最新版 - 附MOSME行動學習一點通：診斷 ‧ 加值 pdf epub mobi txt 电子书下载 2025

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黃建庭

圖書標籤:

資料結構
C++
演算法
圖解
學習
程式設計
MOSME
行動學習
診斷
加值
教材

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圖書描述

　　1. 逐步圖解：圖解方式說明資料結構的概念，逐步呈現新增元素、刪除元素、搜尋元素等運作過程，直覺易懂。
　　2. 實作範例：範例實作資料結構程式，詳加解說，並分析程式的執行效率。
　　3. 概念釐清：羅列與比較每種資料結構的優缺點及使用時機，鞏固與強化觀念。
　　4. 習題演練：各章末課後習題供檢證所學，且讓讀者熟悉資料結構相關之升學與就業考試的基礎題型。

　　MOSME行動學習一點通功能：
　　使用「MOSME行動學習一點通」，登入會員與書籍序號，可線上閱讀、自我測驗、下載範例程式。
　　‧診斷：可反覆練習本書題目，強化熟練度。
　　‧加值：附書中範例程式檔，便於下載使用。

深入理解核心算法：C++實踐與高效能係統構建本書特色：本書旨在為緻力於深入理解和高效實現數據結構與核心算法的讀者提供一份全麵、實用的技術指南。我們聚焦於基礎理論的嚴謹推導、主流算法的精妙設計，以及在現代C++環境下實現這些概念的工程實踐。全書結構緊湊，內容精煉，確保讀者在掌握理論的同時，能夠快速轉化為解決實際問題的能力。麵嚮讀者群體：計算機科學專業學生：尋求超越教科書概念，接觸工業界標準實現方式的在校生。軟件工程師（初中級）：希望係統梳理數據結構基礎，優化現有代碼性能，準備技術麵試的開發者。算法競賽愛好者：需要一份清晰的參考手冊，用於迴顧和鞏固復雜算法的底層邏輯。 --- 第一部分：基礎架構與內存模型重塑本部分將數據結構的基礎置於現代硬件和C++內存管理機製的背景下進行審視，強調性能不僅僅是算法復雜度的問題，更是內存訪問模式的藝術。第一章：C++環境下的數據抽象與泛型編程本章首先復習瞭C++模闆元編程（Template Metaprogramming）在構建可重用數據結構中的作用。我們將詳細探討值語義（Value Semantics）與引用語義（Reference Semantics）在不同抽象數據類型（ADT）設計中的權衡。容器與迭代器模型（STL深度解析）：深入剖析`std::vector`、`std::deque`和`std::list`的內部實現，重點講解迭代器失效的場景與規避策略。我們不會停留在“使用”層麵，而是探究其內存布局如何影響緩存命中率。智能指針與資源管理：分析`unique_ptr`、`shared_ptr`和`weak_ptr`在管理復雜數據結構（如圖形結構）時的性能開銷和生命周期控製。第二章：綫性結構的高級優化綫性結構是所有復雜結構的基礎。本章著重於如何超越基本的數組和鏈錶實現，以適應特定訪問模式。高效棧與隊列：實現基於環形緩衝（Circular Buffer）的高速隊列，並討論其在I/O流處理中的應用。雙端隊列（Deque）的平衡實現：探討分塊數組（Block Array）結構如何實現對兩端操作的$O(1)$平均復雜度，以及塊大小選擇對內存局部性的影響。 --- 第二部分：樹與圖的深度探索樹和圖是算法世界的兩大支柱。本部分側重於非平衡樹的自平衡機製和圖遍曆算法在現實世界問題中的映射。第三章：平衡搜索樹的工程實現本章放棄對簡單二叉搜索樹的冗長描述，直接進入工業界常用的自平衡機製。 AVL樹與紅黑樹（Red-Black Tree）：詳細解析鏇轉操作（單鏇與雙鏇）的幾何學基礎。通過C++實現，展示紅黑樹如何通過顔色屬性保證最壞情況下的$O(log N)$性能。重點對比兩者在維護平衡因子上的計算代價。 B樹與B+樹：針對外部存儲（磁盤I/O）場景，深入講解B樹的分裂與閤並操作。剖析B+樹作為數據庫索引結構的關鍵優勢，特彆是範圍查詢的效率提升。第四章：圖論：從遍曆到連通性分析圖算法部分將結閤實際場景，如網絡路由和依賴關係分析。圖的錶示法優化：比較鄰接矩陣、鄰接錶（使用`std::vector>`或`std::vector>`）以及高效的混閤錶示法在稀疏圖和稠密圖下的性能差異。最短路徑算法的現代應用：細緻推導Dijkstra算法（使用`std::priority_queue`優化）和Bellman-Ford算法的適用範圍。重點闡述A搜索算法中啓發式函數（Heuristic Function）的設計原則及其對性能的決定性影響。最小生成樹（MST）： Kruskal與Prim算法的C++實現對比，特彆關注Kruskal算法中Disjoint Set Union (DSU) 結構的路徑壓縮與按秩閤並（Union by Rank）的巧妙結閤，確保近乎常數時間的集閤操作。 --- 第三部分：高級抽象與性能調優本部分關注那些在特定領域錶現卓越，且對內存和時間效率要求極高的高級數據結構。第五章：散列技術：衝突解決與均勻性保證散列是實現快速查找的核心。本章關注如何應對不可避免的衝突。開放尋址法（Open Addressing）：深入分析綫性探測（Linear Probing）、二次探測（Quadratic Probing）和雙重散列（Double Hashing）的聚集（Clustering）問題。提供如何選擇閤適的探測序列以最大化緩存友好性。鏈式法與分離鏈接（Separate Chaining）：探討當鏈錶過長時，如何引入動態平衡機製（如轉化為小型紅黑樹）以保證最壞情況下的查找性能。一緻性哈希（Consistent Hashing）：專門討論分布式係統中節點增減對數據遷移的影響，並給齣一緻性哈希環的具體構造與查找算法。第六章：堆結構與優先級隊列的定製堆結構是實現高效調度的基石。二項堆（Binomial Heap）與斐波那契堆（Fibonacci Heap）：闡述這些復雜堆結構在延遲操作（如減小鍵值）上的理論優勢。重點解析斐波那契堆的“剪切（Cut）”操作機製，並討論其實際應用場景（如更優化的Dijkstra或Prim實現）。配對堆（Pairing Heap）：作為一種相對簡單但實踐中錶現優異的堆結構，我們將分析其“多路閤並”策略及其在C++ STL `priority_queue`的替代方案中的潛力。 --- 第四部分：並發與數據結構安全在多核處理器時代，數據結構的正確性必須擴展到綫程安全層麵。第七章：並發數據結構的挑戰與實現本章探討如何在不依賴操作係統互斥鎖（Mutex）的前提下，設計高性能的並發數據結構。無鎖（Lock-Free）技術基礎：介紹C++11/17引入的原子操作（`std::atomic`）及其在構建無鎖棧和無鎖隊列中的應用。內存屏障（Memory Barriers）：講解編譯器優化和處理器重排序如何影響並發算法的正確性，並說明適當的內存屏障指令在保證數據可見性方麵的作用。並發哈希錶的初步設計：探討如何使用樂觀鎖（Optimistic Locking）或細粒度鎖定（Fine-Grained Locking）策略，在保證並發訪問效率的同時，維護散列錶的一緻性。全書旨在通過深入的代碼實現細節和對底層機製的精確把握，幫助讀者建立起一座從抽象理論到高性能工程實現的堅固橋梁。

圖書目錄

Chapter１資料結構簡介
1-1 資料結構的定義
1-2 資料結構影響程式執行效率
1-3 演算法的定義
1-4 程式執行效率分析
1-5 評估程式的複雜度
課後習題

Chapter２陣列
2-1 一維陣列
2-2 一維陣列的程式實作
2-3 二維陣列
2-4 二維陣列的程式實作
課後習題

Chapter３鏈結串列
3-1 鏈結串列
3-2 環狀鏈結串列
3-3 雙嚮鏈結串列
3-4 實作鏈結串列
課後習題

Chapter４佇列與堆疊
4-1 佇列
4-2 堆疊
課後習題

Chapter５標準樣闆函式庫
5-1 簡介標準樣闆函式庫
5-2 循序式容器
5-3 配接器
5-4 關聯式容器
課後習題

Chapter６樹狀結構
6-1 簡介樹狀結構
6-2 二元樹
6-3 二元搜尋樹
課後習題

Chapter７進階樹狀結構
7-1 霍夫曼編碼
7-2 AVL樹
課後習題

Chapter８排序
8-1 排序演算法的相關名詞與計算時間
8-2 氣泡排序
8-3 選擇排序
8-4 插入排序
8-5 閤併排序
8-6 快速排序
8-7 堆積排序
8-8 基數排序
8-9 各種排序演算法的比較
課後習題

Chapter９搜尋與雜湊
9-1 搜尋
9-2 雜湊
課後習題

Chapter１０圖形資料結構與圖形走訪 (DFS與BFS)
10-1 簡介圖形資料結構
10-2 實作圖形資料結構
10-3 使用深度優先進行圖的走訪
10-4 使用寬度優先進行圖的走訪
課後習題246

Chapter１１圖形最短路徑
11-1 實作圖形資料結構—新增邊的權重
11-2 使用Dijkstra演算法找最短路徑
11-3 使用Bellman Ford演算法找最短路徑
11-4 使用Floyd Warshall演算法找最短路徑
11-4 比較最短路徑演算法Dijkstra、Bellman Ford與Floyd Warshall
課後習題

Chapter１２常見圖形演算法
12-1 拓撲排序
12-2 尤拉迴路
12-3 最小生成樹
12-4 找齣關節點
課後習題

Chapter１３ 2-3-Tree、2-3-4-Tree與B-Tree
13-1 2-3-Tree
13-2 2-3-4-Tree
13-3 B-Tree
課後習題

圖書序言