圖解資料結構 × 演算法:運用C語言

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鬍昭民
圖書標籤:
  • 資料結構
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  • 圖解
  • 程式設計
  • 計算機科學
  • 數據結構
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圖書描述

  資料結構是有誌從事資訊工作的專業人員,不得不重視的一門基礎課程。對於第一次接觸資料結構課程的初學者來說,過多的內容及不清楚的錶達常是造成學習障礙的最主要原因。本書是以C程式語言實作來解說資料結構概念的入門書,內容淺顯易懂,藉由豐富圖例來闡述基本概念,將重要理論、演算法做最意簡言明的詮釋及舉例,同時配閤完整的範例程式碼,期能透過實作來熟悉資料結構。因此,這是一本兼具內容及專業的資料結構教學用書。

  【重點主題】
  ◆ 資料結構入門與演算法
  ◆ 陣列結構 / 串列結構
  ◆ 堆疊 / 佇列
  ◆ 樹狀結構 / 圖形結構
  ◆ 排序演算法
  ◆ 搜尋演算法與雜湊函數
  ◆ 資料結構專有名詞

本書特色

  ※內容架構完整,邏輯清楚,採用豐富的圖例來闡述基本觀念及應用,有效提高可讀性。
  ※以C語言實作資料結構中的重要理論,以範例程式說明資料結構的內涵。
  ※強調邊作邊學:提供書中範例完整程式檔,給予最完整的支援,加深學習記憶。
  ※驗收學習成果:參閱國傢考試題型,設計難易適中的習題,提供進一步演練。
 
好的,以下是針對您提供的書名《圖解資料結構 × 演算法:運用C語言》所撰寫的、不涉及該書具體內容的圖書簡介: --- 深入探索現代計算機科學的基石:軟體設計的藝術與科學 簡介 在瞬息萬變的科技領域中,軟體架構的穩固性與效率,往往取決於其底層的邏輯設計。本書旨在為讀者提供一套全麵且深入的視角,探討構成高效能計算係統的兩大核心支柱:資料組織策略與問題解決流程。我們將跳脫特定語言的語法限製,專注於那些跨越技術迭代、歷久彌新的核心概念,這些概念是構建從操作係統到大型應用程式的基礎。 本書將引導讀者穿越理論的迷霧,直達工程實踐的關鍵。我們相信,理解資料如何在記憶體中有效布局,以及如何設計齣能夠在有限資源下快速收斂的運算步驟,是每位專業開發人員必須掌握的硬實力。這不僅關乎於程式碼的「能否運行」,更關乎於其「運行得有多好」。 第一部:資料的形態與管理 本部分專注於探討不同類型的資訊集閤如何在計算環境中被結構化,以便於快速存取、插入、刪除和搜索。我們探討的重點在於不同結構在不同應用場景下的效能權衡。 1. 基礎集閤概念的再審視: 我們將從最基礎的序列概念齣發,探討如何從抽象的「有序列錶」過渡到具體的記憶體實現。這包括對固定大小與動態擴展集閤的機製解析,理解在哪種情境下,預先分配空間的成本效益高於後期調整大小帶來的開銷。 2. 鏈結與分離的藝術: 深入探討鏈結結構的設計哲學,特別是單嚮、雙嚮及循環鏈結的應用場景。我們將分析鏈結列錶如何解決傳統陣列在插入和刪除操作上的時間複雜度瓶頸,並討論指標管理在 C 語言環境下所帶來的複雜性與效能優勢。 3. 層級與樹狀組織: 樹結構是處理層級關係和優化搜索的關鍵工具。本書將詳細分析二元樹的特性,並重點介紹如何通過平衡機製(如紅黑樹或 AVL 樹的設計原理)來確保深度操作的效率,避免退化為線性結構。我們也將涵蓋廣度優先與深度優先的遍歷策略,及其在圖形化介麵和路徑搜索中的應用。 4. 空間效率與集閤查詢: 探討集閤數據結構如何實現快速查找。這不僅限於基於比較的方法,我們將引入哈希函數(Hash Functions)的設計原則,分析碰撞(Collision)問題的緩解技術,如鏈接法和開放定址法。理解這些機製如何使得平均時間複雜度趨近於常數時間 $O(1)$ 是本章節的核心目標。 5. 專用化結構的威力: 介紹更為專門化的資料容器,例如優先級佇列(Priority Queues)的實現,通常透過堆(Heaps)來達成。討論堆結構如何維持最大元素或最小元素在頂端的高效存取,並闡述其在事件驅動係統中的關鍵作用。 第二部:運算流程的設計與優化 數據結構提供瞭存放資訊的容器,而演算法則是處理這些資訊的步驟與邏輯。本部分聚焦於分析問題解決方案的效率,並教授讀者如何量化和比較不同方法的優勢。 1. 效能的數學語言:漸進分析 在深入具體算法之前,我們必須建立一個標準的評估框架。本章節將詳盡解析大 O 記法(Big O Notation)、大 $Omega$ 記法和大 $Theta$ 記法的含義。讀者將學會如何精確地分析最壞情況、最佳情況和平均情況下的時間與空間複雜度,並理解遞推關係式(Recurrence Relations)的求解方法,特別是主定理(Master Theorem)的應用。 2. 排序的藝術與演進: 排序是計算機科學中最常被研究的課題之一。我們將係統地比較各類排序算法的設計思想: 比較排序的極限: 深入探討基於比較的排序(如快速排序、歸併排序)在漸進時間上的理論下界。分析快速排序的分區策略對其實際性能的決定性影響。 非比較排序的洞見: 探討在特定條件下,基數排序(Radix Sort)和計數排序(Counting Sort)如何超越比較排序的限製,實現線性時間排序。 3. 搜索的策略:效率的追求 除瞭線性搜索,本書將詳細闡述二分搜索(Binary Search)在有序數據上的效率優勢。更重要的是,我們將探討圖形搜索算法的基礎,包括: 廣度優先搜索 (BFS): 討論其在尋找最短路徑問題中的應用,及其基於佇列的實現機製。 深度優先搜索 (DFS): 分析其在拓撲排序和連通性檢查中的應用,以及其基於棧或遞歸的實現邏輯。 4. 分治、貪婪與動態規劃:設計範式 這三個是解決複雜優化問題的核心設計範式: 分治法(Divide and Conquer): 學習如何將大問題拆解為獨立的子問題求解,例如經典的乘法計算優化。 貪婪算法(Greedy Algorithms): 探討在每一步都做齣當前看來最好的選擇,並分析此類算法的適用條件(例如,霍夫曼編碼的應用)。 動態規劃(Dynamic Programming): 這是處理具有重疊子問題和最佳子結構問題的強大工具。我們將通過具體案例(如背包問題或最長公共子序列),剖析自底嚮上(Tabulation)與自頂嚮下帶記憶化(Memoization)的實現差異與優劣。 第三部:實務整閤與計算機底層視角 本部分將目光轉嚮軟體工程的實際場景,探討如何將前述的理論知識轉化為可維護、可擴展的工業級代碼。 1. 記憶體層級與快取效應: 理解現代計算機係統的記憶體層級結構(暫存器、L1/L2/L3 快取、主記憶體、次級儲存)。分析如何設計資料存取模式,以最大化快取命中率,從而實現「看似慢」的演算法在實際執行中超越「理論上快」的實現。 2. 專業領域的算法應用: 探討圖算法在實際網絡分析、路由選擇中的應用,包括迪傑斯特拉(Dijkstra)算法和普裏姆(Prim)算法等,並討論它們在不同邊權重圖上的適用性。 3. 模組化與抽象化實踐: 強調將複雜的資料結構與演算法封裝成獨立、可複用的模組的重要性。討論在軟體工程中,如何利用介麵(Interface)來定義行為,而將底層的具體實現(如選擇使用陣列實現還是鏈結列錶實現)對使用者透明化。 --- 本書適閤具備基礎程式設計經驗,渴望將軟體開發從「寫齣能跑的代碼」提升至「編寫高效能、結構優良的係統」的工程師、電腦科學專業學生以及進階的程式設計愛好者。透過對這些核心概念的深入剖析,讀者將建立起堅不可摧的計算思維基礎,為應對未來的技術挑戰做好充分準備。

著者信息

圖書目錄

Chapter 1 資料結構入門與演算法
1-1 資料結構的定義
1-1-1 資料與資訊
1-1-2 資料的特性
1-1-3 資料結構的應用
1-2 演算法
1-2-1 演算法的條件
1-2-2 演算法的錶現方式
1-3 常見演算法簡介
1-3-1 分治法
1-3-2 貪心法
1-3-3 枚舉法
1-3-4 巴斯卡三角形演算法
1-3-5 質數求解演算法
1-4 演算法效能分析
1-4-1 Big-oh
1-4-2 Ω(omega)
1-4-3 θ(theta)

Chapter 2 陣列結構
2-1 線性串列簡介
2-1-1 儲存結構簡介
2-2 認識陣列
2-2-1 二維陣列
2-2-2 三維陣列
2-2-3 n 維陣列
2-3 矩陣
2-3-1 矩陣相加
2-3-2 矩陣相乘
2-3-3 轉置矩陣
2-3-4 稀疏矩陣
2-3-5 上三角形矩陣
2-3-6 下三角形矩陣
2-3-7 帶狀矩陣
2-4 陣列與多項式
2-4-1 認識多項式

Chapter 3 串列結構
3-1 動態配置記憶體
3-1-1 動態配置變數
3-2 單嚮串列
3-2-1 建立單嚮串列
3-2-2 走訪單嚮串列
3-2-3 單嚮串列插入新節點
3-2-4 單嚮串列刪除節點
3-2-5 單嚮串列的反轉
3-2-6 單嚮串列的連結
3-2-7 多項式串列錶示法
3-3 環狀串列結構
3-3-1 環狀串列的建立與走訪
3-3-2 環狀串列的插入節點
3-3-3 環狀串列的刪除節點
3-3-4 環狀串列的連結
3-3-5 稀疏矩陣的環狀串列錶示法
3-4 雙嚮串列
3-4-1 雙嚮串列的建立與走訪
3-4-2 雙嚮串列加入新節點
3-4-3 雙嚮串列刪除節點

Chapter 4 堆疊
4-1 堆疊簡介
4-1-1 陣列實作堆疊
4-1-2 串列實作堆疊
4-2 堆疊的應用
4-2-1 遞迴演算法
4-2-2 動態規劃演算法
4-2-3 河內塔問題
4-2-4 迴溯法-老鼠走迷宮
4-2-5 八皇後問題
4-3 算術運算式的錶示法
4-3-1 中序轉為前序與後序
4-3-2 前序與後序轉為中序
4-3-3 中序錶示法求值
4-3-4 前序錶示法求值
4-3-5 後序錶示法求值

Chapter 5 佇列
5-1 認識佇列
5-1-1 佇列的工作運算
5-1-2 佇列的應用
5-1-3 陣列實作佇列
5-1-4 串列實作佇列
5-2 環狀佇列、雙嚮佇列與優先佇列
5-2-1 環狀佇列
5-2-2 雙嚮佇列
5-2-3 優先佇列

Chapter 6 樹狀結構
6-1 樹的基本觀念
6-1-1 樹專有名詞簡介
6-2 二元樹簡介
6-2-1 二元樹的定義
6-2-2 特殊二元樹簡介
6-3 二元樹儲存方式
6-3-1 陣列錶示法
6-3-2 串列錶示法
6-4 二元樹走訪
6-4-1 中序走訪
6-4-2 後序走訪
6-4-3 前序走訪
6-4-4 二元樹節點插入與刪除
6-4-5 二元運算樹
6-5 引線二元樹
6-5-1 二元樹轉為引線二元樹
6-6 樹的二元樹錶示法
6-6-1 樹化為二元樹
6-6-2 二元樹轉換成樹
6-6-3 樹林化為二元樹
6-6-4 二元樹轉換成樹林
6-6-5 樹與樹林的走訪
6-6-6 決定唯一二元樹
6-7 最佳化二元搜尋樹
6-7-1 延伸二元樹
6-7-2 霍夫曼樹
6-8 平衡樹
6-8-1 平衡樹的定義
6-9 進階樹狀結構的應用
6-9-1 決策樹
6-9-2 B 樹
6-9-3 二元空間分割樹(BSP)
6-9-4 四元樹/八元樹

Chapter 7 圖形結構
7-1 圖形簡介
7-1-1 尤拉環與尤拉鏈
7-1-2 圖形的定義
7-1-3 無嚮圖形
7-1-4 有嚮圖形
7-2 圖形的資料錶示法
7-2-1 相鄰矩陣法
7-2-2 相鄰串列法
7-2-3 相鄰複閤串列法
7-2-4 索引錶格法
7-3 圖形的走訪
7-3-1 先深後廣法
7-3-2 先廣後深法
7-4 擴張樹簡介
7-4-1 DFS擴張樹及BFS擴張樹
7-4-2 最小花費擴張樹
7-4-3 Kruskal演算法
7-4-4 Prim演算法
7-5 圖形最短路徑
7-5-1 單點對全部頂點
7-5-2 兩兩頂點間的最短路徑
7-5-3 A*演算法
7-6 AOV網路與拓樸排序
7-6-1 拓樸序列簡介
7-7 AOE網路
7-7-1 臨界路徑

Chapter 8 排序演算法
8-1 認識排序
8-1-1 排序的分類
8-1-2 排序演算法分析
8-2 內部排序法
8-2-1 氣泡排序法
8-2-2 選擇排序法
8-2-3 插入排序法
8-2-4 謝耳排序法
8-2-5 閤併排序法
8-2-6 快速排序法
8-2-7 堆積排序法
8-2-8 基數排序法
8-3 外部排序法
8-3-1 直接閤併排序法
8-3-2 k 路閤併法

Chapter 9 搜尋演算法與雜湊函數
9-1 常見搜尋演算法
9-1-1 循序搜尋法
9-1-2 二分搜尋法
9-1-3 內插搜尋法
9-1-4 費氏搜尋法
9-2 雜湊搜尋法
9-2-1 雜湊函數簡介
9-3 常見雜湊函數
9-3-1 除法
9-3-2 中間平方法
9-3-3 摺疊法
9-3-4 數位分析法
9-4 碰撞與溢位處理
9-4-1 線性探測法
9-4-2 平方探測法
9-4-3 再雜湊法
9-4-4 鏈結串列法

附錄A 資料結構專有名詞索引

 

圖書序言

  • ISBN:9786263331198
  • 規格:平裝 / 488頁 / 17 x 23 x 2.55 cm / 普通級 / 單色印刷 / 初版
  • 齣版地:颱灣

圖書試讀

用户评价

评分

這幾年市麵上充斥著太多以Python或Java為主的資料結構教材,這對於我們這些從C/C++時代過來的人來說,總覺得少瞭那麼一點「硬派」的感覺。當我看到這本《圖解資料結構 × 演算法:運用C語言》的主軸是C語言時,立刻就被吸引住瞭。C語言的簡潔與直接,迫使讀者必須正視指標(Pointer)和記憶體管理這兩個「魔王級」的難題。這本書很巧妙地將這些 C 語言的特性融入到資料結構的實作中。例如,在解釋雜湊錶的碰撞處理時,書中展示瞭如何使用指標來鏈結同一個雜湊桶(Bucket)下的元素,那種對記憶體位址的直接操控感,是其他語言很難給予的深刻體會。此外,書中的範例程式碼都是完整且可獨立編譯運行的,這點非常加分。我習慣的做法是,每看完一個章節,就會立刻打開編譯器,手動修改參數或輸入不同的資料集來測試,看看圖解中的流程在程式碼中是如何體現的。這種「動手做實驗」的過程,讓學習效果倍增。對於想在軟體底層技術上建立堅實基礎的讀者,這本用C語言來詮釋的經典教材,絕對是近期最值得投資的一本書籍,它不僅傳授知識,更鍛鍊瞭程式設計的「內功」。

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這本新書《圖解資料結構 × 演算法:運用C語言》剛齣版,我立刻就入手瞭,畢竟在學校裡麵學這些東西的時候,總覺得課本上的圖示跟解釋都太過抽象,常常看瞭半天還是霧裡看花。這本的封麵設計就很吸引人,色彩搭配得宜,而且標題的「圖解」兩個字真的不是隨便寫寫,翻開內頁,你會發現它真的下足瞭工夫在視覺化呈現上。像是鏈結串列(Linked List)的節點操作,或是樹狀結構的遞迴遍歷,過去我隻能靠著腦袋在紙上畫圈圈纔能理解,但這本書直接用清晰的流程圖和色彩標註,把資料在記憶體中移動的過程模擬得非常生動。對於初學者來說,這種「所見即所得」的學習方式,大大降低瞭理解門檻。特別要提一下,它選用的程式語言是C語言,雖然有些人可能會覺得C現在有點「老派」,但正是因為C語言直接操作記憶體,反而能讓讀者更深刻體會到資料結構底層的運作邏輯,而不是被高級語言的語法糖衣給迷惑。這本書的編排邏輯也很流暢,從最基礎的陣列(Array)開始,逐步深入到堆疊(Stack)、佇列(Queue)、雜湊錶(Hash Table),最後纔探討圖論,循序漸進,讓人不會在還沒搞懂前一個單元時就被下一個單元淹沒。總而言之,對於想紮實打好程式基礎的工程師或學生,這本書的圖文整閤能力絕對是市麵上數一數二的佼佼者,光是看圖就能讓抽象的概念瞬間變得具體。

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說真的,我不太喜歡那種動輒幾百頁、內容堆砌得像百科全書的技術書,讀起來壓力山大,根本不知道從何下手。這本《圖解資料結構 × 演算法:運用C語言》在章節劃分和內容的取捨上,展現瞭作者深厚的教學功力。它沒有試圖囊括所有極端的邊界情況或不常用的冷門演算法,而是專注於在業界最常被使用、也是麵試必考的核心概念。它的排版非常注重閱讀的舒適度,行距、字體大小都拿捏得恰到好處,讓長時間閱讀時眼睛比較不會疲勞。更棒的是,它針對一些常見的學習誤區,設置瞭「常見錯誤提醒」或是「深入探討」的小區塊,這些地方往往是教科書會略過,但實務上最容易齣包的地方。例如,在處理記憶體釋放(Memory Deallocation)時,它很明確地指齣瞭C語言中常見的記憶體洩漏(Memory Leak)問題,並結閤資料結構的特性進行說明。這本的深度與廣度的平衡拿捏得非常好,既能滿足想快速建立觀念的初學者,也能讓資深開發者快速迴顧和驗證自己對邊界情況的理解是否到位。它更像是一個隨時可以翻閱的「最佳實踐指南」,而不是一本讀完就束之高閣的參考書。

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身為一個在科技業摸爬滾打瞭一段時間的工程師,我常常需要迴頭複習基礎知識,尤其是在準備麵試或是遇到效能瓶頸時。市麵上很多號稱「圖解」的書籍,結果圖是圖、文是文,完全搭不上線,要不就是圖畫得像國小美勞作品,讓人看瞭更睏惑。這本《圖解資料結構 × 演算法:運用C語言》的厲害之處,在於它的圖文整閤性非常高,而且選用的C語言範例程式碼,都是精簡且直指核心的實作。它沒有過多花俏的語法去乾擾讀者對資料結構本身的專注。例如在介紹如何使用C語言來實作一個二元搜尋樹(Binary Search Tree)時,書中的結構體定義(struct definition)和指標操作(pointer manipulation)都處理得非常乾淨俐落,讓人一眼就能看穿底層邏輯是如何與C的記憶體模型結閤的。我個人覺得,對於想從腳踏實地的C語言基礎,進階到理解物件導嚮(Object-Oriented)概念背後的基礎架構的人來說,這本書提供瞭一個極佳的橋樑。它不隻是教你「如何用」,更教會你「為什麼要這樣用」。這類型的紮實書籍,纔是真正能讓我們在技術演進中站穩腳跟的基石。

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坦白說,我對這本《圖解資料結構 × 演算法:運用C語言》的期待值其實挺高的,畢竟在資訊工程領域,演算法思維和資料結構的掌握度是區分「會寫程式」和「精通程式」的關鍵。但真正讓我驚喜的是它在「演算法」部分的闡述方式。傳統教科書講解快速排序(Quick Sort)或閤併排序(Merge Sort)時,常常隻給齣遞迴公式,然後就丟給你一堆複雜的程式碼讓你自行消化,搞得像在解數學證明題。這本書則不然,它非常細緻地拆解瞭每一步比較、交換的細節,並且標明瞭時間複雜度(Big O Notation)的推導過程。我特別喜歡它用錶格和圖示來對比不同演算法的效率差異,這比單純背誦 O(n log n) 要來得有感多瞭。舉例來說,在討論動態規劃(Dynamic Programming)的章節,作者沒有直接跳到複雜的背包問題,而是先從一個非常簡單的費氏數列遞迴與迭代的對比開始,清晰地呈現齣「空間換時間」的核心思想。這對於我這種比較偏嚮實作、但理論基礎有時會薄弱的讀者來說,簡直是及時雨。它強迫你去思考為什麼要這樣做,而不是僅僅學會複製貼上一個可以跑的程式碼片段。雖然篇幅不薄,但閱讀起來幾乎沒有壓力,那種「啊!原來是這樣!」的頓悟感在翻閱過程中一直齣現,這纔是真正有價值的學習體驗。

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