這是一本基於 Rust 語言講解資料結構及其實現方法的書。全書先介紹 Rust 語言的基礎知識以及電腦科學和演算法分析的概念，然後介紹簡單資料結構和演算法的設計與實現，接著介紹較複雜的樹和圖資料結構，後將這些知識應用於實戰項目以解決實際問題。
本書適閤程式設計愛好者、專業程式師以及對 Rust 語言感興趣的讀者閱讀。
圖書描述
《高效能Python編程實踐》 —— 掌握現代Python的內功心法與實戰技巧 圖書簡介 在當今技術飛速發展的時代，Python憑藉其簡潔的語法和強大的生態係統，已經成為數據科學、人工智能、Web開發乃至係統運維等多個領域不可或缺的核心語言。然而，要真正駕馭Python，從“會用”到“精通”，需要深入理解其內部機製、掌握高效的編程範式以及應對真實世界復雜場景的策略。《高效能Python編程實踐》正是為瞭彌補這一鴻溝而精心打造的一本深度實戰指南。 本書並非麵嚮初學者的語法教程，而是為已經具備一定Python基礎，渴望將代碼性能推嚮極緻、架構設計更加健壯、工作流更加自動化的中高級開發者量身定製。我們聚焦於如何編寫齣“Pythonic”且“工業級”的代碼，強調的是對語言特性的深刻洞察和在復雜應用中的實際部署考量。 第一部分：Python底層機製與性能優化 本部分將深入剖析Python的“黑箱”——解釋器的工作原理和內存管理機製，為後續的性能優化打下堅實的基礎。 1. CPython的執行內幕：從字節碼到執行引擎 我們首先揭開GIL（全局解釋器鎖）的神秘麵紗。詳細解析GIL在多綫程環境下的作用、限製以及在不同Python版本中的演變。理解字節碼的生成與解釋過程，這對於編寫齣更易於優化的代碼至關重要。通過實例對比，展示不同數據類型的內部錶示如何影響內存布局和訪問速度。 2. 內存管理與垃圾迴收的藝術 詳盡闡述Python的引用計數機製與分代迴收算法。我們會探討如何利用`__slots__`來顯著減少大型對象實例的內存占用，以及何時應謹慎使用弱引用（`weakref`）來打破循環引用。書中提供瞭內存分析工具（如`memory_profiler`和`objgraph`）的實戰教程，教你如何精準定位內存泄漏和高內存消耗點。 3. 性能加速的關鍵：內建函數與標準庫的深度挖掘 高效能編程往往始於對標準庫的熟悉。我們將對比原生Python循環與使用NumPy、Pandas等庫進行嚮量化操作的巨大性能差異。深入講解`itertools`模塊中強大且內存高效的迭代器工具，以及`functools`中`lru_cache`等裝飾器的實際應用場景和局限性。 第二部分：並發與並行編程的現代範式 Python的並發模型是其挑戰與機遇並存的領域。本部分旨在提供清晰的指導，幫助開發者根據任務特性選擇最閤適的並發模型。 1. 綫程、進程與協程的權衡 係統地比較`threading`、`multiprocessing`和`asyncio`三者的適用範圍。詳細講解如何利用`concurrent.futures`提供的`ThreadPoolExecutor`和`ProcessPoolExecutor`進行同步和異步任務的調度。書中重點剖析瞭I/O密集型任務和CPU密集型任務的最佳處理策略。 2. Asyncio：構建高性能異步應用的核心 本書將協程提升到實踐高度。不僅限於基礎的`async/await`語法，更深入探討事件循環（Event Loop）的工作原理、任務間的調度優先級、異常處理機製，以及如何安全地在異步代碼中調用阻塞式函數。我們將構建一個生産級的異步HTTP客戶端和服務器示例，展示其在高並發場景下的錶現。 3. 突破GIL的界限：利用C擴展和並行計算 對於純CPU綁定的計算任務，我們介紹如何利用Cython或ctypes將性能瓶頸代碼移植到C/C++，並有效地與Python環境橋接。這部分內容將展示如何繞過GIL，實現真正的多核並行計算。 第三部分：健壯的係統設計與工程實踐 編寫齣快速的代碼隻是成功的一半，如何保證代碼在長期維護中的穩定性和可讀性，是區分業餘和專業開發者的試金石。 1. 現代Python的類型係統：邁嚮靜態分析 全麵擁抱Python 3.6+引入的類型提示（Type Hinting）。講解如何使用`mypy`進行靜態類型檢查，從而在編譯階段捕獲潛在的類型錯誤。我們示範如何編寫清晰、可維護的復雜函數簽名，以及如何利用`typing`模塊的高級特性，如泛型、協議（Protocols）和`TypedDict`。 2. 依賴管理與環境隔離的規範化 深入探討現代Python項目如何使用`Poetry`或`Pipenv`進行精確的依賴鎖定和虛擬環境管理，取代傳統`pip/requirements.txt`帶來的不確定性。講解如何構建可重復的構建（Reproducible Builds）流程。 3. 測試的深度與廣度：從單元到集成 超越簡單的斷言，本章強調測試驅動開發（TDD）在Python項目中的實施。詳述`pytest`的高級特性，如fixture的生命周期管理、參數化測試，以及如何有效使用Mocking（`unittest.mock`）來隔離外部依賴。我們還將探討性能基準測試（Benchmarking）的實踐，確保代碼優化帶來的收益是真實可衡量的。 4. 打包、分發與部署的最佳實踐 指導讀者如何使用`setuptools`（或更現代的構建係統）創建標準的Python包（Wheel/sdist）。討論容器化（Docker）在Python應用部署中的核心地位，並提供一個針對Web服務的最小化Dockerfile模闆，強調安全性和鏡像大小的優化。 總結 《高效能Python編程實踐》是一本麵嚮實踐的工具書，它將理論知識與企業級應用中的真實挑戰相結閤。通過閱讀本書，讀者將不僅理解“為什麼”某些代碼更高效，更重要的是掌握“如何做”纔能在實際項目中構建齣既快速又可靠的Python係統。它旨在將您的Python技能提升到一個新的工程高度，讓您能夠自信地處理大規模、高性能要求的軟件開發任務。
著者信息
謝波（Shieber） 畢業於電子科技大學，Rust 語言愛好者，擅長用 Rust開發各種實用工具和係統，長期緻力於 Rust 語言的推廣。現就職於某互聯網公司，從事結算及大資料係統的相關研發工作。愛好程式設計、閱讀、醫學、語言和美食。
圖書目錄
第 1 章 Rust 基礎 1
11 安裝 Rust 及其工具鏈 1
12 Rust 基礎知識 2
121 Rust 語言歷史 2
122 關鍵字、注釋、命名風格 4
123 常量、變數、資料類型 6
124 語句、運算式、運算子、流程控製 10
125 函數、程式結構 13
126 所有權、作用域規則、生命週期 15
127 泛型、trait 20
128 枚舉及模式匹配 22
129 函數式程式設計 24
1210 智能指針 27
1211 異常處理 34
1212 巨集係統 36
1213 代碼組織及包依賴關係 37
13 項目：Rust 密碼生成器 39
14 小結 46
第 2 章 電腦科學 47
21 什麼是電腦科學 47
22 什麼是程式設計 49
23 為什麼要學習資料結構 49
24 為什麼要學習演算法 50
25 小結 51
第 3 章 演算法分析 52
31 什麼是演算法分析 52
32 大 O 分析法 55
33 亂序字串檢查 58
331 窮舉法 58
332 檢查法 58
333 排序和比較法 60
334 計數和比較法 60
34 Rust 資料結構的性能 62
341 標量類型和複閤類型 62
342 集閤類型 63
35 小結 64
第 4 章 基礎資料結構 65
41 線性資料結構 65
42 棧 66
421 棧的抽象資料類型 67
422 Rust 實現棧 68
423 括弧匹配 71
424 進製轉換 75
425 首碼、中綴和尾碼運算式 78
426 將中綴運算式轉換為前綴和尾碼運算式 80
43 佇列 85
431 佇列的抽象資料類型 86
432 Rust 實現佇列 87
433 燙手山芋遊戲 90
44 雙端佇列 92
441 雙端佇列的抽象資料類型 92
442 Rust 實現雙端佇列 93
443 迴文檢測 97
45 鏈錶 98
451 鏈錶的抽象資料類型 99
452 Rust 實現鏈錶 100
453 鏈錶棧 104
46 Vec 107
461 Vec 的抽象資料類型 107
462 Rust 實現 Vec 108
47 小結 114
第 5 章 遞迴 115
51 什麼是遞迴 115
511 遞迴三定律 117
512 到任意進製的轉換 118
513 漢諾塔 120
52 尾遞迴 121
53 動態規劃 123
531 什麼是動態規劃 126
532 動態規劃與遞迴 129
54 小結 129
第 6 章 查找 131
61 什麼是查找 131
62 順序查找 132
621 Rust 實現順序查找 132
622 順序查找的複雜度 133
63 二分查找 135
631 Rust 實現二分查找 135
632 二分查找的複雜度 138
633 內插查找 138
634 指數查找 140
64 雜湊查找 141
641 雜湊函數 142
642 解決雜湊衝突 144
643 Rust 實現 HashMap 146
644 HashMap 的複雜度 153
65 小結 153
第 7 章 排序 154
71 什麼是排序 154
72 冒泡排序 155
73 快速排序 160
74 插入排序 164
75 希爾排序 166
76 歸併排序 167
77 選擇排序 170
78 堆排序 171
79 桶排序 174
710 計數排序 177
711 基數排序 179
712 蒂姆排序 181
713 小結 193
第 8 章 樹 195
81 什麼是樹 195
811 樹的定義 198
812 樹的錶示 199
813 分析樹 203
814 樹的遍歷 204
82 二叉堆 211
821 二叉堆的抽象資料類型 212
822 Rust 實現二叉堆 212
823 二叉堆分析 219
83 二叉查找樹 219
831 二叉查找樹的抽象數據類型 219
832 Rust 實現二叉查找樹 220
833 二叉查找樹分析 231
84 平衡二叉樹 232
841 AVL 平衡二叉樹 232
842 Rust 實現平衡二叉樹 34
843 平衡二叉樹分析 245
85 小結 245
第 9 章 圖 246
91 什麼是圖 246
92 圖的存儲形式 247
921 鄰接矩陣 248
922 鄰接錶 248
93 圖的抽象資料類型 249
94 圖的實現 249
95 廣度優先搜索 258
951 實現廣度優先搜索 258
952 廣度優先搜索分析 266
953 騎士之旅問題 267
96 深度優先搜索 273
961 實現深度優先搜索 274
962 深度優先搜索分析 277
963 拓撲排序 277
97 強連通分量 284
971 BFS 強連通分量演算法 286
972 DFS 強連通分量演算法 290
98 短路徑問題 292
981 Dijkstra 演算法 293
982 實現 Dijkstra 演算法 293
983 Dijkstra 演算法分析 296
99 小結 296
第 10 章 實戰 297
101 編輯距離 297
1011 漢明距離 297
1012 萊文斯坦距離 299
102 字典樹 304
103 篩檢程式 306
1031 布隆篩檢程式 307
1032 布穀鳥篩檢程式 310
104 LRU 緩存淘汰演算法 315
105 一緻性雜湊演算法 320
106 Base58 編碼 324
107 區塊鏈 330
1071 區塊鏈及比特幣原理 330
1072 基礎區塊鏈 331
108 小結 336
參考文獻 337
11 安裝 Rust 及其工具鏈 1
12 Rust 基礎知識 2
121 Rust 語言歷史 2
122 關鍵字、注釋、命名風格 4
123 常量、變數、資料類型 6
124 語句、運算式、運算子、流程控製 10
125 函數、程式結構 13
126 所有權、作用域規則、生命週期 15
127 泛型、trait 20
128 枚舉及模式匹配 22
129 函數式程式設計 24
1210 智能指針 27
1211 異常處理 34
1212 巨集係統 36
1213 代碼組織及包依賴關係 37
13 項目：Rust 密碼生成器 39
14 小結 46
第 2 章 電腦科學 47
21 什麼是電腦科學 47
22 什麼是程式設計 49
23 為什麼要學習資料結構 49
24 為什麼要學習演算法 50
25 小結 51
第 3 章 演算法分析 52
31 什麼是演算法分析 52
32 大 O 分析法 55
33 亂序字串檢查 58
331 窮舉法 58
332 檢查法 58
333 排序和比較法 60
334 計數和比較法 60
34 Rust 資料結構的性能 62
341 標量類型和複閤類型 62
342 集閤類型 63
35 小結 64
第 4 章 基礎資料結構 65
41 線性資料結構 65
42 棧 66
421 棧的抽象資料類型 67
422 Rust 實現棧 68
423 括弧匹配 71
424 進製轉換 75
425 首碼、中綴和尾碼運算式 78
426 將中綴運算式轉換為前綴和尾碼運算式 80
43 佇列 85
431 佇列的抽象資料類型 86
432 Rust 實現佇列 87
433 燙手山芋遊戲 90
44 雙端佇列 92
441 雙端佇列的抽象資料類型 92
442 Rust 實現雙端佇列 93
443 迴文檢測 97
45 鏈錶 98
451 鏈錶的抽象資料類型 99
452 Rust 實現鏈錶 100
453 鏈錶棧 104
46 Vec 107
461 Vec 的抽象資料類型 107
462 Rust 實現 Vec 108
47 小結 114
第 5 章 遞迴 115
51 什麼是遞迴 115
511 遞迴三定律 117
512 到任意進製的轉換 118
513 漢諾塔 120
52 尾遞迴 121
53 動態規劃 123
531 什麼是動態規劃 126
532 動態規劃與遞迴 129
54 小結 129
第 6 章 查找 131
61 什麼是查找 131
62 順序查找 132
621 Rust 實現順序查找 132
622 順序查找的複雜度 133
63 二分查找 135
631 Rust 實現二分查找 135
632 二分查找的複雜度 138
633 內插查找 138
634 指數查找 140
64 雜湊查找 141
641 雜湊函數 142
642 解決雜湊衝突 144
643 Rust 實現 HashMap 146
644 HashMap 的複雜度 153
65 小結 153
第 7 章 排序 154
71 什麼是排序 154
72 冒泡排序 155
73 快速排序 160
74 插入排序 164
75 希爾排序 166
76 歸併排序 167
77 選擇排序 170
78 堆排序 171
79 桶排序 174
710 計數排序 177
711 基數排序 179
712 蒂姆排序 181
713 小結 193
第 8 章 樹 195
81 什麼是樹 195
811 樹的定義 198
812 樹的錶示 199
813 分析樹 203
814 樹的遍歷 204
82 二叉堆 211
821 二叉堆的抽象資料類型 212
822 Rust 實現二叉堆 212
823 二叉堆分析 219
83 二叉查找樹 219
831 二叉查找樹的抽象數據類型 219
832 Rust 實現二叉查找樹 220
833 二叉查找樹分析 231
84 平衡二叉樹 232
841 AVL 平衡二叉樹 232
842 Rust 實現平衡二叉樹 34
843 平衡二叉樹分析 245
85 小結 245
第 9 章 圖 246
91 什麼是圖 246
92 圖的存儲形式 247
921 鄰接矩陣 248
922 鄰接錶 248
93 圖的抽象資料類型 249
94 圖的實現 249
95 廣度優先搜索 258
951 實現廣度優先搜索 258
952 廣度優先搜索分析 266
953 騎士之旅問題 267
96 深度優先搜索 273
961 實現深度優先搜索 274
962 深度優先搜索分析 277
963 拓撲排序 277
97 強連通分量 284
971 BFS 強連通分量演算法 286
972 DFS 強連通分量演算法 290
98 短路徑問題 292
981 Dijkstra 演算法 293
982 實現 Dijkstra 演算法 293
983 Dijkstra 演算法分析 296
99 小結 296
第 10 章 實戰 297
101 編輯距離 297
1011 漢明距離 297
1012 萊文斯坦距離 299
102 字典樹 304
103 篩檢程式 306
1031 布隆篩檢程式 307
1032 布穀鳥篩檢程式 310
104 LRU 緩存淘汰演算法 315
105 一緻性雜湊演算法 320
106 Base58 編碼 324
107 區塊鏈 330
1071 區塊鏈及比特幣原理 330
1072 基礎區塊鏈 331
108 小結 336
參考文獻 337
圖書試讀
用户评价
评分
說實話，我之前看過不少關於經典數據結構的教材，但很多要麼是過於偏重C/C++的視角，在內存模型上讓人摸不著頭腦，要麼就是用Python這類高級語言來演示，雖然簡單易懂，但卻削弱瞭對性能和底層機製的感知。這本書則完美地找到瞭一個黃金平衡點。它的行文邏輯極其縝密，像搭積木一樣，每介紹一個新概念，都會立刻銜接到Rust語言特性上，比如講解鏈錶時，對`Box<T>`和`Rc<T>`的運用分析得入木三分，讓人瞬間明白為什麼Rust在處理所有權和生命周期時，能確保數據結構的健壯性和綫程安全。這種“理論+實踐語言特性”的緊密結閤，極大地提升瞭學習效率。我感覺自己不再是單純地在背誦算法復雜度，而是在用一種真正現代、安全的方式去構建和優化它們。特彆是當作者開始討論圖算法時，他對宏（Macros）和Trait的靈活運用，展示瞭Rust在錶達復雜結構時的強大威力，這種“Aha!”的瞬間，是在其他語言教材中難以尋覓的。
评分我必須承認，剛開始翻閱時，我對Rust的一些高級特性感到有些畏懼，尤其是那些關於生命周期和宏的章節。然而，這本書的作者似乎完全預料到瞭讀者的這種心理障礙。他的解釋方式非常巧妙，總是先用一個生動的比喻，將抽象的概念具象化，然後再引入嚴格的Rust語法來支撐這個比喻。例如，在解釋“生命周期”時，他沒有上來就畫一堆復雜的生命周期符號，而是用“誰對誰負責”的“契約精神”來類比，一下子就拉近瞭距離。而且，書中的每一個代碼示例都經過瞭精心打磨，它們不僅是可運行的，而且是“慣用”的——這意味著你學到的不僅是功能實現，更是如何用最符閤Rust社區文化的方式去編寫代碼。這種對“Idiomatic Rust”的堅持，讓這本書的價值遠超一本單純的算法指南，它更像是一本“Rust編程哲學”的入門書，讓人在掌握算法的同時，也養成瞭嚴謹的編程習慣。
评分對於一個技術文檔的評價，閱讀體驗和配套資源同樣重要。這本書的勘誤和在綫支持做得相當到位，我發現作者在一些關鍵的算法優化點上，留下瞭指嚮外部研究論文或官方文檔的鏈接，這極大地拓寬瞭知識的邊界。更重要的是，這本書的習題設計非常具有啓發性，它們不是簡單的“實現一個快速排序”這種基礎題，而是設置瞭許多開放式的挑戰，比如“如何使用你剛學的B樹結構來優化一個特定類型的數據庫索引？”這類問題。這些題目強迫讀者跳齣書本的框架，去思考如何在具體業務場景中應用這些工具。這種“學以緻用，啓發創新”的編排思路，使得這本書不僅僅是一本工具書，更像是一個可以長期陪伴、反復研讀的“智囊團”。它真的讓我感覺到，掌握瞭數據結構和算法的底層機製，再配閤Rust這把鋒利的瑞士軍刀，幾乎沒有什麼復雜的計算問題是無法從容應對的。
评分這本書的封麵設計真是太抓人眼球瞭，深邃的藍色背景上躍動著象徵數據的光點和簡潔有力的代碼片段，一下子就把我帶入瞭一個既古典又現代的編程世界。拿到手的時候，沉甸甸的質感也讓人感覺內容一定非常充實。我原本對Rust語言的刻闆印象是它很“硬核”，學習麯綫陡峭，但這本書的引言部分卻非常親和，它沒有直接拋齣復雜的概念，而是像一位經驗豐富的老教授在跟你娓娓道來數據結構和算法的精髓，強調瞭理解“為什麼”比單純記住“怎麼做”更重要。它似乎在暗示，Rust的嚴謹性恰好能幫助我們更透徹地理解內存管理和性能優化這些底層奧秘。我尤其欣賞作者在初章中對抽象數據類型的闡述，那種娓娓道來的敘事方式，讓原本枯燥的理論變得生動起來，仿佛在拆解一個精巧的機械裝置，而不是在啃一本教科書。這本書的排版也十分齣色，字體選擇和行間距的控製，讓長時間閱讀眼睛也不會感到疲勞，這對於學習技術書籍來說簡直是福音。光是這開篇的閱讀體驗，就已經讓我對後續內容的深入探索充滿瞭期待，它成功地架起瞭一座通往高效編程藝術的橋梁。
评分這本書的深度是毋庸置疑的，但更讓我驚喜的是它對“工程實踐”的關注。很多算法書停留在理論推導和僞代碼層麵，但這本書從一開始就將讀者置於一個實際的開發環境中。它不僅展示瞭如何實現一個紅黑樹，更深入探討瞭在實際並發場景下，如何利用Rust的並發原語（如`Arc`和`Mutex`）來安全地封裝這個數據結構，以防止數據競爭。這種超越教科書範疇的討論，對於希望將所學知識應用於生産環境的開發者來說，價值無可估量。其中有一章關於內存池和高效字符串處理的章節，作者似乎不遺餘力地展示瞭Rust零成本抽象的威力，通過手動控製內存布局和避免不必要的拷貝，達到瞭接近C語言的性能，同時又保留瞭高級語言的安全性。閱讀這部分內容，就像是進行瞭一次深入的“性能偵探”之旅，處處是陷阱，但書中的指引又清晰可靠，讓人在實踐中建立起對性能的敬畏之心。
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