具体描述
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《数据结构：C++版（第4版）（影印版）》以C++语言作为实现语言，利用面向对象的方法，从规格说明出发，使用基础的数据类型来描述程序算法的设计与实现。本书可作为计算机、电类专业本科生和非信息技术专业硕士研究生的教材，也可供工程技术人员参考。
内容简介
《数据结构--C++版（第4版）（影印版）》是一本基于c++的思想、介绍数据结构和算法的大学教材，已经在全球多个国家的大学用作数据结构课程的基础教材。本书以C++语言作为实现语言，利用面向对象的方法，从规格说明出发，使用基础的数据类型来描述程序算法的设计与实现。书中主要内容包括：软件开发的各个阶段，抽象数据类型与CH类，容器类，指针与动态数组，链表，用模板、迭代器和STL进行软件开发，堆栈，队列，递归思想，树，平衡树，查找，排序，派生类与继承，图表。通过学习本书，可使读者具备使用数据类型的能力，学会利用多种方法来实现数据类型，以及从不同的实现中进行取舍。
作者简介
作者：（美国）梅因（MichaelMain）（美国）萨维特奇（WalterSavitch）
内页插图
目录
CHAPTER 1 THE PHASES OF SOFTWARE DEVELOPMENT
CHAPTER 2 ABSTRACT DATA TYPES AND C++ CLASSES
CHAPTER 3 CONTAINER CLASSES
CHAPTER 4 POINTERS AND DYNAMIC ARRAYS
CHAPTER 5 LINKED LISTS
CHAPTER 6 SOFTWARE DEVELOPMENT WITH TEMPLATES, ITERATORS, AND THE STL
CHAPTER 7 STACKS
CHAPTER 8 QUEUES
CHAPTER 9 RECURSIVE THINKING
CHAPTER 10 TREES
CHAPTER 11 BALANCED TREES
CHAPTER 12 SEARCHING
CHAPTER 13 SORTING
CHAPTER 14 DERIVED CLASSES AND INHERITANCE
CHAPTER 15 GRAPHS
APPENDIXES
INDEX
前言/序言
《算法与数据结构：C++实战指南》 内容简介 本书旨在为读者提供一套全面、深入且实用的算法与数据结构学习体系，重点聚焦于使用C++语言进行实现与分析。全书以“理解核心原理，掌握高效实现，解决实际问题”为核心目标，力求帮助读者构建扎实的计算机科学基础，提升程序设计能力，并为进一步学习高级主题打下坚实基础。 第一部分：数据结构基础与C++实现 本部分将系统介绍各类基础数据结构，并深入探讨其在C++中的具体实现方法，强调抽象数据类型（ADT）的概念及其与具体数据结构实现的关系。 第一章：引论：数据结构与算法的重要性 介绍数据结构在计算机科学中的核心地位，为何学习数据结构是构建高效软件的基石。 阐述算法的概念，以及算法效率（时间复杂度和空间复杂度）的衡量标准（大O表示法）。 通过简单的实例，直观展示不同数据结构和算法在解决同一问题时性能上的巨大差异。 强调C++语言在实现数据结构和算法时的优势，如强大的模板机制、面向对象特性以及对底层内存管理的控制能力。 第二章：线性数据结构 数组（Array）： 深入讲解数组的定义、特性、存储方式（连续内存）。 讨论一维数组、多维数组的应用场景。 分析数组的创建、访问、插入、删除等操作的时间复杂度。 介绍C++中`std::vector`作为动态数组的实现，及其与C风格数组的比较，重点讲解`std::vector`的自动扩容机制和内存管理。 链表（Linked List）： 详细介绍链表的概念、组成部分（节点、指针）。 区分单向链表、双向链表、循环链表，分析各自的优缺点及适用场景。 实现链表的创建、遍历、查找、插入、删除等基本操作，并分析其时间复杂度。 强调链表与数组在插入和删除操作上的性能差异。 探讨使用C++智能指针（如`std::unique_ptr`, `std::shared_ptr`）来管理链表节点内存，避免内存泄漏。 栈（Stack）： 讲解栈的LIFO（后进先出）特性，并将其抽象为ADT。 介绍栈的常见操作：`push`（入栈）、`pop`（出栈）、`top`（查看栈顶元素）、`isEmpty`（判空）。 演示如何使用数组（或`std::vector`）和链表来实现栈。 列举栈的实际应用：函数调用栈、表达式求值、括号匹配等。 队列（Queue）： 讲解队列的FIFO（先进先出）特性，并将其抽象为ADT。 介绍队列的常见操作：`enqueue`（入队）、`dequeue`（出队）、`front`（查看队首元素）、`isEmpty`（判空）。 演示如何使用数组（或`std::vector`）和链表来实现队列，特别关注使用数组实现循环队列以提高效率。 列举队列的实际应用：任务调度、打印队列、广度优先搜索（BFS）等。 第三章：树形数据结构 树的基本概念： 介绍树的定义、术语（根节点、父节点、子节点、叶子节点、度、高度、深度）。 讲解树的遍历方式：前序遍历、中序遍历、后序遍历（递归与迭代实现）。 二叉树（Binary Tree）： 定义二叉树及其特性。 深入讲解二叉搜索树（BST）的定义、性质（左子树所有节点小于根节点，右子树所有节点大于根节点）。 实现二叉搜索树的插入、删除、查找操作，分析其平均和最坏情况下的时间复杂度。 讨论二叉搜索树在退化情况下的性能问题。 平衡二叉搜索树（Balanced Binary Search Tree）： 介绍平衡二叉搜索树的必要性，以解决普通二叉搜索树的退化问题。 重点讲解AVL树和红黑树（Red-Black Tree）的原理，包括其平衡条件和旋转操作（左旋、右旋、左右旋、右左旋）。 概述AVL树和红黑树的插入与删除操作，以及如何在C++ STL中找到它们的实现（如`std::set`和`std::map`底层常常使用红黑树）。 堆（Heap）： 讲解堆的概念，特别是最大堆和最小堆。 介绍堆的存储方式（通常使用数组）。 实现堆的插入（`heapify-up`）和删除（`heapify-down`）操作，分析其时间复杂度。 演示如何使用堆实现优先队列（Priority Queue）。 讲解堆排序算法的原理和实现。 第四章：图结构 图的基本概念： 介绍图的定义、术语（顶点、边、有向图、无向图、加权图、无权图、邻接矩阵、邻接表）。 分析邻接矩阵和邻接表两种表示法的优缺点及适用场景。 实现图的创建与基本操作。 图的遍历： 深入讲解广度优先搜索（BFS），包括其原理、实现（使用队列）和应用（最短路径 - 无权图）。 深入讲解深度优先搜索（DFS），包括其原理、实现（使用栈或递归）和应用（连通性、拓扑排序）。 最短路径算法： 介绍Dijkstra算法，用于计算单源最短路径（非负权图）。 介绍Bellman-Ford算法，用于计算单源最短路径（允许负权边，但不能有负权环）。 介绍Floyd-Warshall算法，用于计算所有顶点对之间的最短路径（全源最短路径）。 最小生成树（Minimum Spanning Tree, MST）： 讲解最小生成树的概念。 介绍Prim算法，用于找到加权无向图的最小生成树。 介绍Kruskal算法，用于找到加权无向图的最小生成树。 第二部分：高级算法与设计技巧 本部分将转向更复杂的算法设计技术和分析方法，帮助读者解决更具挑战性的问题，并培养良好的算法设计思维。 第五章：排序算法 基础排序算法： 冒泡排序（Bubble Sort）、选择排序（Selection Sort）、插入排序（Insertion Sort），分析其O(n^2)的时间复杂度，并讲解其简单易懂的实现。 高效排序算法： 快速排序（Quick Sort），深入剖析其分治思想、枢轴选择策略以及在不同情况下的性能表现，分析其平均O(n log n)和最坏O(n^2)的时间复杂度。 归并排序（Merge Sort），讲解其分治思想、合并过程，分析其稳定的O(n log n)时间复杂度。 堆排序（Heap Sort），回顾前面讲解的堆结构，实现堆排序。 计数排序（Counting Sort）、桶排序（Bucket Sort）、基数排序（Radix Sort）： 介绍这些非比较排序算法的原理、适用条件（数据范围、数据类型）以及它们能在特定情况下达到O(n)或O(n+k)的线性时间复杂度。 稳定性与时间、空间复杂度分析： 总结不同排序算法的时间复杂度、空间复杂度以及稳定性，帮助读者根据实际需求选择最合适的排序算法。 第六章：搜索与回溯算法 二分查找（Binary Search）： 详细讲解二分查找的原理、实现（迭代与递归）及其在有序数组中的O(log n)查找效率。 介绍二分查找的变种，如查找第一个/最后一个等于目标值的元素。 回溯（Backtracking）： 讲解回溯算法的通用思想，即通过深度优先搜索（DFS）来尝试所有可能的解决方案，并在发现当前路径无法导向有效解时“回溯”到上一状态。 通过经典案例讲解回溯的应用： N皇后问题 子集生成 组合总和 全排列 强调回溯算法的时间复杂度通常很高，但通过剪枝可以优化。 第七章：动态规划（Dynamic Programming, DP） 动态规划思想： 介绍动态规划的核心思想：将问题分解为重叠的子问题，并存储子问题的解以避免重复计算。 讲解“最优子结构”和“重叠子问题”这两个动态规划适用的关键特征。 状态定义与状态转移方程： 指导读者如何正确地定义DP状态，并推导出状态转移方程。 经典DP问题分析： 斐波那契数列 爬楼梯问题 背包问题（0/1背包、完全背包） 最长公共子序列（LCS） 最长递增子序列（LIS） 编辑距离 矩阵链乘法 DP的两种实现方式： 自顶向下（记忆化搜索） 自底向上（递推） 第八章：贪心算法（Greedy Algorithm） 贪心思想： 介绍贪心算法的基本原理，即在每一步选择当前看起来最优的解，期望最终得到全局最优解。 贪心算法的适用性： 讲解判断一个问题是否适合使用贪心算法的条件，以及为何贪心算法不一定总能得到最优解。 经典贪心问题： 活动选择问题 霍夫曼编码 部分背包问题 最小生成树（Prim/Kruskal算法也可以看作贪心） 第九章：字符串算法 字符串匹配： 朴素匹配算法（Brute-Force String Matching）。 KMP（Knuth-Morris-Pratt）算法，深入解析其next数组的构建和匹配过程，实现O(n+m)的时间复杂度。 Boyer-Moore算法（简介），介绍其“坏字符”和“好前缀”规则，及其在实际应用中的高效性。 字符串相关的其他问题： 回文串判断与查找 最长公共前缀/后缀 Trie（字典树）的应用，用于高效的字符串查询和前缀匹配。 第十章：高级数据结构 哈希表（Hash Table）： 讲解哈希函数的设计原则与常见方法。 介绍冲突解决技术：开放寻址法（线性探测、二次探测、双重散列）和链地址法（Separate Chaining）。 分析哈希表的平均O(1)查找、插入、删除时间复杂度，以及最坏情况下的性能。 介绍C++ STL中的`std::unordered_map`和`std::unordered_set`。 并查集（Disjoint Set Union, DSU）： 介绍并查集的概念，用于处理不相交集合的合并和查询问题。 讲解按秩合并（Union by Rank）和路径压缩（Path Compression）两种优化技术，使其接近O(α(n))（反阿克曼函数）的近乎常数时间复杂度。 应用场景：判断图的连通性、Kruskal算法等。 Trie（字典树）： 详细介绍Trie的结构和构建方法。 讲解Trie在自动补全、拼写检查、字符串查找等方面的应用。 B树与B+树（简介）： 简要介绍B树和B+树的结构，重点讲解它们在文件系统和数据库索引中的应用，以及为何它们适合处理大量磁盘I/O。 第三部分：算法分析与工程实践 本部分将超越纯理论，结合C++工程实践，探讨如何进行更深入的算法分析，以及如何在实际项目中应用所学知识。 第十一章：算法复杂度的高级分析 均摊分析（Amortized Analysis）： 讲解如何分析一组操作的总成本，而非单个操作的最大成本。 以动态数组（`std::vector`）的扩容和Dijkstra算法为例进行说明。 概率分析（Probabilistic Analysis）： 介绍如何使用概率来分析算法的平均性能，即使输入是任意的。 以随机化快速排序为例。 NP-完全性理论简介： 介绍P类问题、NP类问题、NP-hard和NP-complete的概念。 说明NP-完全性对我们解决某些问题的意义，以及为何对NP-完全问题寻找多项式时间解是极具挑战性的。 列举一些NP-完全问题（如旅行商问题、图着色问题）。 第十二章：C++中的算法实现技巧与最佳实践 模板元编程（Template Metaprogramming, TMP）在算法中的应用（简介）： 展示如何利用C++模板在编译时进行一些计算和优化。 C++ STL（Standard Template Library）的深入使用： 详细介绍STL中与数据结构和算法相关的容器（`vector`, `list`, `set`, `map`, `unordered_set`, `unordered_map`等）和算法库（`sort`, `find`, `binary_search`, `lower_bound`, `upper_bound`等）的用法、底层实现机制及其性能特点。 讲解如何根据具体需求选择合适的STL组件。 内存管理与性能优化： 深入探讨C++内存模型，栈、堆、全局变量区的区别。 介绍智能指针（`unique_ptr`, `shared_ptr`, `weak_ptr`）在管理动态内存中的作用，以及避免内存泄漏和悬垂指针。 讨论缓存局部性（Cache Locality）对算法性能的影响，以及如何通过数据组织来优化。 介绍性能剖析工具（Profiler）的使用，用于识别程序瓶颈。 泛型编程与接口设计： 强调使用C++泛型编程（通过模板）来编写可复用、与具体类型无关的算法。 设计清晰的接口，使算法易于理解和使用。 附录 C++基础语法回顾（与算法实现相关的部分） 常用数学公式与符号 参考文献 本书结构清晰，循序渐进，既有理论深度，又有实践指导。通过大量的C++代码示例，读者可以亲手实现并验证算法的正确性与效率。无论是计算机科学专业的学生，还是希望提升编程技能的开发者，本书都将是您学习算法与数据结构宝贵的参考资料。
![数据结构：C++版（第4版）（影印版） [Data Structures and Other Objects Using C++]](https://pic.windowsfront.com/11044218/5398fd10Nbe82bd4e.jpg)
