函數式算法設計珠璣 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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[英] 理查德·伯德（Richard Bird） 著，蘇統華，孫芳媛，郝文超，徐琴 譯

圖書標籤:

• 函數式編程
• 算法設計
• 數據結構
• 程序設計
• 代碼質量
• 軟件工程
• 抽象思維
• 問題解決
• 可維護性
• 性能優化

齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111562511

版次：1

商品編碼：12066989

品牌：機工齣版

包裝：平裝

叢書名： 計算機科學叢書

開本：16開

齣版時間：2017-04-01

用紙：膠版紙

頁數：222

內容簡介

本書采用完全嶄新的方式介紹算法設計。全書由30個珠璣構成，每個珠璣單獨列為一章，用於解決一個特定編程問題。這些問題的齣處五花八門，有的來自遊戲或拼圖，有的是有趣的組閤任務，還有的是散落於數據壓縮及字串匹配等領域的更為熟悉的算法。每個珠璣以使用函數式編程語言Haskell對問題進行描述作為開始，每個解答均是訴諸於函數式編程法則從問題錶述中計算得到。本書適用於那些喜歡學習算法設計思想的函數式編程人員、學生和老師，同樣適用於那些期望以數學推理方式處理程序的人員。

目錄

Pearls of Functional Algorithm Design
齣版者的話
譯者序
前言
第1章　最小未齣現數1
第2章　優勝問題6
第3章　優化馬鞍峰搜索算法10
第4章　一個選擇問題17
第5章　排序成對的加和22
第6章　閤成10027
第7章　構建最小高度樹34
第8章　拆分的貪心算法41
第9章　找齣名人46
第10章　刪除重復項52
第11章　最大非段和59
第12章　後綴排序問題64
第13章　Burrows�瞁heeler變換73
第14章　最末尾部82
第15章　所有的公共前綴90
第16章　Boyer�睲oore算法94
第17章　Knuth�睲orris�睵ratt算法102
第18章　規劃算法解決Rush Hour問題109
第19章　一個簡單的數獨求解機117
第20章　Countdown問題124
第21章　hylomorphism和nexus133
第22章　計算行列式的三種方法142
第23章　凸包148
第24章　有理數算術編碼156
第25章　整數算術編碼164
第26章　Schorr�瞁aite算法175
第27章　有序插入183
第28章　無迴路函數式算法192
第29章　Johnson�睺rotter算法199
第30章　蜘蛛紡絲問題完全解析205
索引218

前言/序言

Pearls of Functional Algorithm Design1990年，《函數式編程期刊》（Journal of Functional Programming，JFP）正處於籌劃階段。我受到兩位編輯Simon Peyton Jones和Philip Wadler之邀，定期撰寫名為“函數式珠璣”（Functional Pearls）的專欄。 他們內心的想法是模仿John Bentley曾經在20世紀80年代所撰寫的 “編程珠璣”（Programming Pearls）連載，這些珠璣為《ACM通訊》（Communications of the ACM）期刊所寫，獲得瞭極大的成功。Bentley在他的珠璣中寫道：
正像天然的珍珠産生自刺激瞭牡蠣的砂粒，編程珠璣産生自刺激瞭程序員的實際問題。這些程序充滿趣味，同時教給我們重要的編程技巧和基本的設計原理。
兩位編輯為什麼會選擇我來承擔這項工作呢？我覺得應該是我當時正對與此相關的特定任務感興趣。這些任務先使用清晰卻低效的函數式程序進行問題的錶述，然後使用數學推理進一步計算齣更高效的程序。20世紀90年代，對函數式編程語言的關注不斷增加，原因之一在於這些語言很適閤進行數學推理。實際上，函數式編程語言GOFER（全稱為GOod For Equational Reasoning)由Mark Jones發明，正如它的首字母縮略詞所錶達的那樣，擅長數學推理。GOFER是推動Haskell發展的語言之一，後者正是本書使用的語言。數學推理是本書的主導主題。
在最近20年裏，大約有80個珠璣發錶在JFP上，另外有少量珠璣齣現在函數式編程國際會議（International Conference of Functional Programming ，ICFP)和程序構造數學會議（Mathematics of Program Construction Conference，MPC)上。我大概撰寫瞭其中的四分之一，更多的是由其他研究者撰寫的。這些珠璣的主題包括有趣的程序計算、新穎的數據結構和為特殊應用而基於Haskell和ML構建的小而妙的特殊領域語言。
我的研究興趣一直是算法和算法設計，因此本書的書名是函數式算法設計珠璣而不是函數式珠璣。很多珠璣以Haskell錶述作為開始，繼而通過計算得齣一個更高效的版本。在寫作這些珠璣時，我的目的是看一看算法設計可以在多大程度上沿襲我們熟悉的數學傳統：通過已有的數學原理、定理和法則計算齣結果。數學中的計算通常是為瞭對復雜的事物進行簡化，而在算法設計中，它錶現為另一種形態：把簡易卻低效的程序轉化為完全不透明的高效的版本。珠璣所指的並非是最終的程序，而是指産生這一結果的計算。剩下的珠璣緻力於為有趣且巧妙的算法提供簡單易懂的解釋，其中的一部分珠璣可能涉及不多的計算。從函數式角度解釋算法背後的思想要比從過程式角度解釋簡單得多：函數式程序中作為構建塊的函數可以非常容易地分離齣來，這些函數很簡短，但刻畫計算模式的能力很強大。
本書中的一些珠璣雖然已經在JFP或者其他地方齣版過，但這裏對它們進行瞭精心打磨。實際上，很多珠璣已經跟原始版本大相徑庭瞭。即使這樣，它們肯定還有進一步打磨和優化的空間。對於數學之美的黃金標準是Aigner和Ziegler撰寫的《數學天書中的證明》（Proofs from The Book）（第3版，Springer齣版社，2003），書中包含瞭一些數學定理的完美證明。我一直把該書當作目標，努力嚮它的標準看齊。
接近三分之一的珠璣是全新的。雖然本書的章節在一定意義上是按主題組織的，例如分治法、貪心算法、窮舉搜索等，但除非明確指齣，所有的珠璣可以按任何順序閱讀。珠璣中存在一些重復材料，多數與我們使用的庫函數的屬性有關，或者與更一般的法則（例如融閤法則的多種疊加）有關。
最後，很多人為本書提供瞭素材。實際上，有幾個珠璣最初是跟其他作者閤寫的。在此感謝我的閤作者Sharon Curtis、Jeremy Gibbons、Ralf Hinze、Geraint Jones和Shin�睠heng Mu，謝謝他們慷慨地允許我修訂這些材料。Jeremy Gibbons還閱讀瞭最後階段的草稿並提齣瞭大量有助於提高行文質量的寶貴意見。有些珠璣也得到牛津大學編程代數研究組會議的仔細討論。盡管很多瑕疵和錯誤已經消除，但是毫無疑問，新的瑕疵和錯誤也會被引入。除瞭上麵提到的人員，還要感謝Stephen Drape、Tom Harper、Daniel James、Jeffrey Lake、Meng Wang和Nicholas Wu，他們給齣瞭很多正麵意見，提高瞭文稿質量。 我也要感謝Lambert Meertens和Oege de Moor，與他們多年的閤作帶來瞭豐富的成果。最後，感謝劍橋大學齣版社的編輯David Tranah ，他給予我鼓勵和支持，包括在準備終稿時有用的技術建議。
Richard Bird
譯者序Pearls of Functional Algorithm Design當前的算法設計主要涵蓋的是命令式編程，對函數式編程言之甚少。從知識的發展角度看，這是極其危險的。我們承接這本書翻譯任務的初衷，就是為瞭把本書關於函數式程序設計的深邃思想介紹給國人，同時也希望讀者能夠構建齣更為完整的算法設計知識體係。
多年來，函數式編程一直沒有得到應有的重視和普及。這種不幸可能根源於早期研究者沒能使用簡單易懂、務實有效的方式解釋抽象的數學概念。實際上，函數式程序具有命令式程序的全部計算能力。命令式程序基於圖靈機模型（更具體點是馮·諾伊曼模型），函數式程序則基於λ演算，兩者在數學意義上具有能力等效性。對於馮·諾伊曼架構的計算機的一些不足，函數式編程思想具有天然的優勢。我們不斷看到最近的一些分布式計算框架常常引入函數式程序的一些特性，甚至它的很多思想正在不斷融入如Java、C#或C++等命令式語言中。John Backus在其1977年的圖靈奬演講中就具有先見之明地指齣，函數式程序設計思想是解決馮·諾伊曼模型計算瓶頸的替代方案。這一趨勢已經發生。同時函數式編程語言也在不斷迭代更新中，我們可以在越來越多的工程應用中看到它的威力（請參考Haskell in industry）。更可喜的是，國內某些公司也有一些項目組一直在實際産品中使用Haskell。
本書的內容取材自作者近三十年來的研究成果和深刻思考，每一章圍繞一個經典問題，如同在講述一個引人入勝的故事，不斷掃清迷霧，找齣事物的本質。每個珠璣在處理方式上，都首先訴諸於Haskell，對問題進行正確的錶述，然後繼續做一些數學推理，計算齣更有效的解法。這種由粗到細不斷深化的思想非常具有啓發性，是難得的珍珠！
本書作者Bird是牛津大學計算機科學係教授，並擔任過係主任一職，也是牛津林肯學院的兼職研究員。Bird長期從事函數式程序設計的研究和教學工作，在代數、算法、Haskell語言等方麵均有建樹，深受學界敬愛。其中Bird�睲eertens形式體係（Bird�睲eertens Formalism）就是他和閤作者提齣的。Bird也撰寫瞭多本專著和教材，頗受讀者推崇。
本書是函數式編程書架上必備的參考書，通過本書的學習，相信會提高你的函數式編程功力。本書可以用作大學教材，也適閤程序員在實踐過程中參考。本書需要讀者具有一定的Haskell編程經驗，本書作者撰寫的《Haskell函數式程序設計》（已由機械工業齣版社引進齣版，ISBN 978 7 111 52932 3，定價69.00元），可以用來補足Haskell方麵的欠缺。
這本書很薄，但耗費瞭我們一年零九個月的時間纔得以翻譯完成。翻譯過程也是深入學習和品味函數式編程之美的過程。希望讀者在研讀本書時，也可以細細品味，靜靜思考，勤於練習，必然能夠不斷精進。由於本書的很多術語較新，對應的中文資料較少，再加上一些術語含義深邃，有的甚至是新造的英文單詞，翻譯難度很大。限於譯者水平，翻譯中難免存在不當之處，歡迎讀者批評指正。
感謝機械工業齣版社的姚蕾編輯在整個翻譯過程中精心的組織和及時的幫助。
蘇統華哈爾濱工業大學軟件學院2017年2月

算法的優雅之道：函數式思維引領的計算藝術 在這個信息爆炸、數據洪流的時代，高效、健壯、可維護的算法設計是軟件工程領域永恒的追求。本書並非要揭示某個特定算法的精巧之處，而是緻力於探索一種更深層次的算法設計哲學——函數式思維。我們旨在引導讀者超越局部的代碼優化，進入一個更廣闊的計算視角，領略函數式編程範式如何能夠重塑我們構建算法的方式，並帶來前所未有的優雅與力量。 為何需要函數式思維？ 傳統的命令式編程，通過一係列指令一步步改變程序狀態來完成任務。這種模式在許多場景下直觀且強大，但也容易滋生復雜性。當狀態變得錯綜復雜，並發場景層齣不窮時，調試和推理代碼的難度呈指數級增長。突如其來的副作用（side effects）如同隱藏的定時炸彈，讓程序的行為變得難以預測。 函數式編程則提供瞭一條截然不同的道路。它將計算視為數學函數的求值，強調不可變性（immutability）和純函數（pure functions）。純函數意味著給定相同的輸入，它總是産生相同的輸齣，並且不産生任何外部可觀察的變化。這種特性極大地簡化瞭程序的推理，使得測試變得更加容易，並且天然地適應並發環境，因為無需擔心多個綫程同時修改共享狀態而引發競態條件。 本書所倡導的函數式算法設計，正是將這種哲學思想應用到算法構建的每一個環節。它不是讓你生搬硬套特定的函數式語言特性，而是讓你領會其中蘊含的思維方式，並將其靈活地運用到你所熟悉的任何編程語言中。我們相信，一旦你掌握瞭這種思維模式，你將能以一種全新的高度審視算法，並寫齣更簡潔、更魯棒、更易於理解的代碼。 函數式思維的核心要素 要理解函數式算法設計，我們必須深入探討其核心概念： 不可變性 (Immutability): 在函數式編程中，數據一旦創建，就不能被修改。任何“修改”操作實際上都是創建瞭一個新的、修改後的副本。這消除瞭數據在程序執行過程中被意外改變的可能性，從而極大地減少瞭bug的産生。試想一下，在一個復雜的係統中，如果某個數據結構能夠被任何地方修改，那麼追蹤其最終狀態將是一場噩夢。不可變性就像為你的數據套上瞭一層堅不可摧的保護罩。 純函數 (Pure Functions): 純函數是函數式編程的基石。一個函數，如果僅依賴於其輸入參數來産生輸齣，並且不對函數外部的任何狀態産生副作用，那麼它就是一個純函數。這意味著，無論何時何地調用一個純函數，隻要輸入相同，結果就必然相同。這種確定性使得代碼的理解和測試變得異常簡單。例如，一個計算兩個數之和的函數 `add(a, b) = a + b` 就是一個典型的純函數。而一個讀取當前時間並返迴的函數 `getCurrentTime()` 則不是純函數，因為它每次調用時都會産生不同的結果。 高階函數 (Higher-Order Functions): 高階函數是可以接受函數作為參數，或者返迴一個函數的函數。這使得我們可以抽象齣通用的計算模式，並將其作為“函數”傳遞和組閤。例如，`map`、`filter`、`reduce` 都是常見的高階函數，它們允許我們以聲明式的方式處理集閤數據，而無需編寫顯式的循環。這極大地提高瞭代碼的錶達力和簡潔性。 聲明式編程 (Declarative Programming): 函數式編程鼓勵聲明式風格，即“做什麼”而不是“怎麼做”。與其描述一係列執行步驟，不如清晰地聲明期望的結果。例如，在命令式編程中，你可能需要編寫一個循環來過濾列錶中的偶數；而在函數式風格中，你隻需聲明“過濾齣列錶中的偶數”，具體的過濾過程則由 `filter` 函數來負責。這種轉變讓你從繁瑣的實現細節中解脫齣來，專注於問題的本質。 遞歸 (Recursion): 雖然遞歸並非函數式編程獨有，但它在函數式風格中扮演著核心角色，尤其是在處理數據結構和避免可變狀態時。通過將問題分解為更小的、同類的問題，並定義基本情況（base case），遞歸提供瞭一種優雅且強大的解決方案。在函數式編程中，遞歸常常被用作迭代的替代，進一步減少瞭對可變狀態的依賴。 函數式思維如何賦能算法設計 掌握瞭這些核心要素，我們將能夠以全新的視角來審視和設計算法： 更強的組閤性 (Composability): 函數式編程鼓勵將復雜的算法分解成一係列小而獨立的純函數。這些函數可以像樂高積木一樣，自由組閤，構建齣強大的功能。這種模塊化的設計使得算法更容易理解、測試和重用。當算法的各個部分都是純函數時，組閤它們也就成瞭一項相對簡單的任務，因為你隻需關心函數之間的輸入輸齣匹配。 更易於推理和測試 (Reasoning and Testing): 純函數和不可變性使得算法的邏輯變得非常清晰。你不再需要跟蹤大量的中間狀態，隻需要關注輸入和輸齣的關係。這極大地簡化瞭算法的正確性證明和單元測試。編寫測試用例也變得更加直接，因為你隻需要提供輸入並斷言預期的輸齣。 天然的並發支持 (Concurrency Support): 在多核處理器日益普及的今天，並發編程是提升程序性能的關鍵。由於函數式編程中的不可變性和無副作用特性，函數調用之間不會相互乾擾，這使得並發執行變得安全且高效。你可以放心地將不同的函數並行執行，而無需擔心數據競爭或死鎖等問題。 優雅的數據轉換 (Elegant Data Transformation): 許多算法的核心是數據的轉換和處理。函數式編程提供瞭諸如 `map`, `filter`, `reduce` 等強大的抽象，使得對數據集閤的轉換操作變得簡潔而富有錶現力。例如，你可以用一行代碼完成對一個大型數據集進行過濾、映射和聚閤的操作，而無需編寫冗長的循環和條件語句。 應對復雜性的新視角 (A New Perspective on Complexity): 麵對日益增長的軟件復雜性，函數式思維提供瞭一種強大的解耦策略。通過將計算過程中的狀態變化隔離和最小化，我們能夠構建齣更易於管理、維護和演進的係統。這有助於我們構建齣能夠適應不斷變化需求、並且能夠在長周期內保持活力的軟件。 本書將帶你探索的領域 本書將帶領你深入瞭解函數式思維在算法設計中的具體應用，通過一係列精心設計的例子和深入的分析，讓你能夠： 理解函數式編程範式如何解決命令式編程中的常見痛點。 掌握不可變性、純函數、高階函數等核心概念的精髓。 學習如何利用遞歸和函數組閤來構建復雜算法。 探索函數式思維在數據結構、排序、搜索等經典算法設計中的應用。 領略如何將函數式思想融入到麵嚮對象或命令式編程環境中。 提升代碼的錶達力、可讀性、可維護性和可測試性。 本書並非一本枯燥的理論手冊，而是力求通過生動形象的講解和實踐性的指導，讓你真正領會函數式算法設計的魅力。我們將避免陷入特定函數式語言的語法細節，而是專注於那些能夠跨越語言界限、普適於所有算法設計的思維方式和設計原則。 無論你是一名經驗豐富的軟件工程師，還是初入編程殿堂的學生，本書都將為你提供一種全新的思考和解決問題的方式。我們相信，通過擁抱函數式思維，你將能夠打開算法設計的新篇章，寫齣更優雅、更強大、更具智慧的代碼。讓我們一起踏上這段探索算法優雅之道的旅程吧！

評分☆☆☆☆☆

《函數式算法設計珠璣》這本書，對我來說，就像是一扇通往未知領域的大門。我一直以來都在算法的世界裏探索，但我總覺得，我的工具箱裏還缺少一些更具力量和優雅性的工具。我深知函數式編程的強大之處，尤其是在處理復雜性和可維護性方麵，但如何將其真正應用於算法的設計，常常讓我感到睏惑。這本書的標題，預示著它將為我提供一種全新的思考方式和解決問題的路徑。我希望書中能夠深入淺齣地介紹函數式編程的核心思想，並以此為基礎，詳細闡述在各種經典算法設計中的應用。我期待看到作者如何運用函數組閤、模式匹配、惰性求值等函數式特性，來構建齣更加精巧、高效且易於理解的算法。例如，我非常想知道如何用函數式的方法來優化圖算法的遍曆，或者如何利用函數式思維來簡化動態規劃問題的狀態錶示和轉移。我希望這本書能夠提供足夠的理論深度和實踐指導，讓我不僅能理解函數式算法的優雅，更能掌握將其轉化為實際代碼的能力，從而提升我的算法設計水平。

評分☆☆☆☆☆

《函數式算法設計珠璣》這本書，光看書名就讓我産生瞭強烈的求知欲。我一直覺得算法是計算機科學的基石，但很多時候，我們在學習和實踐算法時，往往會陷入到命令式思維的固有模式中，難以跳脫。我曾聽說函數式編程在處理並發、並行以及提升代碼的可預測性方麵有著獨特的優勢，但如何將其與算法設計緊密結閤，一直是我心中的一個疑問。這本書的齣現，仿佛是一束光，照亮瞭我前行的方嚮。我希望它能深入剖析函數式編程的核心範式，並清晰地展示這些範式如何被應用到各種經典的算法問題中。我尤其期待看到作者如何利用函數式語言的特性，如純函數、高階函數、模式匹配等，來優雅地解決那些我們熟知的算法難題。例如，我很好奇如何用函數式的方式來設計更具彈性的圖算法，或者如何通過函數組閤來優化數據結構的操作。我希望書中不僅僅是羅列一些函數式代碼，而是能夠解釋背後的設計哲學，讓我們理解為什麼函數式的方法在某些場景下會更加優越，並且能夠提供可操作的指導，幫助我們將這些思想融入到自己的編程實踐中。

評分☆☆☆☆☆

我翻開《函數式算法設計珠璣》，心中湧起一股探尋的渴望。我一直以來都對函數式編程充滿好奇，但總覺得它在算法設計方麵的應用，似乎濛著一層神秘的麵紗。我習慣於用命令式語言去思考和編寫算法，這讓我有時在處理復雜邏輯和狀態管理時感到力不從心。這本書的標題，如同點亮我心中迷霧的火炬，讓我期待它能揭示函數式編程在算法世界中的獨特魅力。我希望書中能夠詳細講解函數式編程的核心概念，例如不可變性、純函數、遞歸的深度應用，以及如何利用高階函數來構建強大的算法抽象。我非常想瞭解，當我們將這些函數式原則運用到排序、搜索、圖論、動態規劃等經典算法中時，會産生怎樣令人驚嘆的效果。我期待書中能提供豐富的、貼閤實際的案例，能夠清晰地展示如何用函數式的方式去思考和解決問題，並且解釋這樣做帶來的具體好處，比如代碼的簡潔性、可測試性以及潛在的性能優勢。我希望這本書能夠讓我對函數式算法設計有一個全新的認識，並激發我嘗試用這種更優雅、更健壯的方式來構建算法。

評分☆☆☆☆☆

這本書的標題《函數式算法設計珠璣》一開始就抓住瞭我的眼球。我一直對函數式編程抱有濃厚的興趣，但總覺得在實際的算法設計層麵，它的應用似乎不如命令式編程那樣直觀和普遍。我常常在想，那些被譽為“珠璣”的算法，如果能用函數式的優雅和簡潔來錶達，那該是多麼美妙的一件事情。這本書的齣現，恰好填補瞭我在這一領域的知識空白。我希望它能深入淺齣地講解函數式編程的核心思想，比如純函數、不可變性、高階函數等，並巧妙地將這些思想融入到各種經典的算法設計中。我想瞭解如何利用函數組閤、柯裏化、模式匹配等函數式特性，來重構和優化我們熟悉的排序、搜索、圖算法，甚至是一些更復雜的動態規劃問題。我期待書中能夠提供大量的代碼示例，並且這些示例要具有很強的指導意義，不僅僅是展示函數式代碼的寫法，更能闡述為什麼要這樣做，以及這樣做帶來的好處，比如更高的可讀性、更好的可維護性、更少的副作用，甚至潛在的性能提升。我希望作者能夠像一位經驗豐富的嚮導，帶領我穿越函數式算法設計的叢林，發現隱藏其中的寶藏。

評分☆☆☆☆☆

收到《函數式算法設計珠璣》這本書，我感到一絲新奇和興奮。與我以往閱讀過的算法書籍不同，它似乎將焦點放在瞭一種更為抽象和聲明式的思考方式上。我經常接觸到各種算法，從基礎的鏈錶操作到復雜的圖遍曆，但我常常陷入於如何一步步地修改狀態、如何管理循環變量的泥沼。我渴望能有一種方法，讓我能夠更多地關注“做什麼”，而不是“怎麼做”。這本書的名字暗示瞭它能夠提供這樣一種視角。我非常期待它能展現函數式編程如何在算法設計中扮演關鍵角色，比如如何通過遞歸和不可變數據結構來優雅地處理迭代和狀態變化。我希望書中能夠不僅僅停留在理論層麵，而是能深入到實際的算法實現，展示如何用函數式語言的特性來構建高效且易於理解的算法。例如，我很好奇如何用函數式的方式來處理動態規劃問題，或者如何利用函數組閤來構建復雜的數據轉換流水綫。這本書的“珠璣”之名，也讓我期待它能提供一些非常精巧和富有洞察力的解決方案，能夠讓我耳目一新，甚至改變我原有的算法思維模式。

評分☆☆☆☆☆

非常喜歡，太贊瞭。

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好書

評分☆☆☆☆☆

搞活動買的，真是太便宜瞭，快遞員也給力。

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京東圖書很給力，價格便宜貨又足

評分☆☆☆☆☆

好，，，，，，，，，，，

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非常喜歡，太贊瞭。

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C++新編程範式，需要好好研究下，以便成為高手

評分☆☆☆☆☆

值得學習的領域。

評分☆☆☆☆☆

搞活動買的，真是太便宜瞭，快遞員也給力。