算法設計與分析：以ACM大學生程序設計競賽在綫題庫為例/21世紀高等學校規劃教材·計算機科學與技術 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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趙端陽，劉福慶，石洗凡 著

圖書標籤:

• 算法
• 數據結構
• ACM
• 程序設計競賽
• 計算機科學
• 算法分析
• 設計與分析
• 大學生教材
• 規劃教材
• 計算機技術

齣版社： 清華大學齣版社

ISBN：9787302400073

版次：1

商品編碼：11731483

品牌：清華大學

包裝：平裝

叢書名： 21世紀高等學校規劃教材·計算機科學與技術

開本：16開

齣版時間：2015-07-01

用紙：膠版紙

頁數：403

編輯推薦

本教材獲得浙江省高等教育課堂教學改革，浙江工業大學精品課程和紹興市精品課程建設項目的支持。在描述經典算法時，通常是給齣數學模型及其算法設計步驟，很難編程予以實踐。本教材利用程序設計競賽模式和在綫評測係統的特點，將抽象的算法理論應用到解決程序設計競賽試題中，給算法設計和分析課程帶來瞭新的生機。

算法經典：介紹經典的算法，尤其是程序設計競賽中經常用到的算法

分析簡潔：語言通俗易懂、思路清晰、分析透徹、舉一反三和一題多解

例題精選：在浙江大學和杭州電子科技大學在綫題庫中選擇特色題目

習題豐富：每章練習題，是在綫題庫中精心挑選的、適閤本章算法的題目

在綫測試：每道例題和習題，讀者編寫的程序都可以提交到相應的網站在綫測試，及時判斷程序的正確性

內容簡介

　　《算法設計與分析：以ACM大學生程序設計競賽在綫題庫為例/21世紀高等學校規劃教材·計算機科學與技術》介紹數據結構和標準模闆庫STL、遞歸與分治策略、動態規劃、貪心算法、迴溯算法、分支限界算法、圖論、數論和組閤數學問題。本書包括大量實例，並在北京大學、浙江大學和杭州電子科技大學在綫題庫中精選原題，詳細地分析解題的方法，深入淺齣地講解用到的算法，挑選在綫題庫中的典型題目作為每章後麵的習題，供讀者練習，以鞏固所學的算法。本書內容基本上涵蓋瞭目前大學生程序設計競賽所要掌握的算法。
　　《算法設計與分析：以ACM大學生程序設計競賽在綫題庫為例/21世紀高等學校規劃教材·計算機科學與技術》結構清晰，內容豐富，適閤於作為計算機科學與技術、軟件工程以及相關學科算法課程的教材和參考書，也特彆適閤有誌於參加ACM大學生程序設計競賽的讀者學習和訓練。
　　本書配備有電子教案和源代碼，請到清華大學齣版社網站上下載： www.tup.com.cn。

前言/序言

“算法分析與設計”是一門理論性與實踐性結閤很強的課程。在信息技術高速發展的今天，計算機技術已經應用到瞭很多科學領域。從理論上來說，算法研究已經被公認為是計算機科學的基石。David Harel在他的《算法學： 計算精髓》一書中說道： “算法不僅是計算機科學的一個分支，它更是計算機科學的核心。可以毫不誇張地說，它和絕大多數的科學、商業和技術都是相關的。”

在ACM國際大學生程序設計競賽中，在綫裁判係統是開展競賽的核心，它是一個在綫的程序與算法設計的練習和競賽平颱。係統可以提供大量的關於程序和算法設計的題目供學生練習或競賽，學生可以使用自己熟悉的語言提交相關題目的程序代碼，係統編譯提交代碼，如果沒有錯誤，則生成可執行文件。利用係統的測試用例來測試，如果輸齣結果正確，則返迴程序消耗的內存空間和時間。對於競賽題目，係統可以從程序正確性、運行總時間、消耗內存空間、返迴結果等方麵來考察學生提交的代碼。係統可以實現在指定的時間段舉行競賽的功能，根據學生解題數目和時間進行排名，也可以批量導齣學生代碼，進行分析。

基於程序設計競賽的教學模式具有以下優勢。

（1） 提供一個開放的、自主學習的實驗環境。在綫評測係統通過網絡使用，學生可以隨時隨地提交程序代碼； 在豐富的算法設計題庫中尋找適閤自己的題目，訓練程序設計能力。

（2） 有效地訓練學生程序設計能力，培養創新型IT人纔。本課程的學習難點在於如何將常見的算法策略應用到實際的應用環境中。通過在綫評測係統的實踐訓練，讓學生熟練掌握常見的算法設計策略，訓練學生的創新思維，加深學生對各種算法設計策略的認識，理解算法的意義及精髓，達到學以緻用。

（3） 形成瞭良好的學習氛圍，加強瞭學生之間的交流。使用在綫評測係統進行課程考核並舉辦程序與算法設計競賽，以團隊方式參與，可以形成良好的校園競爭和交流的學習氛圍； 學生有瞭在課餘時間自主進行本學科知識鑽研的機會和環境； 也讓學生體驗到團隊協作的重要性，為軟件項目團隊化的閤作要求做好準備。

算法分析與設計是麵嚮設計的核心課程，主要通過介紹常見的算法設計策略及復雜性分析方法，培養學生分析問題和解決問題的能力，為開發高效的軟件係統及相關領域的研究工作奠定堅實的基礎。該課程理論與實踐並重，內容具有綜閤性、廣泛性和係統性，是一門集應用性、創造性及實踐性為一體的綜閤性極強的課程。

目前，該課程的教學方法還是以傳統的講解為主，通常隻是將已有的經典算法在已有的數學模型和數據結構上解釋給學生； 在實踐環節隻是盲目地驗證算法，而對該算法的運行效率、測試數據規模以及實際的應用場景則很少考慮。學生的學習則主要以理解和記憶的繼承式學習為主，雖然記住瞭大量的算法理論，但沒有“理解”和“消化”，不能靈活運用算法； 在實踐環節學生代碼抄襲嚴重，很難達到訓練的效果。在這種教學模式下，學生缺乏問題抽象能力，在遇到實際問題時無從下手，思維創新能力和實踐能力難以得到有效的提高，很難培養齣高水平的程序員。

本書利用程序設計競賽模式和在綫評測係統的特點，結閤課程特點和實際教學，彌補課程教學中存在的不足，以此探討算法分析與設計的課程教學改革，培養高水平的編程人纔。

編者

算法的基石：思維的訓練與實踐的升華 本書並非一本簡單的算法知識匯編，而是一本緻力於培養讀者在嚴謹的計算機科學領域中，構建高效、優雅的算法設計能力，以及進行係統性、可擴展性分析的指導手冊。它深入淺齣地闡述瞭算法設計中的核心思想、常用方法以及分析技巧，旨在幫助讀者掌握解決復雜計算問題的關鍵能力。 核心理念：思維導圖與問題分解 算法設計並非一蹴而就的技巧疊加，而是建立在深刻的邏輯思維和問題分解能力之上。本書首先引導讀者理解“算法”的本質——它是一係列明確定義的、有限的指令序列，用於解決特定問題或執行特定任務。在此基礎上，本書強調瞭“思維導圖”在算法設計中的重要性。我們鼓勵讀者在麵對一個新問題時，先嘗試構建一個清晰的問題模型，將其分解為若乾個更小、更易於管理的部分。這種自頂嚮下的分解策略，能夠有效降低問題的復雜度，使得設計閤理的算法成為可能。 例如，在處理圖論問題時，我們不會直接跳到Dijkstra算法或Floyd-Warshall算法，而是先梳理圖的結構（頂點、邊、權重）、問題的目標（最短路徑、連通性等），以及已知的信息和約束。這種嚴謹的分析過程，是後續選擇和設計算法的基礎。本書將通過大量的實例，演示如何運用思維導圖來有效地梳理問題，為算法設計鋪平道路。 常用算法設計範式：智慧的積纍與靈活的運用 算法設計領域的智慧，體現在一係列經典且強大的設計範式之中。本書將逐一深入探討這些範式，並展示其在不同類型問題中的應用： 分治法（Divide and Conquer）： 這個範式強調將一個大問題分解為若乾個規模較小但結構相似的子問題，然後分彆解決這些子問題，最後將子問題的解閤並，從而得到原問題的解。我們將介紹經典的歸並排序（Merge Sort）和快速排序（Quick Sort），並通過實例展示如何將分治思想應用於計算幾何（如最近點對問題）等領域。我們會詳細分析這些算法的時間復雜度和空間復雜度，理解它們為何在特定場景下錶現齣色。 動態規劃（Dynamic Programming）： 當問題具有重疊子問題和最優子結構時，動態規劃便顯現齣其強大的威力。本書將係統地講解動態規劃的核心思想——通過存儲和重用已計算的子問題的解，避免重復計算，從而獲得高效的解決方案。我們將從最基礎的斐波那契數列開始，逐步深入到背包問題、最長公共子序列、矩陣鏈乘法等經典動態規劃問題。我們還會探討自頂嚮下（帶備忘錄）和自底嚮上（錶格填充）兩種實現方式，並分析其優劣。 貪心算法（Greedy Algorithm）： 貪心算法在每一步選擇當前狀態下最優的選項，期望最終能達到全局最優解。本書將介紹貪心算法的設計思路，並重點討論證明貪心策略正確性的方法，例如“切勿後悔”原則。我們會通過活動選擇問題、霍夫曼編碼、最小生成樹（Prim算法和Kruskal算法）等例子，讓讀者深刻理解貪心算法的適用條件和局限性。 迴溯法（Backtracking）： 當問題可以通過搜索解空間來解決時，迴溯法是一種有效的策略。本書將解釋迴溯法的原理，即通過深度優先搜索的方式，嘗試構建解，並在發現當前路徑無法導嚮有效解時，撤銷（迴溯）到之前的狀態，嘗試其他路徑。我們將重點講解如何設計有效的剪枝策略，以提高迴溯算法的效率。例如，在解決N皇後問題、數獨問題、圖的著色問題時，迴溯法都發揮著重要作用。 分支限界法（Branch and Bound）： 分支限界法是迴溯法的進一步發展，它通過引入限界函數來估計當前搜索狀態的優劣，從而有望提前排除那些不可能産生最優解的搜索分支，提高搜索效率。本書將介紹分支限界法的基本思想，並結閤旅行商問題等實例，展示如何設計閤適的限界函數和搜索策略。 算法分析：度量、理解與優化 僅僅設計齣算法是遠遠不夠的，對其進行科學、準確的分析更是算法設計與工程實踐中的關鍵環節。本書將投入大量篇幅講解算法分析的方法論： 漸進復雜度分析（Asymptotic Complexity Analysis）： 這是衡量算法效率的核心工具。我們將深入講解大O記號（Big O notation）、大Ω記號（Big Omega notation）和O記號（Big Theta notation），以及它們在描述算法時間復雜度和空間復雜度時的意義。我們將帶領讀者分析不同數據結構（如數組、鏈錶、樹、哈希錶）和不同算法（如搜索、排序、圖算法）的漸進復雜度，理解其隨輸入規模增長的趨勢。 攤還分析（Amortized Analysis）： 對於一些算法，其最壞情況下的時間復雜度可能很高，但平均下來卻非常高效。攤還分析正是處理這類情況的有力工具。我們將介紹聚閤分析、勢能分析和均攤分析等方法，並應用於動態數組、斐波那契堆等數據結構。 平均情況分析（Average-Case Analysis）： 在某些情況下，我們不僅需要關注算法的最壞情況，還需要瞭解其在平均輸入上的錶現。本書將介紹如何進行平均情況分析，並討論其潛在的挑戰和應用場景。 概率分析（Probabilistic Analysis）： 隨機算法（如快速排序的隨機化版本）在分析時需要藉助概率論的工具。我們將介紹一些基本的概率分析技巧，幫助讀者理解隨機算法的性能。 最壞情況、最好情況與平均情況的權衡： 我們將引導讀者理解在實際應用中，如何根據具體需求和場景，在算法的最壞情況、最好情況和平均情況之間做齣權衡，選擇最適閤的算法。 數據結構：算法的載體與高效的基石 算法的實現離不開高效的數據結構。本書將穿插講解與算法設計緊密相關的數據結構，並深入分析它們的設計思想和性能特點： 綫性結構： 數組、鏈錶（單嚮、雙嚮、循環）、棧、隊列。 樹形結構： 二叉樹、二叉搜索樹、平衡二叉搜索樹（AVL樹、紅黑樹）、B樹、堆（最大堆、最小堆）、Trie樹。 圖結構： 鄰接矩陣、鄰接錶。 哈希錶： 散列函數、衝突解決方法（鏈地址法、開放地址法）。 集閤與映射： 基於平衡二叉搜索樹或哈希錶實現的集閤和映射。 我們將分析不同數據結構在插入、刪除、查找等操作上的時間復雜度，以及它們如何支持特定算法的實現。 進階主題與實踐應用：連接理論與現實 除瞭基礎的算法設計範式和分析方法，本書還將觸及一些進階主題，並將理論知識與實際應用相結閤： 字符串匹配算法： KMP算法、Boyer-Moore算法。 圖算法的深入探討： 最小生成樹（Prim、Kruskal）、最短路徑（Dijkstra、Bellman-Ford、Floyd-Warshall）、拓撲排序、強連通分量、二分圖匹配。 計算幾何初步： 凸包、綫段相交等。 NP-完全性理論簡介： 幫助讀者理解問題的計算復雜度邊界。 算法的優化技巧： 空間換時間、預計算、緩存等。 本書並非僅僅陳述概念，而是通過大量精心設計的示例，展示算法的實際應用。這些示例來源於真實的編程競賽場景，它們具有代錶性，能夠反映現實世界中遇到的挑戰。通過對這些例子的分析和實現，讀者將能夠將理論知識轉化為解決實際問題的能力。 學習方法與本書特色： 本書強調“理解”而非“死記硬背”。我們鼓勵讀者在學習過程中，積極思考算法背後的邏輯，嘗試自己推導過程，並親手實現代碼。本書的特色在於： 理論與實踐緊密結閤： 每一個算法設計範式和分析方法，都會伴隨具體的、有代錶性的實例。 循序漸進的講解： 從基礎概念入手，逐步深入到復雜的算法和技術。 強調分析的重要性： 算法的設計好壞，最終體現在其分析結果上。 鼓勵讀者主動思考： 提供思考題和練習，激發讀者的學習主動性。 通過係統學習本書，讀者將不僅能夠掌握一套解決復雜計算問題的工具箱，更重要的是，能夠培養齣嚴謹的科學思維，為未來在計算機科學領域的深入學習和研究打下堅實的基礎。本書的目標是讓讀者成為一名能夠獨立思考、設計並分析高效算法的優秀工程師和研究者。

評分☆☆☆☆☆

我在算法領域摸索瞭幾年，參加過不少的大小比賽，但總覺得自己的算法功底不夠紮實，尤其是在處理一些復雜和不常見的題目時，總是顯得力不從心。這本《算法設計與分析》的齣現，為我提供瞭一個全新的視角。它並沒有像一般的算法書那樣，按部就班地介紹各種算法，而是直接把 ACM 大賽的在綫題庫作為“試驗場”。書中選擇的題目都非常有代錶性，涵蓋瞭各種類型的算法難題。我特彆欣賞作者在講解過程中，對算法“思想”的深入剖析。很多時候，一道題目的解法並不在於某個特定算法的熟練應用，而在於對算法思想的靈活變通和組閤。這本書恰恰強調瞭這一點。例如，在講解分治算法時，作者不僅介紹瞭快速排序等經典應用，還深入探討瞭分治思想在解決更一般問題的潛力。而且，書中對每一個算法的復雜度分析都做得非常到位，這對於我在比賽中選擇最優解法至關重要。我曾經因為對復雜度判斷失誤而導緻超時，讀瞭這本書之後，對復雜度分析有瞭更深刻的理解，相信在今後的比賽中會避免類似的錯誤。這本書對於有一定算法基礎，但希望在算法設計和分析能力上更上一層樓的選手來說，無疑是一份寶貴的資源。

評分☆☆☆☆☆

作為一個對算法充滿好奇但又常常感到無從下手的初學者，這本書給瞭我前所未有的學習動力。我一直覺得，很多算法書籍都過於理論化，讀起來枯燥乏味，很難將書本上的知識應用到實際問題中。而這本《算法設計與分析》則完全不同。它巧妙地將 ACM 大賽的在綫題庫作為學習的“戰場”，讓我在學習算法的同時，就能直接麵對真實的挑戰。書中對每一個算法的講解都非常到位，從最基礎的概念到復雜的推導，都清晰明瞭。我特彆喜歡它在講解一些經典算法時，會穿插一些“為什麼”的思考過程，這讓我不僅僅是“記住瞭”算法，更是“理解瞭”算法。比如，在講解貪心算法的時候，作者並不是簡單地給齣一個結論，而是帶領讀者一步步去思考，為什麼這種策略是正確的，以及在什麼情況下它會失效。而且，書中對每一個算法的實現都有詳細的代碼示例，這對於我這樣的初學者來說，是極大的幫助。我曾經嘗試著自己去實現一些算法，但常常因為細節問題而卡住，有瞭這些代碼示例，我就能更快地掌握算法的實現技巧。這本書就像是一位耐心細緻的老師，手把手地教我如何成為一名閤格的算法工程師。

評分☆☆☆☆☆

我是一位已經參加過幾次 ACM 區域賽的選手，在備賽的過程中，我深深體會到理論知識和實戰能力之間的鴻溝。很多時候，我知道某個算法的存在，但當我麵對一個陌生的題目時，卻不知道該如何將其與已知的算法聯係起來，更不用說進行優化瞭。這本《算法設計與分析》的齣現，簡直就像是為我量身定製的。它並沒有像一些傳統的算法書籍那樣，羅列一大堆的定義和定理，而是直接將 ACM 競賽的在綫題庫作為“案例庫”。書中的每一章都圍繞著一類典型的算法展開，並且通過大量的真實題目來講解算法的設計思路、復雜度分析以及優化技巧。我最喜歡的一點是，作者在講解過程中，會反復強調算法的“思想”，而不是僅僅停留在“實現”。例如，在講解二分圖匹配時，作者不僅會介紹 Hopcroft-Karp 算法，還會深入分析其背後的匹配思想，以及如何將其推廣到其他相關問題。這種深入的講解方式，讓我對算法有瞭更深刻的理解，也更容易舉一反三。我曾經卡在一道關於網絡流的題目上很久，看瞭這本書之後，對網絡流的各種建模技巧有瞭全新的認識，最終成功地找到瞭解法。這本書對於有一定算法基礎，但希望進一步提升實戰能力的同學來說，絕對是一本不可多得的良師益友。

評分☆☆☆☆☆

這本書簡直是為 ACM 競賽量身打造的！我一直夢想著在 ACM 賽場上大展身手，但總覺得理論知識和實際操作之間隔瞭一層紗。這本《算法設計與分析》就像是一座堅實的橋梁，直接把我的目光引嚮瞭 ACM 的在綫題庫。我最欣賞的一點是，它沒有空泛的理論講解，而是緊密圍繞著實際的競賽題目來展開。每一章的算法講解都伴隨著大量的例題，而且這些例題的風格、難度都和 ACM 競賽非常接近。我嘗試著跟著書裏的思路去解決一些我之前遇到的難題，驚訝地發現，很多睏擾我的地方瞬間就變得清晰起來。書中的講解非常細緻，對於一些關鍵的算法思想，作者會從多個角度去剖析，讓你真正理解“為什麼”這樣做，而不是僅僅記住“怎麼”做。我尤其喜歡它對於動態規劃的講解，通過層層遞進的例子，把狀態轉移方程的設計過程展現得淋灕盡緻，感覺不再是枯燥的數學公式，而是解決問題的邏輯思路。而且，這本書的配套資源也做得很好，雖然我還沒有深入使用，但光是看到它提到瞭與在綫題庫的緊密結閤，就讓我對接下來的學習充滿瞭期待。對於想在 ACM 競賽中取得突破的同學來說，這絕對是一本不能錯過的入門和進階指南。它不僅僅是一本書，更像是一位經驗豐富的教練，指引你一步步走嚮勝利。

評分☆☆☆☆☆

這本書的齣版，對於我們這些在計算機科學領域摸爬滾打的學生來說，無疑是一場及時雨。我一直覺得，很多教材在理論的深度上做得不錯，但在如何將這些理論轉化為解決實際問題的能力上，總是顯得有些不足。而這本《算法設計與分析》，恰恰彌補瞭這一塊的短闆。它以 ACM 大賽的在綫題庫為切入點，讓我第一次真切地感受到，原來那些看似晦澀難懂的算法，竟然是如此貼近我們的學習和研究。書中對各種算法的講解，都力求深入淺齣，並且非常注重對算法思想的提煉和總結。我特彆喜歡其中對於圖論算法部分的闡述，作者不僅介紹瞭各種經典算法，還詳細分析瞭它們在實際應用中的優劣勢，以及如何根據具體問題選擇最優的算法。更難得的是，書中還穿插瞭一些競賽中常見的陷阱和易錯點，這對於我們在實際解題過程中，能夠避免走彎路非常有幫助。我嘗試著運用書中的方法去解決一些之前覺得很棘手的圖論問題，發現思路比以前清晰瞭很多，而且代碼實現也更加規範和高效。總而言之，這本書提供瞭一種非常務實的學習路徑，它不隻是告訴你“是什麼”，更告訴你“為什麼”以及“怎麼用”。對於想要提升算法功底，尤其是為參加各類程序設計競賽做準備的學生來說，這本書絕對是寶貴的財富。

評分☆☆☆☆☆

不錯 一看就想繼續看下去

評分☆☆☆☆☆

本書主要包括經典的算法設計技術，介紹數據結構和標準模闆庫STL、遞歸與分治策略、動態規劃、貪心算法、迴溯算法、分支限界算法、圖論、組閤數學和計算幾何問題。本書包括大量的問題實例，並在浙江大學和杭州電子科技大學在綫題庫中精選原題，詳細地分析解題的方法，深入淺齣地講解用到的算法，並精選瞭在綫題庫中的典型題目作為每章後麵的習題，供讀者練習，以鞏固所學的算法。

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好書，應該不錯

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新版看看有所收獲，發貨快。

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