计算机程序设计艺术（卷1）：基本算法（第3版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[美] 高德纳（Donald E. Knuth） 著，李伯民，范明，蒋爱军 译

图书标签:

• 算法
• 数据结构
• 计算机科学
• 编程
• 经典
• Donald Knuth
• 程序设计
• 数学
• 理论
• 计算机程序设计艺术

出版社： 人民邮电出版社

ISBN：9787115360670

版次：3

商品编码：11848569

包装：精装

丛书名： 图灵计算机科学丛书

开本：16开

出版时间：2016-01-01

用纸：胶版纸

页数：517

正文语种：中文

编辑推荐

　　“计算机科学既壮观又幽美，我尝试尽自己所能，以恰当的方式来解释我所了解的某些片断。很显然，我自己并没有任何超自然能力，但的确很喜欢讲述那些似乎静静地等待着人们去讲出来的故事。写书跟讲故事十分类似。”
　　——图灵访谈之专访Donald E. Knuth
　　《计算机程序设计艺术》系列著作被公认为是对经典计算机科学的论述，曾在1999年被《美国科学家》期刊评选为20世纪重要的12部学术专著之一。这一宏伟浩大的工程始于1962年，计划出版7卷，目前已经出版了4卷。数十年来，这本书一直是广大学生、研究人员和业内人士学习程序设计理论和实践的无价之宝，书中各处无不体现着作者渊博的学识、严谨的治学态度，以及深刻的洞察力。该套书自出版以来，广受众多科学家的赞许，并对无数读者产生了极其深远的影响。
　　《计算机程序设计艺术》堪称计算机科学领域的瑰宝。从事研究的人惊艳于其精美优雅的分析，而普通程序员则一直在卓有成效地利用书中提供的各种方案解决日常问题。这些书展现了作者的博观、清晰、幽默，所有的人都钦佩不已。高德纳是算法和程序设计领域的先驱者，对计算机科学发展史也有着深入的研究，书中在介绍众多理论的同时，也给出了相关的历史和发展历程，成为本书的一大特色。

内容简介

　　《计算机程序设计艺术》系列是公认的计算机科学领域经典之作，深入阐述了程序设计理论，对计算机领域的发展有着极为深远的影响。本书是该系列的第1卷，讲解基本算法，其中包含了其他各卷都需用到的基本内容。本卷从基本概念开始，然后讲述信息结构，并辅以大量的习题及答案。

作者简介

　　高德纳（Donald E. Knuth），计算机科学家，算法与程序设计技术的先驱者、斯坦福大学计算机系荣休教授、计算机排版系统TEX和METAFONT字体系统的发明人，因诸多成就以及大量富于创造力和具有深远影响的著作（19部书，160篇论文）而誉满全球。近些年，他将精力全部投入到《计算机程序设计艺术》七卷集的史诗般创作中。Knuth教授获得过许多奖项和荣誉，包括美国计算机协会图灵奖、美国国家科学奖章、美国数学学会的斯蒂尔奖，以及因发明先进技术于1996年荣获的京都奖。1996年，设立了以其名字命名的Donald E. Knuth奖，授予那些为计算机科学基础做出杰出贡献的人。

精彩书评

　　这是一部包含一切基础算法的宝典，是它教给了这一代软件开发人员关于计算机程序设计的绝大多数知识。“
　　——Byte杂志1995年9月刊

　　我简直说不清楚这些书给我的学习和娱乐带来了多少欢乐时光。我在各种场合一有空就仔细研读，在车上，在餐馆，上班时，回到家里……甚至有次观看我儿子的球赛，趁他没上场的时候，我还拿出来看了一阵子。
　　——Charles Long

　　如果你自以为是一个很好的程序员，请去读读高德纳的《计算机程序设计艺术》吧……要是你真把它读下来了，就毫无疑问可以给我递简历了。
　　——比尔·盖茨

　　遇到问题需要把高德纳的著作请下书架，总是个令人愉悦的经历。我发现，只要翻一翻这些书，就会立竿见影地'镇住'计算机。
　　——Jonathan Laventhol

目录

第1章基本概念1
1．1算法．1
1．2数学准备．8
1．2．1数学归纳法．8
1．2．2数、幂和对数16
1．2．3和与积．21
1．2．4整数函数与初等数论30
1．2．5排列与阶乘．35
1．2．6二项式系数．41
1．2．7调和数．59
1．2．8斐波那契数．62
1．2．9生成函数69
1．2．10典型算法分析76
1．2．11渐近表示85
1．2．11．1大O记号85
1．2．11．2欧拉求和公式．88
1．2．11．3若干渐近计算式92
1．3MIX99
1．3．1MIX的描述99
1．3．2MIX汇编语言．116
1．3．3排列的应用．131
1．4若干基本程序设计技术150
1．4．1子程序．150
1．4．2协同程序155
1．4．3解释程序161
1．4．3．1MIX模拟程序．162
1．4．3．2追踪程序171
1．4．4输入与输出．173
1．4．5历史和参考文献．184
第2章信息结构187
2．1引论．187
2．2线性表191
2．2．1栈、队列和双端队列191
2．2．2顺序分配195
2．2．3链接分配203
2．2．4循环链表217
2．2．5双链表．222
2．2．6数组与正交表237
2．3树245
2．3．1遍历二叉树．253
2．3．2树的二叉树表示．265
2．3．3树的其他表示276
2．3．4树的基本数学性质．287
2．3．4．1自由树．287
2．3．4．2定向树．294
2．3．4．3无限性引理．301
2．3．4．4树的枚举304
2．3．4．5路径长度314
2．3．4．6历史和参考文献320
2．3．5表和垃圾回收322
2．4多链结构．333
2．5动态存储分配．342
2．6历史和参考文献358
习题答案．364
附录A数值表494
附录B记号索引．498
附录C算法和定理索引．502
人名索引．503
索引．508

前言/序言

《数据结构与算法分析：C语言描述（第3版）》 内容简介 《数据结构与算法分析：C语言描述（第3版）》是一部经典的计算机科学教材，由著名计算机科学家 Mark Allen Weiss 撰写。本书深入浅出地介绍了计算机科学中最核心、最基础的数据结构和算法，并以 C 语言作为实现工具，旨在为读者打下坚实的理论基础，并培养实际的编程能力。本书内容严谨，逻辑清晰，讲解生动，尤其适合计算机专业本科生、研究生以及从事软件开发和算法研究的专业人士阅读。 核心主题与内容概览 本书共分为十一章，系统地阐述了各种重要的数据结构及其相关的算法。以下是本书的主要内容概览： 第一部分：基础概念与预备知识 第一章：引言 (Introduction) 本章首先对计算机科学的核心领域——数据结构和算法——进行定义和阐释。它强调了算法效率的重要性，并引入了渐进记号（Big-Oh, Big-Omega, Big-Theta）等基本工具，用于分析算法的时间和空间复杂度。这一章为后续章节的学习奠定了理论基础，帮助读者理解如何衡量和比较不同算法的优劣。 复杂度分析：详细介绍了时间复杂度和空间复杂度的概念。通过分析简单程序的执行步数，讲解了如何使用大O符号来表示算法的渐进上界，以及如何区分最佳、平均和最坏情况下的复杂度。 渐进记号：深入讲解了 O, Ω, Θ 记号的数学定义及其在算法分析中的实际意义。通过实例说明如何判断一个函数属于哪个渐进集合。 递归：介绍了递归的基本思想和工作原理，并给出了求解递归方程的几种常用方法，例如主定理（Master Theorem）。 第二章：基本概念 (Basic Data Structures) 本章回顾了 C 语言的一些基本概念，例如数据类型、变量、运算符、控制结构（if-else, while, for）、函数等。同时，介绍了数组、链表（单向链表、双向链表）、栈和队列等最基本的数据结构。 数组：讲解了数组的优点（快速访问）和缺点（固定大小，插入/删除效率低），并介绍了使用数组实现栈和队列的基本方法。 链表：详细介绍了单向链表和双向链表的结构、操作（插入、删除、查找）及其时间复杂度。强调了链表在动态内存分配和高效插入/删除方面的优势。 栈 (Stacks)：定义了栈的 LIFO（后进先出）特性，并介绍了其主要操作（push, pop, top, isEmpty）。讲解了如何使用数组和链表实现栈，并列举了栈在表达式求值、函数调用栈等方面的应用。 队列 (Queues)：定义了队列的 FIFO（先进先出）特性，并介绍了其主要操作（enqueue, dequeue, front, isEmpty）。讲解了如何使用数组和链表实现队列，并说明了其在模拟、调度等方面的应用。 第二部分：抽象数据类型与高级数据结构 第三章：线性表 (Lists) 本章将上一章介绍的链表概念进行系统化，引入了“线性表”这一抽象数据类型（ADT）的概念。它不局限于具体的实现方式，而是侧重于描述线性表的逻辑结构和操作。 ADT 线性表：定义了线性表的抽象操作，如创建、销毁、清空、判空、查找、插入、删除等。 链表实现：重点讲解了如何使用链表（包括单向链表和双向链表）来实现线性表。分析了不同链表实现方式下的操作性能。 数组实现：也讨论了使用动态数组实现线性表的可能性，并分析了其优缺点。 第四章：树 (Trees) 本章是本书的重点之一，详细介绍了各种重要的树结构，尤其是二叉树。树结构在组织层次化数据方面非常高效，在许多算法和数据结构中扮演着核心角色。 树的基本概念：定义了树的术语，如根节点、父节点、子节点、叶节点、深度、高度、度等。 二叉树 (Binary Trees)：详细介绍了二叉树的定义，以及各种遍历方法（前序、中序、后序、层序）。 二叉搜索树 (Binary Search Trees - BST)：介绍了 BST 的性质，即左子树所有节点的值小于根节点，右子树所有节点的值大于根节点。重点讲解了 BST 的插入、删除、查找等操作，并分析了其平均和最坏情况下的时间复杂度。 平衡二叉搜索树 (Balanced Binary Search Trees)：指出了 BST 在最坏情况下（例如插入有序序列）退化成链表的问题，从而引出了平衡二叉树的概念。虽然本书第三版可能没有深入讨论 AVL 树和红黑树等具体平衡树，但它强调了保持树的平衡以保证高效操作的重要性。 第五章：堆 (Heaps) 本章介绍了堆这一特殊的数据结构，它是一种完全二叉树，并且满足堆的性质（最大堆或最小堆）。堆在排序（堆排序）、优先队列等应用中非常重要。 最大堆和最小堆：定义了最大堆（父节点的值大于或等于其子节点）和最小堆（父节点的值小于或等于其子节点）的性质。 堆的操作：详细讲解了堆的构建（heapify）、插入（insert）和删除（deleteMax/deleteMin）操作，以及它们的实现和时间复杂度。 堆排序 (Heapsort)：介绍了如何利用堆结构实现高效的堆排序算法。 优先队列 (Priority Queues)：讲解了如何使用堆来实现优先队列，并说明了其在各种调度和搜索算法中的应用。 第六章：图 (Graphs) 图是用来表示对象之间关系的最通用数据结构之一。本章介绍了图的基本概念、表示方法以及几种重要的图算法。 图的基本概念：定义了图的术语，如顶点（节点）、边、有向图、无向图、度、连通分量等。 图的表示：介绍了两种主要的图表示方法：邻接矩阵（Adjacency Matrix）和邻接表（Adjacency List），并分析了它们在空间和时间复杂度上的优劣。 图的遍历：详细介绍了图的两种遍历算法：广度优先搜索（Breadth-First Search - BFS）和深度优先搜索（Depth-First Search - DFS），并讨论了它们的应用，如查找连通分量、判断有环等。 最短路径算法：介绍了 Dijkstra 算法（单源最短路径）和 Floyd-Warshall 算法（所有顶点对最短路径）。 最小生成树算法：介绍了 Prim 算法和 Kruskal 算法，用于查找加权无向图的最小生成树。 第三部分：算法设计技术与分析 第七章：散列表 (Hashing) 散列表（哈希表）是一种通过散列函数将键映射到存储位置的数据结构，能够实现平均 O(1) 的插入、删除和查找操作。本章深入探讨了散列表的设计和冲突解决方法。 散列函数：介绍了设计良好散列函数的原则，以及几种常见的散列函数。 冲突解决方法：详细讲解了解决哈希冲突的两种主要方法：分离链接法（Separate Chaining）和开放定址法（Open Addressing），并讨论了线性探测、二次探测、双重散列等具体策略。 性能分析：分析了散列表的负载因子（load factor）对性能的影响，以及平均和最坏情况下的时间复杂度。 第八章：搜索算法 (Searching) 本章专注于各种搜索算法，包括前面已经介绍过的，以及更高级的搜索技术。 线性搜索和二分搜索：回顾了在有序和无序集合上的基本搜索方法。 二叉搜索树搜索：重申了 BST 的搜索过程。 图搜索：再次提及 BFS 和 DFS 在图中的应用。 模式匹配搜索：简要介绍了朴素的字符串匹配算法，并可能提及更高级的算法（如 KMP，具体取决于版本）以提升效率。 第九章：排序算法 (Sorting) 排序是计算机科学中最基本也是最重要的问题之一。本章系统地介绍了各种排序算法，并对其进行了详细的性能分析。 插入排序、选择排序、冒泡排序：介绍了这些简单的 O(n^2) 排序算法，并分析了它们的局限性。 归并排序 (Mergesort)：介绍了基于分治策略的归并排序，具有 O(n log n) 的时间复杂度。 快速排序 (Quicksort)：介绍了另一类基于分治的快速排序算法，通常在实际应用中表现优异，平均时间复杂度为 O(n log n)，但最坏情况为 O(n^2)。 堆排序 (Heapsort)：回顾了使用堆实现的堆排序。 计数排序、桶排序、基数排序：介绍了非比较排序算法，在特定数据条件下可以达到 O(n) 的时间复杂度。 排序的下界：讨论了比较排序的理论下界是 O(n log n)。 第十章：算法设计技术 (Algorithm Design Techniques) 本章介绍了在设计高效算法时常用的几种通用策略。 分治法 (Divide and Conquer)：例如归并排序、快速排序。 动态规划 (Dynamic Programming)：介绍通过将问题分解为子问题并存储子问题的解来避免重复计算的方法，例如计算斐波那契数列、背包问题等。 贪心算法 (Greedy Algorithms)：介绍在每一步都做出局部最优选择，以期达到全局最优的算法，例如霍夫曼编码、最小生成树算法。 回溯法 (Backtracking)：介绍通过系统地搜索所有可能的解来找到最优解的方法，常用于解决组合问题，如 N 皇后问题。 第十一章：算法分析 (Algorithm Analysis) 本章是对前面所有算法分析的一个总结和深化，可能包含更复杂的分析技术和一些理论性的讨论。 随机化算法 (Randomized Algorithms)：介绍一些利用随机性来提高算法性能或简化算法设计的方法。 NP 完全性 (NP-Completeness)：对计算复杂性理论中的 NP-完全性问题进行了介绍，这是一个重要且具有挑战性的理论领域，对于理解哪些问题可能是“难解”的至关重要。 摊还分析 (Amortized Analysis)：介绍一种分析数据结构操作序列平均成本的方法。 特点与价值 《数据结构与算法分析：C语言描述（第3版）》的显著特点和价值体现在以下几个方面： 1. 理论与实践的完美结合：本书不仅深入讲解了各种数据结构和算法的理论原理，还提供了清晰、可执行的 C 语言代码实现。读者可以通过阅读和实践代码，加深对理论知识的理解，并掌握将算法应用于实际问题的能力。 2. 严谨的数学分析：作者非常注重算法的时间和空间复杂度分析，使用渐进记号等数学工具来量化算法的效率。这使得读者能够客观地评估不同算法的优劣，并为优化算法提供指导。 3. 清晰的逻辑结构：全书内容组织有序，从基础概念到高级数据结构，再到算法设计与分析，层层递进，逻辑清晰，便于读者循序渐进地学习。 4. 丰富的实例：书中穿插了大量的实例，帮助读者理解抽象的理论概念。这些实例涵盖了数据结构和算法在实际问题中的应用，使学习过程更具启发性。 5. 经典且权威：本书被广泛认为是数据结构与算法领域的经典之作，对多代计算机科学专业的学生产生了深远影响。其内容经过时间的检验，具有极高的学术价值和参考价值。 6. C 语言的普适性：虽然本书以 C 语言为例，但其介绍的数据结构和算法思想是跨语言的。学习本书内容，能够帮助读者在掌握其他编程语言时，触类旁通，快速理解和实现各种算法。 学习建议 为了最大化本书的学习效果，建议读者： 勤于思考：在阅读理论部分时，不仅要理解概念，更要思考其背后的原理和设计思想。 动手实践：仔细阅读并理解书中的 C 语言代码，尝试在自己的环境中编译、运行和修改代码，通过实践来巩固知识。 独立解决问题：尝试解决书中提供的练习题，这些题目能帮助读者检验对知识的掌握程度，并培养独立解决问题的能力。 追根溯源：遇到不理解的概念或算法时，不要轻易放弃，可以查阅相关的参考资料，深入研究。 与其他技术结合：在掌握了本书内容后，可以尝试将这些数据结构和算法应用于其他编程项目，例如操作系统、数据库、编译器、网络通信等领域，进一步加深理解。 总结 《数据结构与算法分析：C语言描述（第3版）》是一部不可多得的计算机科学经典著作。它以严谨的学术态度、清晰的讲解方式和丰富的实践内容，为读者构建了一个扎实的数据结构与算法知识体系。无论您是初学者，还是希望深入提升自身技术水平的开发者，本书都将是您宝贵的学习资源。通过对本书内容的深入学习和实践，您将能够更好地理解计算机程序的运行机制，设计出更高效、更优化的解决方案，为在瞬息万变的计算机科学领域取得成功奠定坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

我尝试着根据书中提供的某些算法思路去解决一些实际编程问题，但遇到的困难比想象中要大得多。书中详细描述了各种算法的原理和性能分析，这无疑是其核心价值所在。然而，当我要将这些理论知识转化为实际可运行的代码时，却发现事情远非如此简单。例如，书中对某个数据结构的优化分析极其深入，理论上能够带来数量级的性能提升，但我尝试用作者的思路去实现一个与我实际应用场景相似的算法时，却遇到了许多意想不到的细节问题。包括但不限于如何有效地在特定编程语言中实现复杂的内存管理、如何处理边界条件、以及如何权衡算法的理论最优性和实际工程中的易用性。有时候，我感觉书中提供的算法更像是一种“理想模型”，在真实的软件开发环境中，还需要考虑更多的工程实践、代码复用、以及与现有系统的兼容性等问题。这让我觉得，如果书中能增加一些关于算法在实际工程中应用的案例分析，或者提供一些更贴近实际开发场景的伪代码或代码片段，可能会更有帮助。

评分☆☆☆☆☆

这本书的学习曲线确实有点陡峭，尤其是对于我这种非计算机专业背景的读者来说。我之前看过一些入门级的编程书籍，感觉都还比较轻松，但翻开这本书，一开始就被各种数学公式和抽象的算法概念给“劝退”了。很多章节的推导过程都涉及到了高等数学的知识，需要反复查阅资料才能勉强理解。而且，书中给出的例子虽然很经典，但有些实现起来的代码逻辑并不是那么直观，需要花费大量时间去调试和揣摩。我感觉作者在写作时，很大程度上是站在了对算法有一定积累的读者角度，很多底层原理的讲解省略了一些衔接步骤，直接跳到了结论。这让我有时候会感到很困惑，不知道中间的推导是怎么来的。虽然我知道这本书的价值在于其深度和广度，但我还是希望作者能在讲解一些复杂概念时，提供更详尽的数学推导过程，或者增加一些逐步深入的例子，这样能更好地帮助我们这些初学者跨越最初的门槛。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格实在是一门艺术，但对我来说，这门艺术有点难以欣赏。作者的遣词造句非常严谨，逻辑性极强，每一个词语的选择都经过深思熟虑，仿佛在进行一场精密的数学证明。这使得书中的论述非常精确，但同时也让阅读过程变得相当费力。很多时候，我需要反复阅读同一句话，才能完全领会其中的含义。这种“嚼字根”式的阅读方式，极大地降低了阅读的流畅性，也让我很难在短时间内获得信息。此外，作者在描述问题时，似乎更倾向于使用一种非常正式、甚至有些晦涩的学术语调，缺少一些与读者之间的互动感。我尝试着去理解作者想要传达的深刻思想，但有时候，我更希望能有一种更轻松、更易懂的方式来接触这些复杂的概念。比如，在引入一些核心概念时，如果能用一个生动形象的比喻，或者一个简单的类比来帮助读者建立初步的理解，可能会事半功倍。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本《计算机程序设计艺术（卷1）》的时候，我对它的封面设计实在是没什么好感。整体色调偏暗，那种土黄色的背景加上粗糙的字体，感觉一股浓浓的年代感扑面而来，完全没有现代科技书籍应有的那种简洁、专业的视觉感受。书名部分的排版也显得有些拥挤，字体大小和粗细的搭配也不够协调。更别提封面上的那幅抽象的插图，虽然作者可能想表达某种深刻的寓意，但在我看来，它与“计算机程序设计”这个主题的关联性并不强，反而显得有些突兀和难以理解。翻到书背，信息也比较杂乱，没有明确的分类和重点，给人一种信息碎片化的感觉。总的来说，如果不是这本书在业内的赫赫名声，单凭这封面设计，我可能根本不会考虑购买。我真心希望出版社在后续的重版中，能考虑对封面进行一次现代化、更具吸引力的设计，让这本书的“颜值”也能匹配上它内在的“才华”。

评分☆☆☆☆☆

这本书的印刷质量真是一言难尽。我收到的是精装本，封皮的纸质相当粗糙，感觉不是那种耐磨的类型，边缘处有轻微的毛边，不知道是不是我这本个例。翻开内页，纸张的厚度也比我预期的要薄一些，书页间的光线透射程度不算特别严重，但长时间阅读的话，眼睛还是会感觉有点疲劳，尤其是在灯光不足的环境下。印刷字体倒是清晰锐利，排版也比较紧凑，这算是挽回了一些分数。不过，最让我不满的是书脊的装订，合上书的时候，书脊部分总感觉有一点点不平整，不是那种可以完美压平的感觉，总让人担心长期翻阅会不会出现脱页的情况。而且，我拿到的这本，在封面左下角有一个很小的压痕，虽然不影响阅读，但作为一个细节控，看到这样的瑕疵还是挺影响心情的。希望厂家在后续的品控上能做得更精细一些，毕竟这本书的价格也不算低廉，读者对它的期望值自然也高。

评分☆☆☆☆☆

计算机圣经，绝对经典，好好学学！

评分☆☆☆☆☆

印刷很好，送货很赞，一直在京东自营买，没得话说，不五星对不起京东这么好的态度和商品。

评分☆☆☆☆☆

以后看过了再说~

评分☆☆☆☆☆

这个书必须拥有啊。为什么京东活动从来没有他。

评分☆☆☆☆☆

我随手一挥就有十字评论

评分☆☆☆☆☆

经典书籍，值得购买收藏阅读。

评分☆☆☆☆☆

书籍很不错，是正版，可以购买

评分☆☆☆☆☆

这个书不错，也挺贵，好好看吧少年

评分☆☆☆☆☆

经典之作，非常值得一买，京东又有优惠，非常好，京东经常搞些优惠，我就经常屯书