程序设计方法 第2版

本书从系统设计的角度出发介绍计算以及程序设计的方法和过程。全书由6个部分和5个独立章节组成，6个部分侧重于介绍程序设计，分别介绍从数值和图像等原子数据到区间、枚举、条目、结构体及其组合等新方法的基本概念，任意大的复合数据及其用途，用于创建和使用抽象的设计诀窍，迭代改进的思想，生成递归以及关于累积器的用法；5个独立章节引入编程机制和计算的概念，分别介绍教学语言的语法和语义、引用和反引用、作用域和抽象、数值的本质以及计算的成本。 本书强调程序设计的计划和构建、设计诀窍、抽象和迭代改进等思想，逻辑清晰，循序渐进，示例丰富，可以指导有一定编程经验的读者系统地学习程序设计，也可作为高等院校计算机科学与技术专业程序设计导论和计算导论的教材和教学参考书。

作者简介 马蒂亚斯·费雷森（Matthias Felleisen）美国东北大学计算机科学学院Trustee 教授，世界知名的计算机科学家，他最为人知的他是PLT Scheme（Racket）语言的创始人。2009年，他获得Karl V. Karlstrom杰出教育家奖。2010年，他获得了SIGCSE计算机科学教育杰出贡献奖。2012年，他获得了SIGPLAN编程语言成就奖，以表彰他编程语言领域显著和持久的贡献。 罗伯特·布鲁斯·芬德勒（Robert Bruce Findler）美国西北大学计算机科学副教授 马修·弗拉特（Matthew Flatt）美国犹他大学计算机学院教授 施拉姆·克里斯纳默西（Shriram Krishnamurthi）美国布朗大学计算机科学教授 （本书第一作者是其余3 位作者的博士生导师） 译者简介 朱崇恺，美国犹他大学计算机科学硕士，硕士生导师为本书第三作者马修·弗拉特。中文圈内最早的PLT Scheme（Racket 的前身）研究者之一。除了翻译本书，还翻译过Programming Languages: Application and Interpretation （PLAI）和Object-Oriented Programming Languages: Application and Interpretation（OOPLAI）。

目 录 开篇：如何编程 算术　3 输入和输出　6 计算的多种方式　10 一个程序，多个定义　13 另一个定义　15 现在你是一名程序员了　17 不！　17 第　一部分 固定大小的数据 第　1章 算术　20 1.1　数值的算术　21 1.2　字符串的算术　22 1.3　二者的混合　23 1.4　图像的算术　24 1.5　布尔值的算术　26 1.6　布尔值的混合　27 1.7　谓词：了解你的数据　29 第　2章 函数和程序　31 2.1　函数　31 2.2　计算　33 2.3　函数的复合　36 2.4　全局常量　38 2.5　程序　39 第3章　程序设计方法　49 3.1　设计函数　50 3.2　熟练习题：函数　54 3.3　领域知识　54 3.4　从函数到程序　54 3.5　关于测试　55 3.6　设计世界程序　56 3.7　虚拟宠物世界　63 第4章　区间、枚举和条目　65 4.1　条件编程　65 4.2　条件计算　67 4.3　枚举　69 4.4　区间　71 4.5　条目　75 4.6　条目的设计　80 4.7　有限状态世界　82 第5章　添加结构体　88 5.1　从位置到posn结构体　88 5.2　posn的计算　88 5.3　posn的编程　89 5.4　定义结构体类型　91 5.5　结构体的计算　94 5.6　结构体的编程　97 5.7　数据的空间　102 5.8　结构体的设计　105 5.9　世界中的结构体　106 5.10　图形编辑器　107 5.11　再探虚拟宠物　109 第6章　条目和结构体　111 6.1　再谈条目的设计　111 6.2　世界的混合　119 6.3　输入错误　121 6.4　世界中的检查　124 6.5　相等谓词　125 第7章　总结　127 独立章节1　初级语言　128 初级语言的词汇　128 初级语言的文法　129 初级语言的含义　131 含义和计算　133 初级语言中的错误　133 布尔表达式　135 常量定义　136 结构体类型定义　137 初级语言中的测试　139 初级语言的错误消息　140 第二部分　任意大的数据 第8章　链表　146 8.1　创建链表　146 8.2　'()是什么，cons又是什么　149 8.3　用链表编程　151 8.4　使用链表进行计算　154 第9章　使用自引用数据定义进行设计　156 9.1　熟练习题：链表　160 9.2　非空链表　161 9.3　自然数　166 9.4　俄罗斯套娃　168 9.5　链表和世界程序　171 9.6　关于链表和集合　174 第　10章 再谈链表　178 10.1　生成链表的函数　178 10.2　链表中的结构体　180 10.3　链表中链表以及文件　183 10.4　再谈图形编辑器　189 第　11章 组合式设计　197 11.1　list函数　197 11.2　函数的组合　199 11.3　递归的辅助函数　200 11.4　一般化的辅助函数　204 第　12章 项目：链表　212 12.1　现实世界中的数据：字典　212 12.2　现实世界中的数据：iTunes　213 12.3　文字游戏—组合的示例　217 12.4　文字游戏—问题的核心　220 12.5　贪吃蛇　221 12.6　简单俄罗斯方块　223 12.7　全面太空战争　225 12.8　有限状态机　226 第　13章 总结　231 独立章节2　Quote和Unquote　232 Quote　232 Quasiquote和Unquote　233 Unquote　Splice　236 第三部分　抽象 第　14章 无处不在的相似性　242 14.1　函数的相似性　242 14.2　不同的相似性　243 14.3　数据定义的相似性　246 14.4　函数是值　248 14.5　函数的计算　249 第　15章 设计抽象　252 15.1　抽象的示例　252 15.2　签名的相似性　255 15.3　单个控制点　259 15.4　模板的抽象　259 第　16章 使用抽象　261 16.1　现有的抽象　261 16.2　局部定义　264 16.3　局部定义增强表达能力　266 16.4　local的计算　268 16.5　使用抽象的示例　271 16.6　用抽象设计　274 16.7　熟悉抽象的习题　275 16.8　项目中的抽象　276 第　17章 匿名函数　278 17.1　lambda函数　278 17.2　lambda的计算　280 17.3　用lambda抽象　282 17.4　用lambda制定规范　284 17.5　用lambda表示　289 第　18章 总结　293 独立章节3　作用域和抽象　294 作用域　294 中级语言的循环　298 模式匹配　304 第四部分　交织的数据 第　19章 S表达式之诗　310 19.1　树　310 19.2　森林　316 19.3　S表达式　317 19.4　对交织数据的设计　321 19.5　项目：二叉查找树　322 19.6　函数的简化　325 第　20章 迭代改进　327 20.1　数据分析　327 20.2　数据定义的改进　328 20.3　函数的改进　330 第　21章 解释器的改进　332 21.1　表达式的解释　332 21.2　变量的解释　335 21.3　函数的解释　336 21.4　解释一切　338 第　22章 项目：XML商业　340 22.1　XML和S表达式　340 22.2　XML枚举的呈现　344 22.3　领域特定语言　348 22.4　读入XML　352 第　23章 同时处理　355 23.1　同时处理两个链表：情况1　355 23.2　同时处理两个链表：情况2　356 23.3　同时处理两个链表：情况3　357 23.4　函数的简化　360 23.5　设计读入两个复杂输入的函数　361 23.6　熟练习题：两个输入　362 23.7　项目：数据库　365 第　24章 总结　374 独立章节4　数值的本质　375 固定大小的数值算术　375 溢出　379 下溢出　379 教学语言中的数值　380 第五部分　生成递归 第　25章 非标准递归　386 25.1　无结构体的递归　386 25.2　忽略结构体的递归　389 第　26章 设计算法　393 26.1　调整设计诀窍　393 26.2　终止　394 26.3　对比结构化递归和生成递归　396 26.4　做出选择　397 第　27章 主题的变化　401 27.1　初试分形　401 27.2　二分查找　403 27.3　初探解析　407 第　28章 数学的例子　411 28.1　牛顿法　411 28.2　数值积分　414 28.3　项目：高斯消元　418 第　29章 回溯的算法　423 29.1　图的遍历　423 29.2　项目：回溯　430 第30章　总结　434 独立章节5　计算的成本　435 具体的时间和抽象的时间　436 “数量级”的定义　440 为何使用谓词和选择函数　442 第六部分　知识的累积 第31章　知识的丢失　446 31.1　结构处理的问题　446 31.2　生成递归的问题　449 第32章　累积器风格函数的设计　453 32.1　认识到需要累积器　453 32.2　添加累积器　454 32.3　将函数转换为累积器风格　455 32.4　带鼠标的图形编辑器　464 第33章　累积的更多用途　466 33.1　累积器和树　466 33.2　带累积器的数据表示　470 33.3　作为结果的累积器　474 第34章　总结　479 尾声：继续前进　481