计算机科学精粹

计算机科学无处不在，但传统教材枯燥无趣，致使很多程序员从未深入研究过这一对于实现高效程序设计至关重要的学科，也将很多对此话题感兴趣的非程序员挡在了门外。 本书以简明扼要的形式介绍计算机科学知识，浅显易懂，既适合程序员巩固编程基础，也适合普通人了解计算机科学和计算思维。 - 梳理了求解问题所需的基本数学知识，将想法转换为可供计算机执行的解决方案 - 介绍了复杂度，借由时间复杂度与空间复杂度分析评估算法性能 - 算法设计中使用的主要策略 - 数据结构与抽象数据类型，以及它们如何影响很常见的数据操作的性能 - 求解各类问题所用的一些知名算法与技术 - 理解不同类型的数据库管理系统及其特性 - 基本的计算机工作原理 - 程序设计的本质

本书面向所有对计算机科学感兴趣的读者，以浅显易懂的语言和简明扼要的形式介绍计算机科学领域的重要知识点，尽量少涉及学术概念，着力将抽象理论具体化，复杂问题简单化，既适合计算机专业技术人员查漏补缺基本理论，也适合普通读者了解计算思维。

第1章 预备知识  1
1.1 想法 1
1.1.1 流程图 2
1.1.2 伪代码 3
1.1.3 数学模型 4
1.2 逻辑 5
1.2.1 运算符 6
1.2.2 布尔代数 8
1.2.3 真值表 9
1.2.4 逻辑在计算中的应用 12
1.3 计数 13
1.3.1 乘法 13
1.3.2 排列 14
1.3.3 具有相同项的排列 15
1.3.4 组合 16
1.3.5 求和 17
1.4 概率 19
1.4.1 对结果计数 19
1.4.2 独立事件 20
1.4.3 互斥事件 20
1.4.4 对立事件 21
1.4.5 赌徒谬误 21
1.4.6 高级概率 21
1.5 小结 22
第2章 复杂度 23
2.1 时间计算 25
2.2 大O 符号 28
2.3 指数 29
2.4 内存计算 30
2.5 小结 31
第3章 策略 33
3.1 迭代 33
3.2 递归 36
3.3 蛮力法 38
3.4 回溯法 40
3.5 启发法 43
3.5.1 贪心法 43
3.5.2 利用贪心法求解电网问题 45
3.6 分治法 46
3.6.1 利用分治法求解排序问题 46
3.6.2 利用分治法求解很好交易问题 49
3.6.3 利用分治法求解背包问题 50
3.7 动态规划 51
3.7.1 利用记忆化求解斐波那契数 52
3.7.2 利用记忆化求解背包问题 52
3.7.3 利用自底向上法求解很好交易问题 53
3.8 分支定界法 54
3.8.1 上界与下界 55
3.8.2 背包问题中的上界与下界 56
3.9 小结 58
第4章 数据 59
4.1 抽象数据类型 60
4.2 常见抽象 62
4.2.1 基本数据类型 62
4.2.2 栈 62
4.2.3 队列 63
4.2.4 优先队列 63
4.2.5 列表 64
4.2.6 排序列表 64
4.2.7 映射 65
4.2.8 集合 65
4.3 数据结构 65
4.3.1 数组 66
4.3.2 链表 67
4.3.3 双向链表 68
4.3.4 数组与链表的比较 68
4.3.5 树 69
4.3.6 二叉查找树 70
4.3.7 二叉堆 73
4.3.8 图 74
4.3.9 散列表 74
4.4 小结 75
第5章 算法 77
5.1 排序 77
5.2 搜索 79
5.3 图 80
5.3.1 图的搜索 80
5.3.2 图着色 83
5.3.3 寻路 83
5.3.4 PageRank 86
5.4 运筹学 86
5.4.1 线性很优化问题 87
5.4.2 网络流问题 88
5.5 小结 89
第6章 数据库 91
6.1 关系数据库 92
6.1.1 关系 92
6.1.2 模式迁移 95
6.1.3 SQL 95
6.1.4 索引 97
6.1.5 事务 99
6.2 非关系数据库 99
6.2.1 文档存储 100
6.2.2 键值对存储 101
6.2.3 图数据库 102
6.2.4 大数据 103
6.2.5 SQL 与NoSQL 的比较 103
6.3 分布式数据库 104
6.3.1 单主机复制 104
6.3.2 多主机复制 105
6.3.3 分片 105
6.3.4 数据一致性 107
6.4 地理数据库 107
6.5 序列化格式 108
6.6 小结 109
第7章 计算机 111
7.1 体系结构 111
7.1.1 存储器 112
7.1.2 CPU 114
7.2 编译器 118
7.2.1 操作系统 121
7.2.2 编译优化 121
7.2.3 脚本语言 122
7.2.4 反汇编与逆向工程 123
7.2.5 开源软件 124
7.3 存储器层次结构 125
7.3.1 处理器与存储器之间的鸿沟 125
7.3.2 时间局部性与空间局部性 126
7.3.3 一级缓存 127
7.3.4 二级缓存 127
7.3.5 第一级存储器与第二级存储器 128
7.3.6 外部存储器与第三级存储器 130
7.3.7 存储技术的发展趋势 130
7.4 小结 131
第8章 程序设计 133
8.1 语言学 133
8.1.1 值 134
8.1.2 表达式 134
8.1.3 语句 135
8.2 变量 136
8.2.1 变量类型 136
8.2.2 变量作用域 137
8.3 范式 138
8.3.1 命令式编程 138
8.3.2 声明式编程 140
8.3.3 逻辑编程 144
8.4 小结 145
附录 147
结语 151
后记 152