算法设计与分析

针对初学者学习算法面临的困难,经典的算法+思维导图引导+详细的例题+视频讲解+配套资源,全方位提高初学者的算法能力
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初佃辉 (主审) 张小东 (作者) 978-7-115-50902-4

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(1)问题驱动设计,强化工程思维
以真实工程场景为切入点,构建“问题-模型-设计-分析-实现-拓展”的学习路径,打破传统理论教学局限,紧密衔接算法理论与实际应用,有效培养学生解决复杂工程问题的能力。
(2)策略思维引领,注重分析迁移
以核心算法策略为主线,系统构建知识框架。在深入讲解经典算法的同时,着重揭示算法背后的设计思想与分析逻辑,并通过严谨的数学建模与复杂度剖析,帮助学生掌握评估与优化算法的科学方法,实现从知识掌握到思维迁移的跃升。
(3)融媒体资源融合,创新学习体验
“纸质教材+云端微课”融媒形态,为核心知识点、经典案例与常见误区配套精讲视频。学生可随时扫码获取学习支持,将单向、静态的知识传递转变为个性化、交互式的全程伴学,极大提升学习效率与深度。

内容摘要

本书按照算法策略进行划分,每一章都引入了若干个经典问题。全书共分9章,内容包括:算法设计基础、算法效率分析基础、迭代法、蛮力法、分治法、回溯法与分支限界法、贪心算法、动态规划、随机算法。
本书以问题分析→计算模型→算法设计与描述→算法分析为技术线路,规范算法设计、分析及实现的方法。书中例题的问题分析和模型设计模块用于培养读者的抽象设计能力,算法设计模块用于提高读者运用计算机求解问题的能力,算法分析模块用于帮助读者运用数学工具对算法进行客观分析。同时,本书编写时也考虑到初学者所面临的困难,在算法设计与描述中刻意增加了基于源代码的程序设计与实现环节,从而全方位地帮助读者提高算法设计与分析的实践能力和理论水平。
本书可作为普通高等院校计算机相关专业或信息相关专业的教材,也可供从事计算机工程与应用工作的科技工作者参考。

目录

【章名目录】
第1章 算法设计基础
第2章 算法效率分析基础
第3章 迭代法
第4章 蛮力法
第5章 分治法
第6章 回溯法与分支限界法
第7章 贪心算法
第8章 动态规划
第9章 随机算法

【详细目录】
第1章 算法设计基础 1
1.1 算法的基本概念 2
1.2 算法的描述方法 5
1.3 算法设计的过程 9
1.4 算法设计工具 14
1.4.1 循环设计 15
1.4.2 递归设计 20
1.4.3 循环与递归的比较 21
1.5 基本的数据结构 26
1.5.1 线性数据结构 26
1.5.2 树 26
1.5.3 图 28
本章小结 30
第2章 算法效率分析基础 32
2.1 数学基础 34
2.1.1 函数的渐近的界 34
2.1.2 利用极限求函数的渐近的界 38
2.1.3 有用的求和级数及推导方法 39
2.1.4 基本渐近效率类型 41
2.2 算法效率分析 42
2.2.1 非递归形式算法分析 42
2.2.2 递归形式算法分析 44
2.3 关于NP问题 49
本章小结 50
第3章 迭代法 51
3.1 迭代法的设计技术 51
3.2 简单迭代运算 52
3.3 求解方程的近似算法 60
3.3.1 非线性方程 60
3.3.2 求线性代数方程组 65
本章小结 67
第4章 蛮力法 68
4.1 枚举法 68
4.2 穷举查找 76
4.3 图的搜索 82
4.3.1 深度优先查找 82
4.3.2 广度优先查找 86
本章小结 87
第5章 分治法 88
5.1 分治法的设计技术 88
5.2 二分查找 89
5.3 大整数的乘法和Strassen矩阵乘法 91
5.4 棋盘覆盖问题 97
5.5 选择性问题 100
本章小结 102
第6章 回溯法与分支限界法 103
6.1 回溯法的设计技术 104
6.1.1 回溯法的算法思想 104
6.1.2 回溯法的算法框架 106
6.1.3 回溯法的适用条件 106
6.2 回溯法的经典例题 107
6.2.1 装载问题 107
6.2.2 n皇后问题 110
6.2.3 0-1背包问题 112
6.2.4 旅行商问题 114
6.3 分支限界法的设计技术 118
6.4 分支限界法的经典例题 119
6.4.1 装载问题 119
6.4.2 背包问题 126
6.4.3 旅行商问题 131
本章小结 145
第7章 贪心算法 146
7.1 贪心算法的设计技术 146
7.2 用贪心算法求问题的解 147
7.3 近似贪心问题 154
本章小结 156
第8章 动态规划 157
8.1 动态规划的设计技术 157
8.2 投资分配问题 164
8.3 背包问题 168
8.4 矩阵连乘 173
8.5 最长公共子序列 177
8.6 最大子段和 181
本章小结 184
第9章 随机算法 185
9.1 同余的概念 186
9.2 随机数 188
9.3 蒙特卡罗算法 190
9.4 舍伍德算法 197
9.5 拉斯维加斯算法 199
本章小结 201

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作者介绍

张小东,哈尔滨工业大学(威海)副教授、系主任,中国信息协会特聘专家、阿里云MVP、教育部-华为“智能基座”栋梁之师。长期从事一线教学、科研与管理工作,讲授“算法设计与分析”、“数据结构”、“高级语言程序设计I”、“Python语言程序设计”、“C++程序设计”等十余门计算机专业核心课程。其中,负责主讲的“算法设计与分析”课程获批国家级一流本科课程。
主持教育部产学合作协同育人项目“基于Python的微服务程序设计”、“Python程序设计与低代码技术深度整合”、“融合‘智慧教学’的人工智能程序设计”,以及华为“智能基座”项目“基于Python的人工智能程序设计”。先后参与或主持国家级、省部级科研项目十余项,获得山东省科学技术进步奖三等奖。

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