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本書內(nèi)容全面、細致、通俗易懂。涵蓋線性表、棧和隊列、樹和二叉樹、堆、哈夫曼樹、并查集、AVL樹、紅黑樹、B樹和B+樹、串、圖、散列表等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以及枚舉、二分、遞歸、分治、動態(tài)規(guī)劃、貪心、深搜、廣搜、最短路、最小生成樹、拓撲排序、關(guān)鍵路徑、內(nèi)外排序等算法。對各類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，不但要掌握理論，還應(yīng)熟練地編程實現(xiàn)。本書的最大特點是高標準的實踐性。除了少數(shù)幾個特別復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，95%的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法都給出了完整可運行的代碼，一共130多份，并且這些代碼幾乎都出現(xiàn)在具體的例題中。本書的例題和編程習題，都可以在北京大學在線程序評測平臺OpenJudge上提交解題程序并自動評判對錯。本書內(nèi)容和習題按難度做了明確分級，因此不論是高等學校計算機專業(yè)還是非計算機專業(yè)的師生，都可以從中各取所需用于教學。本書既可以用作數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法入門教材，又可以作為考研、找工作面試的提高秘籍，還可以用于程序設(shè)計競賽的基礎(chǔ)培訓。

前言
要成為的程序員，必須學習“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法”課程。雖然同類課程或教材有些只是名為“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”，沒有提到“算法”，但實際上，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，沒有必要也無法嚴格區(qū)分，兩者是“你中有我、我中有你”的關(guān)系。或者，將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算作算法的一個分支也未嘗不可，如著名教材《算法導(dǎo)論》，其中就包含大量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)容。本書中涉及的問題，如果需要將數(shù)據(jù)以復(fù)雜的方式組織起來，就歸類為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；否則，就歸類為算法。
大多數(shù)課程或教材，用C語言實現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法。然而，相比C++語言，甚至Java和Python語言，用C語言實現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法有明顯的劣勢。C語言沒有對面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計方法的支持，實現(xiàn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)無法做到“封裝”和“隱藏”。不支持“封裝”，導(dǎo)致代碼缺乏局部性，難以理解，難以維護。不支持“隱藏”，導(dǎo)致無法防止數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)從外部被不慎破壞，缺乏安全性。C語言不支持泛型程序設(shè)計，導(dǎo)致實現(xiàn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法缺乏通用性或可重用性。例如，編寫一個可以對任何數(shù)據(jù)類型的數(shù)組排序的函數(shù)、編寫一個可以存放任何數(shù)據(jù)類型的二叉查找樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是比較困難的，即便實現(xiàn)了，這樣的函數(shù)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的使用方式也較為麻煩和不自然。C語言無可變長數(shù)組，這導(dǎo)致在實現(xiàn)圖的鄰接表、樹等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時不得不采用鏈表、兒子兄弟樹等編程效率或運行效率不佳的方案�？傊皵�(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法”是理論結(jié)合實踐的課程，對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的編程實現(xiàn)，不但應(yīng)該正確，還應(yīng)在工程上是優(yōu)美的，即安全、簡潔、好用、可重用，這用C語言很難做到。目前，程序設(shè)計方法的潮流是面向?qū)ο�、泛型和函�?shù)式編程，C語言對這三大特性均無支持，故作者認為，當前的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法教學，亟須改革，將用C語言描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，轉(zhuǎn)變?yōu)橛弥С置嫦驅(qū)ο�、支持泛型和函�?shù)式編程的C++語言描述。
然而，系統(tǒng)掌握C++語言有較高的學習成本，即便對已經(jīng)掌握C語言的編程者也是如此，這是阻礙C++語言在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法教學中得以推廣的主要原因。實際上，C++語言的大量特性，如異常處理、繼承、多態(tài)等，是為了編寫大型程序而設(shè)計的，數(shù)十行或一百多行代碼即可實現(xiàn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法不需要使用這些特性，因而用C++語言進行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法教學，其實無須學員系統(tǒng)地掌握C++語言，只須學會C++語言中一小部分最核心的面向?qū)ο蟆⒎盒秃秃瘮?shù)式編程特性即可。為此，作者抽取了這部分核心特性，精心編寫了“C++語言快速入門和溫故知新”一章，依此章進行4個課時的教學，可使學過C語言的學生掌握C++語言的精髓，從而可以充分理解本書的所有程序，并用C++語言編寫小型程序。本書完全適用于只學過C語言的讀者，故雖然所有程序均用C++語言實現(xiàn)，卻依然命名為《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法(C/C++語言實現(xiàn))》。
作者在北京大學講授“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法”和“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法實習”課程多年,并曾擔任北京大學ACM國際大學生程序設(shè)計競賽隊教練9年。作者講授的這些課程，既有面向非計算機專業(yè)的，也有面向計算機專業(yè)的。本書即是對這些課程教學經(jīng)驗的歸納與整合。
本書數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)部分包括線性表、棧、隊列、二叉樹、堆、哈夫曼樹、樹和森林、并查集、散列表、二叉查找樹、AVL樹、紅黑樹、B樹、B+樹、圖、矩陣等內(nèi)容。算法部分包括枚舉、二分、遞歸、深度優(yōu)先搜索、廣度優(yōu)先搜索、貪心、動態(tài)規(guī)劃、內(nèi)排序、外排序、最短路、最小生成樹、拓撲排序、關(guān)鍵路徑等內(nèi)容。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)部分和算法部分交替講述。本書內(nèi)容覆蓋計算機專業(yè)408考研大綱。
相比大部分同類教材，本書的知識覆蓋面更廣，尤其是算法部分。
閱讀本書需要讀者已經(jīng)掌握C語言程序設(shè)計的基礎(chǔ)知識。對于學過C語言程序設(shè)計的讀者，本書非常適合作為第二門編程課的教材。
本書內(nèi)容和習題按難度明確分級，不論是高校計算機專業(yè)還是非計算機專業(yè)的師生，都可以從中各取所需。不帶“★”標記的是基本內(nèi)容，適用于所有讀者；計算機專業(yè)的讀者應(yīng)掌握帶“★”標記的章節(jié)；標記為“★★”的內(nèi)容，則適用于高水平院校計算機專業(yè)的教學；少數(shù)標記為“★★★”的例題和習題，難度與大學生程序設(shè)計競賽的中等題相當。有些例題習題來自早年的程序設(shè)計競賽，或在競賽中本就是簡單題，難度不高，因而沒有“★★★”標記，甚至沒有“★”標記。
作者考察了許多國內(nèi)外流行的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法教材，發(fā)現(xiàn)許多教材中多用偽代碼，或不完整的代碼來描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，很少給出能直接運行的完整程序。不但需要實打?qū)嵕幊探鉀Q的例題很少，而且配套的習題，基本都是考查概念，或只要求描述解決問題的過程，幾乎不會要求寫出完整的、完全正確的程序。即便一些教材中有編程習題，讀者也無法評判自己編寫的解題程序是否完全正確無隱錯。用這樣的教材教學，雖然可以應(yīng)付考研等筆試考試，但是難免有紙上談兵之嫌。一旦碰到企業(yè)招聘要求現(xiàn)場寫代碼，或者考研復(fù)試要求上機寫代碼，往往力不從心。
相比大多數(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法教材，本書的最大特點就是高標準的實踐性。除了少數(shù)幾個特別復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，95%的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法都給出了完整可運行的代碼，并且這些代碼大部分都出現(xiàn)在具體的例題中。
本書的例題和編程習題，都可以在北京大學在線程序評測平臺OpenJudge上提交解題程序。平臺廣泛用于北京大學“計算概論”“程序設(shè)計實習”“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法”等編程類課程的教學。要在OpenJudge上完成本書的編程習題，必須對相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法知識的每個實現(xiàn)細節(jié)都清楚地掌握，且編寫的程序不能有隱錯，這樣的要求,比自己寫個程序隨意測試一下沒發(fā)現(xiàn)問題就算對了要高得多，更遠非在紙上寫寫畫畫的筆試型習題可比。OpenJudge的具體使用方法見附錄。
本書配套電子資料齊全，包括課程講義以及130多個風格簡潔優(yōu)美的程序源碼。
本書還另有Python語言版和Java語言版，均已經(jīng)由清華大學出版社出版。
作者水平有限，書中難免存在一些不足及疏漏之處，懇請讀者批評指正。讀者可以通過guo_wei@pku.edu.cn與作者溝通、交流。
作者的女兒兼校友郭小美審閱并校對了全部書稿。一部分程序由她從作者編寫的其他語言的程序改寫為C++程序，特此感謝。

郭煒
于北京大學信息科學技術(shù)學院
2025年4月

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