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新定价链接：程序语言的奥妙：算法解读
21世纪，飞速发展的计算机技术深入到手机、电视、数码相机、游戏机
等的生活必备产品中。计算机都是依靠程序来运行的。为了编写出能够在计
算机上运行良好的程序就必须学习计算机算法的知识。本书用流程图、程序
语言等日常生活中经常出现的事物为工具，以图解的形式讲解了算法的相关
知识，即使是不具备计算机知识的初学者，也能够轻松理解。

内容简介

在我们生活的世界中，各种各样形形色色的事物和现象，其中都必定包含着科学的成分。在这些成分中，有些是你所熟知的，有些是你未知的，有些是你还一知半解的。面对未知的世界，好奇的你是不是有很多疑惑、不解和期待呢？！“形形色色的科学”趣味科普丛书，把我们身边方方面面的科学知识活灵活现、生动有趣地展示给你，让你在畅快阅读中收获这些鲜活的科学知识！

21世纪，飞速发展的计算机技术深入到手机、电视、数码相机、游戏机等的生活必备产品中。计算机都是依靠程序来运行的。为了编写出能够在计算机上运行良好的程序就必须学习计算机算法的知识。《程序语言的奥妙：算法解读》用流程图、程序语言等日常生活中经常出现的事物为工具，以图解的形式讲解了算法的相关知识，即使是不具备计算机知识的初学者，也能够轻松理解。

《程序语言的奥妙：算法解读》适合青少年读者、科学爱好者以及大众读者阅读。

作者简介

李克秋

博士、大连理工大学教授、博士生导师，计算机科学与技术学院副院长。1994年7月和1997年4月分别获大连理工大学应用数学专业学士和硕士学位，2005年9月于日本北陆先端科学技术大学院大学获计算机科学博士学位，2005年10月至2007年9月任日本东京大学外国人特聘研究员，2007年3月被大连理工大学特聘为教授。主要研究方向包括计算机网络、云计算等。已发表论文100余篇，部分成果发表在IEEE TPDS、ACM TOIT、ACMTOMCCA等国际知名杂志上。担任多家国内外学术刊物的编委，包括IEEE TPDS、《计算机学报》等。

2010年获教育部优秀科技成果自然科学二等奖，2011年获得ICA3PP 2011国际会议*论文奖、第八届辽宁青年科技奖、第四届大连市青年科技奖。入选2007年教育部新世纪优秀人才支持计划和2011年辽宁省第六批“百千万”人才工程百层次人选。

目　　录

第1章什么是算法?
001 烹饪用的食谱就是算法
002 算法是古老的智慧
003 懂得了算法游戏水平会更高
004 算法必须满足“有效性”和“终止性”
005 算法有很多种类
COLUMN 算法的基础—结构化程序设计的思想
第2章变量和数组
006 数据是各种各样的信息
007 所有的数据都有类型
008 值是数值、文字等的具体表现
009 变量是放入值的箱子
010 变量通过“变量名”区别
011 赋值语句有给变量赋值的能力

第1章 什么是算法? 001 烹饪用的食谱就是算法 002 算法是古老的智慧 003 懂得了算法游戏水平会更高 004 算法必须满足“有效性”和“终止性” 005 算法有很多种类 COLUMN 算法的基础—结构化程序设计的思想 第2章 变量和数组 006 数据是各种各样的信息 007 所有的数据都有类型 008 值是数值、文字等的具体表现 009 变量是放入值的箱子 010 变量通过“变量名”区别 011 赋值语句有给变量赋值的能力 012 变量到变量的代入,是一个变量中的值被存储在另一个变量中 013 变量也有数据类型 014 连续排列的相同数据类型的元素集合称为数组 015 数组用“数组名”区分 016 数组的各元素用元素编号辨别 017 数组是有效存储相关联数据的储物柜 018 二维数组类似宾馆的房间 019 数组的各元素通过两个下标标识 020 字符串是字符数据的数组 021 字符串的字符长度由字符长度变量或“哨兵”管理 COLUMN 常用的变量名 第3章 数据结构 022 实现对大量数据进行高效管理——数据构造 023 数据结构有很多种 024 如同向上堆书一样的数据结构是栈 025 在收银台排队一样的数据结构是等待队列 026 用绳子把数据连起来的数据管理方式—链表 027 单向链表:从一端开始可以遍历所有数据 028 双向链表:从双向开始都可以遍历所有数据 029 查找第n个元素时数组比较快,链表比较慢 030 插入和删除数据时链表比较快,数组比较慢 031 环形缓冲:一旦到达末尾即返回到开头 032 二叉树:一个父结点两个子结点组成的结构 033 堆:父结点的值不得比子结点的值大的二叉树 034 哈希表:数组和链表组合的一种数据结构 035 图:结点和边连接的形式 COLUMN 从0开始还是从1开始? 第4章 基本的算法 036 执行循环操作求1~n的和 037 使用数组保存数列的值 038 用变量求数组元素值的和 039 用计数器求数组的有效元素数 040 根据数组的各元素和以及元素个数求数组的平均值 041 求数组元素的最大值要使用保存最大值的变量 042 使用变量保存最小值求数组的最小值 043 使用其他的数组存放数组元素的顺序 04 4 以秒为单位的时间大小的比较 045 求时间差时,将差再表示成时间形式 046 利用临时变量交换两个变量的值 047 用欧几里得相除法求2个数的最大公约数 COLUMN 代码和数据存在哪里? 第5章 排序和搜索 048 排序是指按照一定规则对元素对象进行排列摆放 049 多种多样的排序算法 050 把数据放于其他数组(桶)来进行排序的“桶排序” 051 从数值的低位开始依次重复桶排序的“基数排序” 052 选择最小值(最大值)与排好序的末位交换的“简单选择法” 053 相邻数据交换的“简单交换法”(冒泡排序) 054 在已排序数据的正确位置插入数据的“简单插入法” 055 把数据列按照一定间隔分组而进行排序的“希尔排序” 056 把多个排序结果的数列合在一起的“合并”(归并) 057 利用归并的算法进行排序的归并排序 058 通过与基准数据比较大小并把数列进行二分的“快速排序” 059 利用堆的构造进行排序的“堆排序” 060 搜索是从多个数据中找出目标数据 061 从首位元素开始逐个进行比较处理的“线性查找” 062 能够从排好序的数列中快速找出数据的“二分查找” 063 在给定字符串中查找指定字符串位置的“字符串查找” 064 从不一致字符的位置和局部字符串的结构提高查找效率的KMP法 065 从局部字符串的末尾到开头比较字符的BM法 COLUMN 利用关系数据库进行排序和查找 第6章 其他算法 066 通过活用微分来求高次方程式解的牛顿法 067 联合方程组的求解方法是高斯消元法 068 根据梯形面积的计算求定积分值的梯形法 069 用于求最短时间、最短距离之类的最优路径的方法:基于图的迪杰斯特拉法 070 判断自然数n是否是素数的“埃拉托色尼筛法” 071 利用递归调用求n的阶乘 COLUMN 算法和流程图 第7章 算法的复杂度 072 算法的复杂度中有时间复杂度和空间复杂度 073 时间复杂度通过“运算”、“条件比较”、“代入处理”等操作次数来测量 074 算法的复杂度用“O 记法”来表示 COLUMN 提高编程能力的方法 参考文献

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算法(Algorithm）是利用计算机解决问题的处理步骤。这里的

问题有. 求最大公约数. 重新排列信息的顺序. 查找所需信息

等不同的类型。在现代社会，这样的信息处理是通过计算机进行的，这种处理过程中的处理步骤称为算法。

如上所述，算法就是解决问题的步骤。仔细观察，我们可以注意

到算法不仅仅用于计算机的数据处理，现实世界中的各种问题也需要

结合算法的概念来解决，其中具有代表性的就是烹饪中用到的食谱。

食谱是各种美味料理的制作方法，需要用一定的步骤表示出来。例如，要做

? 咖喱鸡肉

? 猪肉炖土豆等菜品，食谱中记录着每道菜所需材料的种类和数量，并按步骤准确地描述了制作过程。按照这个步骤，谁都能够做出标准的咖喱鸡肉，并且，根据咖喱鸡肉的制作程序，任何人完成的一定是咖喱鸡肉，而不会成为盖浇饭或其他料理。这种“解决问题的处理步骤”（如咖喱鸡肉的烹饪食谱）称为算法。

算法(Algorithm）是利用计算机解决问题的处理步骤。这里的 
 问题有. 求最大公约数. 重新排列信息的顺序. 查找所需信息 
 等不同的类型。在现代社会，这样的信息处理是通过计算机进行的，这种处理过程中的处理步骤称为算法。 
 如上所述，算法就是解决问题的步骤。仔细观察，我们可以注意 
 到算法不仅仅用于计算机的数据处理，现实世界中的各种问题也需要 
 结合算法的概念来解决，其中具有代表性的就是烹饪中用到的食谱。 
 食谱是各种美味料理的制作方法，需要用一定的步骤表示出来。例如，要做 
 ? 咖喱鸡肉 
 ? 猪肉炖土豆等菜品，食谱中记录着每道菜所需材料的种类和数量，并按步骤准确地描述了制作过程。按照这个步骤，谁都能够做出标准的咖喱鸡肉，并且，根据咖喱鸡肉的制作程序，任何人完成的一定是咖喱鸡肉，而不会成为盖浇饭或其他料理。这种“解决问题的处理步骤”（如咖喱鸡肉的烹饪食谱）称为算法。 
 烹饪用的食谱虽然也可以说是算法，但是即使按照食谱上的步骤 
 做出来的料理也不一定是可口的。虽然与食谱上的步骤一致，但做出来 
 的菜大家也许认为并不好吃。如果这样，这个食谱将被当做“坏食谱”， 
 使用的人也会渐渐变少，自然就会被淘汰。 
 另一方面，能做出每个人都认为可口的食物的食谱，会被多个人反复利用，这样的食谱就会被认为“好食谱”。“好食谱”通过人们的努力，将进一步成为美味料理的食谱。因此，烹饪用的食谱是为了创造美味料理而日积月累下来的“古老的智慧”。 
 计算机的算法与其相似。自计算机问世以来，人们已研究出无数可以用计算机解决的处理问题的方法。在这种情况下，许多研究人员仍在改进算法，并研究有没有更普遍的处理方法，有没有更高效的处理方法，有没有数据量更少的处理方法。这样细化出来的好算法，已经在很多计算机程序中被使用了。所以，算法也是为创造更“优雅”的程序而积累的“古老的智慧”。 
 好的算法本身会成为程序设计的范本。学习算法也在编写一个良好程序的过程中起到指导作用。 
 为了更好地处理问题改进算法 
 学习算法的同时能提高自己的编程能力。一个好的算法是编写程序的模型，因为它能创造计算机程序，其中还包含了程序的精髓。这与游戏中的“棋谱”是一样的道理，游戏中掌握好策略的一方往往能获胜。 
 例如，“从画面上方开始追击敌方人物，并用移动炮台攻击敌人” 等早期在电视游戏中经常看到的“××式”或“××击”的战斗攻略，如果按照这样的方法操作，不需要花费很长时间，每次都能轻松击败敌人，这就是游戏攻略中的“棋谱”。	 
 “棋谱”是围棋术语，指“某种棋局下，最好的下棋步骤”，在日本象棋或国际象棋中称为“棋式”，英文为theory。下围棋时，如果懂得棋谱，就不需要每次考虑“寻找最好的一步棋”，按照棋谱就可以走出最好的几步棋。棋谱是先人们智慧的结果，因此掌握多种棋谱的人更容易在对弈中获得胜利。熟练掌握棋谱的人与不懂棋谱的人对弈谁会获胜，显而易见。 
 计算机算法有同样的道理。学过算法的人写出的程序和没学过算 
 法的人写出的程序有明显的差距。要写出既能正确执行又能提高效率 
 的好程序，算法的学习是不可或缺的。

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