計算機程序設計藝術 捲3 排序與查找（第2版） pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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高德納（Donald，E.，Knuth） 著，賈洪峰 譯

圖書標籤:

• 計算機科學
• 算法
• 排序
• 查找
• 數據結構
• 編程
• 經典
• 計算機程序設計藝術
• Donald Knuth
• 第2版

齣版社： 人民郵電齣版社

ISBN：9787115360656

版次：1

商品編碼：12139096

包裝：精裝

叢書名： 圖靈計算機科學叢書

開本：16開

齣版時間：2017-02-01

用紙：膠版紙

頁數：618

正文語種：中文

編輯推薦

“計算機科學既壯觀又幽美，我嘗試盡自己所能，以十分恰當的方式來解釋我所瞭解的某些片斷。很顯然，我自己並沒有任何超自然能力，但的確很喜歡講述那些似乎靜靜地等待著人們去講齣來的故事。寫書跟講故事十分類似。”
——圖靈訪談之專訪Donald E. Knuth

《計算機程序設計藝術》係列著作被公認為是對經典計算機科學的經典論述，曾在1999年被《美國科學傢》期刊評選為20世紀相當重要的12部學術專著之一。這一宏偉浩大的工程始於1962年，計劃齣版7捲，目前已經齣版瞭4捲。數十年來，這本書一直是廣大學生、研究人員和業內人士學習程序設計理論和實踐的無價之寶，書中各處無不體現著作者淵博的學識、嚴謹的治學態度，以及深刻的洞察力。該套書自齣版以來，廣受眾多科學傢的贊許，並對無數讀者産生瞭極其深遠的影響。

《計算機程序設計藝術》堪稱計算機科學領域的瑰寶。從事研究的人驚艷於其精美優雅的分析，而普通程序員則一直在卓有成效地利用書中提供的各種方案解決日常問題。這些書展現瞭作者的博觀、清晰和幽默，所有的人都欽佩不已。高德納是算法和程序設計領域的先驅者，對計算機科學發展史也有著深入的研究，書中在介紹眾多理論的同時，也給齣瞭相關的曆史和發展曆程，成為本書的一大特色。

內容簡介

《計算機程序設計藝術》係列被公認為計算機科學領域的經典之作，深入闡述瞭程序設計理論，對計算機領域的發展有著極為深遠的影響。本書為該係列的第3捲，全麵講述瞭排序和查找算法。書中擴展瞭捲1中數據結構的處理方法，並對各種算法的效率進行瞭大量的分析。

作者簡介

高德納（Donald E. Knuth）知名計算機科學傢，算法與程序設計技術的先驅者、斯坦福大學計算機係榮休教授、計算機排版係統TEX和METAFONT字體係統的發明人，因諸多成就以及大量富於創造力和具有深遠影響的著作（19部書，160篇論文）而譽滿全球。近些年，他將精力全部投入到《計算機程序設計藝術》七捲集的史詩般創作中。Knuth教授獲得過許多奬項和榮譽，包括美國計算機協會圖靈奬、美國國傢科學奬章、美國數學學會的斯蒂爾奬，以及因發明先進技術於1996年榮獲的京都奬。1996年，設立瞭以其名字命名的Donald E. Knuth奬，授予那些為計算機科學基礎做齣傑齣貢獻的人。

目錄

第5 章排序． ． ． ． ． ． ． ． ． 1
*5．1　排序的組閤性質． ． ． 　8
*5．1．1　反序． ． ． ． ． ． ． 　8
*5．1．2　多重集的排列． ． ． 　16
*5．1．3　遊程． ． ． ． ． ．． ．　36
5．2　內部排序． ． ． ． ． ． ．　56
5．2．1　插入排序． ． ． ． ． ．　61
5．2．2　交換排序． ． ． ． ． ．　81
5．2．3　選擇排序． ． ． ． ． ．　107
5．2．4　閤並排序． ． ． ． ． ．　123
5．2．5　分布排序． ． ． ． ． ．　131
5．3　最優排序． ． ． ． ． ． ．　140
5．3．1　比較次數最少的排序．　140
*5．3．2　比較次數最少的閤並． 153
*5．3．3　比較次數最少的選擇． 161
*5．3．4　排序網絡． ． ． ．． ．　171
5．4　外部排序． ． ． ． ． ． ．　194
5．4．1　多路閤並和替代選擇．　197
*5．4．2　多階段閤並． ． ． ． 　208
*5．4．3　級聯閤並． ． ． ． ． 　226
*5．4．4　反嚮讀取磁帶． ． ． 　235
*5．4．5　振蕩排序． ． ． ． ． 　245
*5．4．6　磁帶閤並的實踐考慮． 250
*5．4．7　外部基數排序． ． ． ． 269
*5．4．8　雙磁帶排序． ． ． ． 273
*5．4．9　磁盤與磁鼓． ． ． ． 　279
5．5　小結、曆史與文獻． ． ．　297
第6　章查找． ． ． ． ． ． ． ．　306
6．1　順序查找． ． ． ． ． ． ． 308
6．2　通過鍵的比較進行查找． ．318
6．2．1　查找有序錶． ． ． ． ． 318
6．2．2　二叉樹查找． ． ． ． ．　332
6．2．3　平衡樹． ． ． ． ． ． ．　358
6．2．4　多路樹． ． ． ． ． ． ．　376
6．3　數字查找． ． ． ． ． ． ．　385
6．4　散列． ． ． ． ． ． ． ． ． ．402
6．5　輔助鍵的查找． ． ． ． ． ．437

《計算機程序設計藝術》捲三：排序與查找（第二版） 引言 在計算機科學的浩瀚星空中，數據結構的組織與操作構成瞭算法設計的基石。而排序與查找，作為數據處理領域中最核心、最普遍的兩大技術，其重要性不言而喻。它們不僅是無數應用程序的基礎，更是衡量一個程序效率的關鍵指標。本書，作為“計算機程序設計藝術”係列的第三捲，深入探討瞭排序與查找的理論、算法及其在實際應用中的諸多細節，旨在為讀者構建一個清晰、係統且深刻的理解框架。 本捲並非對現有排序與查找算法的簡單羅列，而是從基礎原理齣發，循序漸進地剖析各種方法的內在邏輯，並著重於其性能分析、優化策略以及在不同場景下的適用性。通過對經典算法的細緻講解，以及對現代優化技術的探討，本書力求展現排序與查找的藝術性，以及其在解決復雜計算問題中的強大力量。 第一部分：排序的基石——理解核心概念與基礎算法 本部分將帶領讀者迴到排序的本質，從最基本的比較排序開始，深入理解其工作原理。 排序的定義與目標： 首先，我們會明確排序的定義，即按照特定規則重新排列一組數據，使其滿足單調遞增或遞減的順序。接著，我們將探討排序的目標，例如數據的有序性、可搜索性、以及對後續處理的便利性。 比較排序模型： 大部分排序算法都依賴於對數據項之間的比較操作。我們將詳細介紹比較排序模型，分析其理論下界——O(n log n)的復雜度，並解釋為何許多高效的排序算法都逼近這個界限。 插入排序 (Insertion Sort)： 作為最直觀的排序算法之一，插入排序的原理是將待排序的元素逐個插入到已排序序列的適當位置。我們會分析其在近乎有序數組上的高效率，以及其在小規模數據或在綫排序場景下的實用性。 選擇排序 (Selection Sort)： 選擇排序的核心思想是不斷地從未排序的部分選擇最小（或最大）的元素，並將其放到已排序部分的末尾。我們將探討其簡單性、對交換次數的最小化，以及其在某些特定硬件環境下的優勢。 冒泡排序 (Bubble Sort)： 冒泡排序通過重復地遍曆待排序的列錶，一次比較兩個元素並交換順序，直到整個列錶排序完成。我們將分析其“冒泡”過程的直觀性，同時也指齣其在大規模數據集上的低效率。 希爾排序 (Shell Sort)： 希爾排序是插入排序的一種改進，它通過對數組進行分組，並對不同組的元素進行插入排序，逐漸減小分組間隔，直到最後進行一次全局的插入排序。我們將深入研究不同間隔序列對希爾排序性能的影響，以及其相對於簡單插入排序的性能提升。 第二部分：追求高效——高級排序算法的探索 在掌握瞭基礎排序算法後，本部分將著重介紹那些能夠突破 O(n^2) 復雜度限製的高級排序算法。 快速排序 (Quick Sort)： 快速排序是一種基於分治思想的高效排序算法。它的核心在於“分區”操作，選擇一個“基準”元素，將數組分為兩部分，一部分所有元素小於基準，另一部分所有元素大於基準，然後遞歸地對這兩部分進行排序。我們將詳細講解各種分區方案（如Hoare方案、Lomuto方案），分析其平均情況下的O(n log n)性能，並探討最壞情況下的退化問題及其解決方法（如隨機化選擇基準）。 歸並排序 (Merge Sort)： 歸並排序也是一種基於分治思想的算法，它將數組遞歸地分成兩半，分彆進行排序，然後將兩個已排序的子數組閤並成一個有序數組。我們將分析歸並排序的穩定性，其穩定的O(n log n)時間復雜度，以及其空間復雜度方麵的考量。 堆排序 (Heap Sort)： 堆排序利用瞭“堆”這一數據結構。首先構建一個最大堆（或最小堆），然後將堆頂元素（最大或最小）與堆的最後一個元素交換，並重新調整堆，重復此過程直到堆為空。我們將深入講解堆的構建（heapify）和調整過程，分析堆排序的O(n log n)時間復雜度，以及其原地排序的特性。 計數排序 (Counting Sort)： 計數排序是一種非比較排序算法，它適用於數據範圍有限且整數類型的數據。其原理是統計每個元素齣現的次數，然後根據統計結果直接確定每個元素在排序後的位置。我們將分析計數排序的綫性時間復雜度 O(n+k)（其中k是數據範圍），並探討其空間需求。 桶排序 (Bucket Sort)： 桶排序也是一種非比較排序算法，它將待排序的數據分散到有限數量的桶中，然後對每個桶中的數據進行排序（通常使用插入排序或遞歸調用桶排序），最後按順序連接所有桶中的元素。我們將分析桶排序的效率，以及其對輸入數據分布的依賴性。 基數排序 (Radix Sort)： 基數排序是一種非比較排序算法，它按照元素的每一位（或每一組位）進行排序，通常采用LSD（Least Significant Digit）或MSD（Most Significant Digit）的策略。我們將深入講解基數排序的工作流程，分析其在特定數據類型上的高效性，以及其與計數排序和桶排序的聯係。 第三部分：查找的藝術——高效檢索數據的奧秘 排序與查找是相輔相成的，在數據有序的情況下，查找的效率將得到極大的提升。本部分將聚焦於各種查找算法，並深入分析其性能。 查找的定義與目標： 首先，我們將明確查找的定義，即在數據集中尋找滿足特定條件的元素。接著，我們將探討查找的目標，例如查找元素的索引、判斷元素是否存在、以及獲取與元素相關聯的信息。 順序查找 (Sequential Search)： 作為最簡單直接的查找方法，順序查找從列錶的第一個元素開始，逐個進行比較，直到找到目標元素或遍曆完整個列錶。我們將分析其在無序數據上的O(n)時間復雜度。 二分查找 (Binary Search)： 二分查找是一種基於分治思想的高效查找算法，它要求數據必須是有序的。其原理是不斷地將搜索區間減半，直到找到目標元素或搜索區間為空。我們將詳細講解二分查找的實現細節，分析其O(log n)的時間復雜度，並探討其在各種數據結構（如數組、鏈錶）上的實現差異。 插值查找 (Interpolation Search)： 插值查找是二分查找的一種改進，它根據待查找關鍵字在查找範圍內的比例來估算關鍵字的位置，從而更快速地縮小搜索範圍。我們將分析插值查找的性能，以及其對數據分布的敏感性。 斐波那契查找 (Fibonacci Search)： 斐波那契查找也是一種基於分治思想的查找算法，它利用斐波那契數列來確定查找的分割點。我們將介紹斐波那契數列與查找的結閤方式，並分析其在某些特定場景下的優勢。 第四部分：實踐中的挑戰與優化 本部分將超越理論，探討在實際應用中排序與查找所麵臨的挑戰，以及針對這些挑戰的優化策略。 算法的穩定性： 我們將詳細解釋排序算法的穩定性概念，即相等元素的相對順序在排序後是否保持不變，並探討哪些算法是穩定的，哪些不是，以及穩定性在實際應用中的重要性。 空間復雜度分析： 除瞭時間復雜度，空間復雜度也是評估算法效率的重要維度。我們將分析各種算法所需的額外存儲空間，並討論原地排序（in-place sorting）的意義。 外部排序 (External Sorting)： 對於無法一次性載入內存的大規模數據集，我們需要使用外部排序算法。我們將介紹多路歸並等外部排序的基本思想和實現策略。 查找結構： 除瞭數組，其他數據結構（如二叉搜索樹、哈希錶）也提供瞭高效的查找機製。我們將簡要介紹這些數據結構，並將其與數組上的查找算法進行對比。 並行排序與查找： 在多核處理器日益普及的今天，如何利用並行計算來加速排序與查找是一個重要課題。我們將探討並行排序算法的基本思想。 實際應用案例分析： 通過分析數據庫索引、文件係統排序、搜索引-擎檢索等實際應用場景，我們將展示排序與查找算法如何在現實世界中發揮關鍵作用。 結論 《計算機程序設計藝術》捲三：排序與查找（第二版）力求為讀者提供一個全麵、深入且富有啓發性的學習體驗。通過對各種排序與查找算法的細緻剖析，以及對它們內在聯係和實際應用的探討，本書旨在幫助讀者掌握這些 fundamental 的計算機科學概念，並能靈活運用它們來解決實際問題，最終提升程序的效率和質量。理解並掌握排序與查找的藝術，將為每一位有誌於深入探索計算機科學領域的學習者奠定堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，這本書的風格非常“硬核”。如果你是初學者，可能需要一定的耐心和基礎知識纔能完全消化。它不會給你提供那種“拿來就用”的便捷，而是要求你深入思考，去理解每一個算法背後的數學原理和邏輯推理。我記得有一次，我花瞭整整一個下午的時間，去理解書中關於快速排序的某個優化技巧，那種感覺就像是在鑽研一道復雜的數學難題。但是，正是這種挑戰，纔讓我體會到瞭攻剋難關的樂趣。當你最終理解瞭那個精妙的優化，並看到它帶來的性能提升時，那種成就感是無與倫比的。這本書就像一位嚴厲但循循善誘的老師，它不斷地挑戰你的極限，但也讓你在挑戰中不斷成長。它不講廢話，隻講乾貨，每一次閱讀，都像是進行一次頭腦的風暴，讓我受益匪淺。

評分☆☆☆☆☆

這本《計算機程序設計藝術 捲3 排序與查找（第2版）》實在是太厚實瞭！封麵那個熟悉的沉甸甸的感覺，就已經預示著這是一部不容小覷的鴻篇巨製。我拿到它的時候，簡直就像抱住瞭一塊寶藏。第一眼掃過目錄，各種排序算法的名字就映入眼簾，冒泡、插入、選擇、希爾……這些我曾經在各種教材上瞥過的名字，在這裏仿佛被賦予瞭生命，準備一一揭開它們神秘的麵紗。更不用說那些更高級的，比如堆排序、歸並排序、快速排序，光是聽名字就覺得充滿力量感。而查找的部分，綫性查找、二分查找，這些基礎的已經足以讓人腦洞大開，更何況還有那些我還沒怎麼接觸過的，比如散列查找，感覺自己即將踏上一段探索信息組織和檢索的奇妙旅程。這本書的齣版，感覺就像在計算機科學這個浩瀚的海洋中，為我點亮瞭一盞指引方嚮的明燈。我迫不及待地想翻開每一頁，去理解那些精妙的邏輯，去感受算法的優雅，去解鎖數據處理的無限可能。我已經準備好，迎接一場思想的盛宴，一場對計算本質的深度挖掘。

評分☆☆☆☆☆

不得不說，這本書的內容真是包羅萬象，讓人應接不暇。剛開始接觸的時候，我完全被它那種嚴謹到極緻的論述方式所吸引。每一段文字，都像是在精心搭建一座邏輯的殿堂，每一個公式，都像是構建這座殿堂的基石。它不像那些輕鬆易讀的入門書籍，而是更像一個資深的老師傅，手把手地教你最紮實的技藝。我感覺自己不是在“學”算法，而是被它深深地“浸入”瞭算法的世界。那些對算法的時間復雜度和空間復雜度的分析，簡直是令人嘆為觀止。它不僅僅告訴你怎麼實現一個排序，更重要的是告訴你為什麼這樣實現，它有什麼優點和缺點，在什麼情況下錶現最優。這種深度的剖析，讓我對每一個算法都有瞭前所未有的認知。而且，它的例子也非常豐富，各種僞代碼的展示，讓我能夠清晰地理解算法的執行過程。我常常捧著這本書，一會兒對比這個算法，一會兒又研究那個算法，感覺大腦被不斷地激活，思維也在不斷的擴展。

評分☆☆☆☆☆

拿到這本書後，我最直觀的感受就是它的“係統性”。它不僅僅羅列瞭各種排序和查找算法，更重要的是，它將這些算法置於一個更大的框架之下進行闡述。從基礎的比較排序，到非比較排序，再到各種查找策略，以及它們之間的聯係和區彆，都被梳理得井井有條。我感覺自己就像是在學習一門完整的學科，而不是零散的知識點。它讓我理解瞭為什麼會有這麼多種類的排序算法，它們各自的優勢和劣勢是什麼，以及在不同的場景下如何進行取捨。這種係統化的學習方式，讓我對計算機科學中數據結構和算法的核心概念有瞭更紮實的掌握。我不再是被動地接受信息，而是能夠主動地去構建和理解知識體係。這本書的齣現，讓我在學習過程中少走瞭很多彎路，也讓我對未來的學習方嚮更加清晰。

評分☆☆☆☆☆

這本書的價值，遠不止於理論的陳述。我發現它在實踐層麵給我的啓發也同樣巨大。當你真正去嘗試理解那些精密的算法，並試圖將其應用於實際問題時，纔會深刻體會到這本書的精髓。比如，書中對不同排序算法在各種數據分布下的性能分析，讓我對“沒有銀彈”這句話有瞭更深刻的理解。它教會我如何在實際的編程場景中，根據數據的特點來選擇最閤適的排序或查找算法，從而優化程序的效率。我曾經在工作中遇到一個查找效率低下的問題，翻閱這本書後，找到瞭散列查找的思路，並根據書中的提示進行瞭一些調整，最終大大提升瞭係統的響應速度。這種從理論到實踐的無縫連接，是這本書最讓我感到驚喜的地方。它不僅僅是一本技術手冊，更像是一個經驗豐富的顧問，能在我遇到瓶頸時，提供寶貴的解決方案和指導。

評分☆☆☆☆☆

很不錯的書，就看能不能啃下來瞭

評分☆☆☆☆☆

這個書必須擁有啊。為什麼京東活動從來沒有他。

評分☆☆☆☆☆

這是一部包含一切基礎算法的寶典，是它教給瞭這一代軟件開發人員關於計算機程序設計的絕大多數知識。

評分☆☆☆☆☆

算法經典書籍

評分☆☆☆☆☆

是想要的圖書，先讀來看看。

評分☆☆☆☆☆

不錯不錯不錯

評分☆☆☆☆☆

終於收集齊一套瞭，可以召喚神龍瞭！

評分☆☆☆☆☆

想買很久，618果斷下單，3券，有得看瞭！

評分☆☆☆☆☆

看不懂啊看不懂