算法零基礎一本通(Python版)

洪錦魁

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商品描述

《算法零基礎一本通(Python版)》使用 Python 指導讀者從零開始學習算法 :由基礎數據結構開始,逐步解說信息安全算法,最後也講解了人工智能入門領域的 KNN 和 K-means 算法。《算法零基礎一本通(Python版)》包含約 120 個程序實例,使用約 600 張完整圖例,深入講解了 7 種數據結構和數十種算法,此外也針對國內外著名公司招聘程序員的算法考題做了講解。《算法零基礎一本通(Python版)》實用性強、案例豐富,適合有一定 Python 基礎的讀者使用,也可作為大中專院校及培訓機構的參考教材。

目錄大綱

目 錄 

第 1 章 算法基本概念 

1-1 電腦的算法................................2 

1-2 不好的算法與好的算法...................3 

1-2-1 不好的算法 ....................................... 3 

1-2-2 好的算法 ........................................... 7 

1-3 程序執行的時間測量方法 :時間 

   復雜度.........................................8 

1-3-1 基本概念 ........................................ 8 

1-3-2 時間測量復雜度 ............................... 9 

1-4 內存的使用 :空間復雜度..............12 

1-4-1 基本概念 ......................................... 12 

1-4-2 常見的空間復雜度計算 ................. 14 

1-5 數據結構....................................16 

1-6 習題..........................................16 

第 2 章 數組 

2-1 基本概念....................................20 

2-2 使用索引存取數組內容.................20 

2-3 新數據插入數組...........................20 

2-3-1 假設當下有足夠的連續內存 

    空間 ................................................ 21 

2-3-2 假設當下沒有足夠的連續內存 

    空間 ................................................ 22 

2-4 刪除數組元素..............................22 

2-5 思考數組的優缺點........................23 

2-6 與數組有關的 Python 程序...........24 

2-6-1 建立數組 ......................................... 25 

2-6-2 存取數組內容 ................................. 25 

2-6-3 將數據插入數組 ............................. 26 

2-6-4 刪除數組元素 ................................. 27 

2-6-5 搜尋數組元素 ................................. 28 

2-6-6 更新數組內容 ................................. 28 

2-6-7 Numpy ............................................. 28 

2-7 習題..........................................29 

第 3 章 鏈表 

3-1 鏈表數據形式與內存概念..............32 

3-2 鏈表的數據讀取...........................32 

3-3 新數據插入鏈表...........................33 

3-4 刪除鏈表的節點元素....................34 

3-5 循環鏈表 (circle linked list)..........34 

3-6 雙向鏈表....................................34 

3-7 數組與鏈表基本操作的時間復雜度 

   比較..........................................34 

3-8 與鏈表有關的 Python 程序...........35 

3-8-1 建立鏈表 ......................................... 35 

3-8-2 建立鏈表類別和遍歷此鏈表 .......... 36 

3-8-3 在鏈表第一個節點前插入一個 

    新的節點......................................... 37 

3-8-4 在鏈表末端插入新的節點 .............. 39 

3-8-5 在鏈表中間插入新的節點 .............. 40 

3-8-6 在鏈表中刪除指定內容的節點 ...... 42 

3-8-7 建立循環鏈表 ................................. 43 

3-8-8 雙向鏈表 ......................................... 44 

3-9 習題..........................................47 

第 4 章 隊列 

4-1 數據插入 enqueue......................50 

4-2 數據讀取 dequeue......................51 

4-3 使用列表模仿隊列的操作..............51 

4-4 與隊列有關的 Python 模塊...........53 

4-5 習題..........................................54 

第 5 章 棧 

5-1 數據推入 push............................56 

5-2 數據取出 pop..............................57 

5-3 Python 中棧的應用......................58 

5-3-1 使用列表 (list) 模擬棧操作 ............ 58 

5-3-2 自行建立 stack 類別執行相關 

    操作 ................................................ 59 

5-4 函數調用與棧運作?.......................61

5-5 遞歸調用與棧運作?.......................62

5-6 習題?.........................................66

第 6 章?二叉樹

6-1 建立二叉樹?................................68

6-2 刪除二叉樹的節點?.......................70

6-3 搜尋二叉樹的數據?.......................72

6-4 更進一步認識二叉樹?...................74

6-5 內存存儲二叉樹的方法?................75

6-6 Python 中二叉樹的運用?..............77

6-6-1 使用數組建立二叉樹 .....................77

6-6-2 鏈表方式建立二叉樹的根節點 ......79

6-6-3 使用鏈表建立二叉樹 .....................80

6-6-4 遍歷二叉樹使用中序 (inorder)

   打印 ................................................80

6-6-5 遍歷二叉樹使用前序 (preorder)

   打印 ................................................85

6-6-6 遍歷二叉樹使用後序 (postorder)

   打印 ................................................89

6-6-7 二叉樹節點的搜尋 .........................94

6-6-8 二叉樹節點的刪除 .........................96

6-6-9 二叉樹的應用與工作效率 ..............98

6-7 習題?.........................................98

第 7 章?堆積樹

7-1 建立堆積樹?..............................102

7-2 插入數據到堆積樹?.....................103

7-3 取出最小堆積樹的值?.................105

7-4 最小堆積樹與數組?.....................106

7-5 Python 內建堆積樹模塊 heapq?..107

7-5-1 建立二叉堆積樹 heapify( ) ...........107

7-5-2 推入元素到堆積 heappush( ) ........ 108

7-5-3 從堆積取出和刪除元素

   heappop( ) ..................................... 109

7-5-4 推入和取出 heappushpop( ) .......... 110

7-5-5 傳回最大或是最小的 n 個元素 .... 110

7-5-6 取出堆積的最小值和插入新元素 .111

7-5-7 堆積的元素是元組 (tuple) .............111

7-5-8 二叉堆積樹排序的應用 ............... 112

7-6 Python 硬功夫 :自己建立

  ???堆積樹?....................................113

7-6-1 自己建立堆積樹 ........................... 113

7-6-2 自己建立方法取出堆積樹的

   最小值 .......................................... 114

7-6-3 插入節點 ....................................... 115

7-7 習題?.......................................115

第 8 章?哈希表

8-1 基本概念?.................................118

8-2 哈希表轉成數組?........................119

8-2-1 哈希表寫入 ................................... 119

8-2-2 哈希碰撞與鏈結法 ....................... 121

8-2-3 哈希碰撞與開放尋址法 ............... 122

8-3 搜尋哈希表?..............................122

8-4 哈希表的規模與擴充?.................124

8-5 好的哈希表與不好的哈希表?........125

8-6 哈希表效能分析?........................126

8-7 Python 程序應用?......................126

8-7-1 Python 建立哈希表 ....................... 127

8-7-2 建立電話號碼簿 ........................... 127

8-7-3 避免數據重復 ............................... 128

8-8 認識哈希表模塊 hashlib?............129

8-8-1 使用 md5( ) 方法計算中文 / 英文

   數據的哈希值 ............................... 130

8-8-2 計算文件的哈希值 ....................... 131

8-8-3 使用 sha1( ) 方法計算哈希值 ....... 132

8-8-4 認識此平臺可以使用的哈希

   算法 .............................................. 132

8-8-5 認識跨平臺可以使用的哈希

   算法 .............................................. 133

8-9 習題?.......................................133

第 9 章?排序

9-1 排序的概念與應用?.....................136

9-2 泡沫排序法 (bubble?sort)?..........137

9-2-1 圖解泡沫排序算法 .................... 137

9-2-2 Python 程序實例 ........................... 140

9-3 雞尾酒排序 (cocktail?sort)?.........142

9-3-1 圖解雞尾酒排序算法 ................... 142

9-3-2 Python 程序實例 ........................... 144

9-4 選擇排序 (selection?sort)?..........145

9-4-1 圖解選擇排序算法 ....................... 145

9-4-2 Python 程序實例 ........................... 147

9-4-3 選擇排序的應用 ........................... 148

9-5 插入排序 (insertion?sort)?..........149

9-5-1 圖解插入排序算法 ....................... 149

9-5-2 插入排序與玩撲克牌 ................... 151

9-5-3 Python 程序實例 ........................... 151

9-6 堆積樹排序 (heap?sort).............152

9-6-1 圖解堆積樹排序算法 ................... 152

9-6-2 Python 程序實例 ........................... 154

9-7 快速排序 (quick?sort)?...............157

9-7-1 圖解快速排序算法 ....................... 157

9-7-2 Python 程序實例 ........................... 159

9-8 合並排序 (merge?sort)?.............159

9-8-1 圖解合並排序算法 ....................... 159

9-8-2 Python 程序實例 ........................... 163

9-9 習題?.......................................164

第 10 章?數據搜尋

10-1 順序搜尋法

   (sequential?search)?..............168

10-1-1 圖解順序搜尋算法 ..................... 168

10-1-2 Python 程序實例 ......................... 168

10-2 二分搜尋法 (binary?search)?....169

10-2-1 圖解二分搜尋法 ......................... 169

10-2-2 Python 程序實例 ......................... 170

10-3 搜尋最大值算法?......................171

10-4 習題?.....................................171

第 11 章?棧、回溯算法與迷宮

11-1 走迷宮與回溯算法?...................174

11-2 迷宮設計棧扮演的角色?............177

11-3 Python 程序走迷宮?.................177

11-4 習題?.....................................180

第 12 章?從遞歸看經典算法

12-1 斐波那契 (Fibonacci) 數列?......184

12-2 河內塔算法?............................185

12-2-1 瞭解河內塔問題 ......................... 185

12-2-2 手動實踐河內塔問題 ................. 187

12-2-3 Python 程序實踐河內塔問題 ..... 191

12-3 八皇後算法?............................193

12-3-1 瞭解八皇後的題目 ..................... 193

12-3-2 回溯算法與八皇後 ..................... 194

12-3-3 遞歸的解法 ................................. 196

12-4 分形與 VLSI 設計算法?.............197

12-4-1 算法基本概念 ............................. 197

12-4-2 Python 程序實例 ......................... 199

12-5 習題......................................200

第 13 章?圖形理論

13-1 圖形的基本概念?......................206

13-1-1 基本概念 ..................................... 206

13-1-2 生活實例的概念擴展 ................. 206

13-1-3 加權圖形 (weighted graph) ......... 207

13-1-4 有向圖形 (directed graph) ........... 208

13-1-5 有向無環圖 (directed acycle

   graph) .......................................... 209

13-1-6 拓撲排序 (topological sort) ......... 209

13-2 廣度優先搜尋算法概念解說?......209

13-2-1 廣度優先搜尋算法理論 ........... 209

13-2-2 生活實務解說 ............................. 212

13-2-3 最短路徑 ..................................... 215

13-3 Python 實踐廣度優先搜尋算法?...215

13-3-1 好用的 collections 模塊的

   deque() ........................................ 215

13-3-2 廣度優先搜尋算法實例.............. 217

13-3-3 廣度優先算法拜訪所有節點 ...... 219

13-3-4 走迷宮 ......................................... 222

13-4 深度優先搜尋算法概念解說?......224

13-4-1 深度優先搜尋算法理論 ........... 224

13-4-2 深度優先搜尋算法實例 ............ 229

13-5 習題?.....................................231

第 14 章?圖形理論之最短路徑算法

14-1 戴克斯特拉 (Dijkstra’s) 算法?....234

14-1-1 最短路徑與最快路徑問題 .......... 234

14-1-2 戴克斯特拉算法 ......................... 234

14-1-3 Python 程序實例 ......................... 237

14-2 貝爾曼 - 福特 (Bellman-Ford)

????算法?.....................................238

14-3 A* 算法?.................................241

14-4 習題?.....................................244

第 15 章?貪婪算法

15-1 選課分析?...............................248

15-1-1 問題分析 .................................. 248

15-1-2 算法分析 ..................................... 249

15-1-3 Python 程序實例 ......................... 250

15-2 背包問題 :貪婪算法不是

   最完美的結果?.........................251

15-2-1 問題分析 .................................. 251

15-2-2 算法分析 ..................................... 251

15-2-3 Python 實例 ................................ 251

15-3 電台選擇?...............................253

15-3-1 問題分析 .................................. 253

15-3-2 算法分析 ..................................... 253

15-3-3 Python 實例 ................................ 258

15-4 業務員旅行?............................259

15-4-1 問題分析 ..................................... 259

15-4-2 算法分析 ..................................... 260

15-5 習題?.....................................266

第 16 章?動態規劃算法

16-1 再談背包問題 :動態規劃算法?...270

16-1-1 簡單同時正確的算法但是耗時 ... 270

16-1-2 動態規劃算法 ............................. 272

16-1-3 動態算法延伸探討 ..................... 275

16-1-4 存放順序也不影響結果..............276

16-1-5 Python 程序實例 ......................... 276

16-2 旅游行程的安排?......................277

16-2-1 旅游行程概念 ........................... 277

16-2-2 Python 程序實例 ......................... 277

16-3 習題?.....................................278

第 17 章?數據加密到信息安全算法

17-1 數據安全與數據加密?................282

17-1-1 認識數據安全的專有名詞 .......... 282

17-1-2 加密 ............................................. 283

17-2 摩斯密碼 (Morse?code)?..........284

17-3 凱撒密碼?...............................285

17-4 再談文件加密技術?...................287

17-5 全天下只有你可以解的加密程序

????( 你也可能無法解 )?..................288

17-6 哈希函數與 SHA 家族?.............290

17-6-1 再談哈希函數 ............................. 290

17-6-2 MD5(Message-Digest

Algorithm) ................................... 291

17-6-3 SHA 家族 ....................................292

17-7 密鑰密碼?...............................295

17-7-1 對稱密鑰密碼 ............................. 295

17-7-2 公鑰密碼 ..................................... 297

17-8 訊息鑒別碼 (message

?????authentication?code)?.............302

17-9 數字簽名 (digital?signature)?....304

17-10 數字證書 (digital?certificate)?..306

17-11?習題?....................................309

第 18 章?人工智能破冰之旅 :KNN 和

K-means 算法

18-1 KNN 算法 : 電影分類?..............312

18-1-1 規劃特徵值 ................................. 312

18-1-2 將 KNN 算法應用在電影分類 ... 312

18-1-3 項目程序實例 ............................. 313

18-1-4 電影分類結論 ............................. 314

18-2 KNN 算法 :選舉造勢與銷售

?????烤香腸?..................................314

18-2-1 規劃特徵值表 ............................. 314

18-2-2 回歸方法 ..................................... 314

18-2-3 項目程序實例 ............................. 315

18-3 K-means 算法?......................316

18-3-1 算法基礎 ..................................... 316

18-3-2 程序實例 ..................................... 317

18-4 習題?.....................................322

第 19 章?常見職場面試算法

19-1 質數測試?...............................326

19-2 迴文算法?...............................327

19-3 歐幾里得算法?.........................328

19-3-1 土地區塊劃分 ............................. 328

19-3-2 最大公約數 (greatest common

divisor) ........................................ 328

19-3-3 輾轉相除法 ................................. 329

19-3-4 遞歸式函數設計處理歐幾里得

算法 ............................................ 330

19-4 最小公倍數 (least?common

????multiple)?...............................330

19-5 雞兔同籠問題?.........................330

19-6 挖金礦問題?............................332

19-7 習題?.....................................333