算法导论概述

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算法导论概述

《算法导论》(Introduction to Algorithms)是算法领域的经典教材,由 Thomas H. Cormen、Charles E. Leiserson、Ronald L. Rivest 和 Clifford Stein 合著(简称 CLRS)。以下是其 第三版 的目录大纲整理(中英文对照),供学习参考:


第一部分 基础知识(Foundations)

  1. 算法在计算中的作用

(The Role of Algorithms in Computing)

  1. 算法基础

(Getting Started)

  • 插入排序、分治法、渐进符号(如 O(n))。
  1. 函数的增长

(Growth of Functions)

  • 大O、Ω、Θ符号及其数学定义。
  1. 分治法

(Divide and Conquer)

  • 递归式求解(主定理)、最大子数组问题。
  1. 概率分析和随机算法

(Probabilistic Analysis and Randomized Algorithms)

  • 随机化快速排序、雇佣问题。

第二部分 排序和顺序统计量(Sorting and Order Statistics)

  1. 堆排序

(Heapsort)

  • 堆结构、优先队列。
  1. 快速排序

(Quicksort)

  • 分治策略、随机化版本分析。
  1. 线性时间排序

(Sorting in Linear Time)

  • 计数排序、基数排序、桶排序。
  1. 中位数和顺序统计量

(Medians and Order Statistics)

  • 最小/最大值、期望线性时间选择算法。

第三部分 数据结构(Data Structures)

  1. 基本数据结构

    (Elementary Data Structures)

    • 栈、队列、链表、指针实现。
  2. 散列表

    (Hash Tables)

    • 直接寻址、开放寻址、完全散列。
  3. 二叉搜索树

    (Binary Search Trees)

    • 插入、删除、遍历。
  4. 红黑树

    (Red-Black Trees)

    • 平衡树的性质与操作。
  5. 扩充数据结构

    (Augmenting Data Structures)

    • 区间树、动态顺序统计树。

第四部分 高级设计和分析技术(Advanced Design and Analysis Techniques)

  1. 动态规划

    (Dynamic Programming)

    • 矩阵链乘法、最长公共子序列。
  2. 贪心算法

    (Greedy Algorithms)

    • 活动选择、霍夫曼编码。
  3. 摊还分析

    (Amortized Analysis)

    • 聚合分析、势能法、动态表。

第五部分 高级数据结构(Advanced Data Structures)

  1. B树

    (B-Trees)

    • 磁盘存储优化结构。
  2. 斐波那契堆

    (Fibonacci Heaps)

    • 高效合并的优先队列。
  3. van Emde Boas树

    (van Emde Boas Trees)

    • 快速查找、插入、删除(第三版新增)。
  4. 用于不相交集合的数据结构

    (Data Structures for Disjoint Sets)

    • 并查集(Union-Find)的路径压缩与按秩合并。

第六部分 图算法(Graph Algorithms)

  1. 图的算法基础

    (Elementary Graph Algorithms)

    • BFS、DFS、拓扑排序。
  2. 最小生成树

    (Minimum Spanning Trees)

    • Kruskal 算法、Prim 算法。
  3. 单源最短路径

    (Single-Source Shortest Paths)

    • Bellman-Ford、Dijkstra 算法。
  4. 所有结点对的最短路径

    (All-Pairs Shortest Paths)

    • Floyd-Warshall、Johnson 算法。
  5. 最大流

    (Maximum Flow)

    • Ford-Fulkerson 方法、Edmonds-Karp 算法。

第七部分 算法问题选编(Selected Topics)

  1. 多线程算法

    (Multithreaded Algorithms)

    • 并行计算模型(第三版新增)。
  2. 矩阵运算

    (Matrix Operations)

    • Strassen 矩阵乘法、LU分解。
  3. 线性规划

    (Linear Programming)

    • 单纯形法、对偶性。
  4. 多项式与快速傅里叶变换

    (Polynomials and the FFT)

    • FFT 算法及其应用。
  5. 数论算法

    (Number-Theoretic Algorithms)

    • 欧几里得算法、RSA加密。
  6. 字符串匹配

    (String Matching)

    • KMP算法、Rabin-Karp算法。
  7. 计算几何学

    (Computational Geometry)

    • 线段相交、凸包问题。
  8. NP完全性

    (NP-Completeness)

    • P、NP、NP-Hard、归约证明。
  9. 近似算法

    (Approximation Algorithms)

    • 顶点覆盖、旅行商问题(TSP)。

附录与索引

  • 附录A 求和公式

  • 附录B 集合等离散数学基础

  • 附录C 计数与概率

  • 参考文献

  • 索引


核心特点

  1. 数学严谨性:强调算法正确性证明和复杂度分析。

  2. 广泛覆盖:从基础排序到高级图算法、NP理论。

  3. 实践结合:每章包含“算法实现思考”和练习题(分难度等级)。


适合读者

  • 计算机专业学生:作为算法课程的教材。

  • 工程师/研究者:深入理解算法设计与分析。

  • 竞赛与面试:覆盖LeetCode/ACM高频考点(如动态规划、图算法)。


学习建议

  1. 按需阅读:初学可重点学习前四部分,进阶再读高级章节。

  2. 动手实践:书中伪代码需用编程语言(如Python/C++)实现。

  3. 结合刷题:配套LeetCode/HackerRank题目巩固知识点。

  4. 数学基础:提前复习离散数学、概率论和线性代数。

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