数据结构和算法基础Python语言实现

本书首先介绍算法的概念和特点，然后介绍数据结构，再逐步深入介绍各类算法，通过解决实际问题加深理解。本书选取了近年来比较热门的语言Python作为载体，来实现算法的功能。这不但可以让读者系统地学习算法的相关知识，而且还能提高读者对Python语言的应用水平。
本书分为7章，涵盖的主要内容有算法简介、数据结构、数学相关算法、排序算法、查找算法、图相关算法、算法思想归纳。其中包含对非常多经典算法的讲解，如归并排序、快速排序、拓扑排序、二叉查找树、红黑树、最小生成树算法、最短路径算法、极大极小值算法、遗传算法等。最后通过归纳总结，让读者懂得常见算法的设计思路，能够根据实际情况选择合适的算法。

陈良旭，毕业于法国国立高等应用电子学院（ENSEA），获得计算机工程师文凭，曾在ETIS实验室研究LDPC算法。现任职于佛山珠江传媒大数据科技有限公司，从事数据分析工作，研究方向有舆情监控、数据纠错等。

1. 新颖：模块化的编程，程序分步运行与讲解。
2. 直观：300多幅图表，辅助分析，一看就懂。
3. 易用：例程代码可在浏览器中直接运行，代码注释详尽，拿来就用。
4. 实用：30多种算法，60多个实例，覆盖面广。

当前，信息科技技术迅速发展，给人们的生产和生活带来了极大的改变，工业信息化、中国智造、人工智能、移动互联网、O2O（线上到线下）等一系列产业的发展，都需要计算机程序员把各种奇思妙想实现出来，由此衍生了非常多的程序员岗位，吸引了大批人才投身到IT行业中。同时，各种培训机构也顺势推出计算机培训课程，最快一个月就能掌握一门计算机语言，速成程序员。
通过网络课程学习一门新语言看起来挺简单，但真正需要解决实际问题的时候，就感觉无从下手了，无法确定之前的哪个练习和现在的问题是相似的。并且学习过程中的问题总是限定在几个答案中，并不能将其直接套用在实际生活中。只有懂得算法，真正读懂代码、读懂程序的设计，才能称为合格的程序员。
这也是我写这本书的初衷，学习知识不能流于表面，在这个快速变化的时代，我们需要沉着冷静，扎扎实实地练好基本功。比如一个人懂中文、英文、日文，但作文不一定写得好。对于程序员来说也是一样的，学了很多编程语言，但只会课堂上的练习，那是无法应对工作的。那么，到底什么是基本功呢？算法就是程序员的基本功。
我从初中就开始接触编程，并进入了学校的信息科技竞赛小组。所谓信息科技竞赛，就是学习各种算法。说句心里话，算法真的很难，初高中的题目就已经涉及高等数学、机器学习、神经网络等学科，当时的我真的很难理解，直到上了大学才渐渐明白这些概念。
因此，我写这本书的另一个目的，就是希望能够用通俗易懂的语言来引领大家踏入算法的大门。
算法需要一门语言来实现它的功能，那么选择怎样的语言作为载体呢？我思考了一番，最终选择了Python，理由如下。
（1）它是一门脚本语言，和其他语言相比更加简洁、高效。这里说的高效并不是指运行速度快，而是相对其他语言，Python能用更少的代码量实现相同的功能，因此代码可读性更强。
（2）它是一门交互式语言，这意味着我们可以一行一行地执行代码，随时观察代码中的变量，从而更加清楚算法的执行过程。
（3）它背后有着最庞大的免费“代码库”，有足够的资源来实现很多功能，比如画图功能，简单几行代码就能在屏幕上画出线状图，便于我们观察算法的效果。那么我们就能更专注于算法本身，而不是花大量的时间处理结果显示问题。
（4）它被称为“胶水语言”，能够应用在很多地方，如爬虫、数据分析、科学计算、自动化办公、自动化运维、网站开发、多媒体处理、机器学习、深度学习等。正因如此，这门语言在近几年非常火爆。我们在学习算法的过程中，又能增进Python编程技巧，可谓一箭双雕。
算法非常精妙，涉及数学、数据结构、计算机原理等知识，有些地方确实比较难理解，如算法的正确性证明、复杂度计算等。如果用严谨的数学公式去验证和计算，读者可能比较难看懂。因此本书致力于用通俗易懂的语言及简明的图表来阐明算法的原理，让读者从实例中领悟算法的奥妙。
如果读者在学习过程中遇到了什么问题，或者发现书中有错误的地方，都可以通过邮箱[email protected]联系我。当然，读者也可以在代码仓的issue中反馈，我非常乐意与大家交流，一起学习和讨论。
本书还提供了15节视频课程，读者可扫描下方二维码，根据提示获取。


最后，我想把此书送给我的孩子，他的到来让我有机会重新发现这个世界的美妙，通过他充满好奇的双眼，我重新认识了身边的一切事物。希望他能永远保持对世界的好奇，健康快乐地成长。

第1章 从零开始学算法 1

1.1 算法基础知识 21.1.1 什么是算法 2
1.1.2 算法时间复杂度 2
1.1.3 算法空间复杂度 5
1.1.4 算法优劣比较 6


1.2 计算机中如何描述算法 61.2.1 自然语言 7
1.2.2 流程图 7
1.2.3 伪代码 8
1.2.4 挑战：这个月有多少天 8


1.3 Python概述 101.3.1 Python简介 10
1.3.2 环境搭建 11
1.3.3 开发工具介绍 15
1.3.4 单元测试 22


1.4 总结 252

第2章 数据结构 27


2.1 数组 282.1.1 定义 28
2.1.2 挑战1：海盗船生存大考验 30
2.1.3 挑战2：必胜的游戏 32


2.2 链表 372.2.1 定义 37
2.2.2 挑战：国王的继承人 43


2.3 队列 452.3.1 定义 45
2.3.2 挑战：维修报警器 48


2.4 栈 502.4.1 定义 51
2.4.2 挑战1：和机器人做朋友 52
2.4.3 挑战2：让机器人帮你检查作业 54


2.5 哈希表 562.5.1 定义 56
2.5.2 挑战：基因研究 62


2.6 树 642.6.1 定义 65
2.6.2 二叉树 66
2.6.3 二叉查找树 71
2.6.4 挑战：画一棵好看的“树” 75


2.7 图 782.7.1 定义 79
2.7.2 图的表示 79
2.7.3 图的遍历 82
2.7.4 挑战：“一笔画完”小游戏 86


2.8 总结 913

第3章 数　学 92


3.1 进制转换 93
3.2 基本概念 933.2.1 十进制 93
3.2.2 二进制 93
3.2.3 八进制和十六进制 93
3.2.4 进制转换 94
3.2.5 挑战：网络攻击 98


3.3 数学运算 1003.3.1 内置函数 100
3.3.2 Math库模块 101
3.3.3 排列组合 102
3.3.4 矩阵运算 102