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面向大數據的數據結構與算法設計(Python版) 版權信息
- ISBN：9787115593412
- 條形碼：9787115593412 ; 978-7-115-59341-2
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
面向大數據的數據結構與算法設計(Python版) 本書特色
1）數據結構部分增加了鍵值對、列存儲、嵌套數據結構、多元組、日志式隊列（Log-structured queue）等新數據結構，能夠有效地提供對后續大數據專業課程的支撐； 2） 算法設計部分除了經典核心算法內容，還增加了基于不同計算模型（比如MapReduce批處理模型、基于BSP模型的圖并行處理）的大數據算法實現的新內容，讓學生對后續的大數據、AI專業課程的學習打下良好基礎； 3）本教材的數據結構表達和算法實現采用Python編程語言，使得學生對本課程的學習能夠更貼近下一步的大數據計算分析和AI算法實現等專業課程的需要。
面向大數據的數據結構與算法設計(Python版) 內容簡介
面對大數據和人工智能技術及應用的迅猛發展，傳統的數據結構與算法課程的教學內容和教學模式亟待改革，以適應大數據和人工智能專業人才培養的需要。本書就是為滿足這種需要而編寫的。本書共15章，主要內容包括大數據概念、Python語言基礎、線性表、棧與隊列、數組與字符串、樹、圖等經典數據結構，鍵值對、嵌套數據結構、列存儲結構等面向大數據計算的新型數據結構，排序算法、查找算法、基礎算法設計、機器學習算法基礎、大數據框架下的算法設計等經典基礎算法和大數據常用算法。本書兼顧每種數據結構的抽象邏輯結構及其物理存儲形式，使學生對數據結構的設計原理、實現方法、存儲機制有較深刻的認識。 本書可作為計算機科學與技術、軟件工程、大數據技術與應用、人工智能等專業數據結構與算法及相關課程的教材。
面向大數據的數據結構與算法設計(Python版) 目錄
目錄
第 1 章 大數據概論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1
1．1 數據 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2
1．2 數據結構 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3
1．2．1 數據邏輯結構．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4
1．2．2 數據物理結構．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6
1．3 大數據計算 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7
本章小結．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9
本章習題．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9
第 2 章 Python 語言基礎．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10
2．1 Python 安裝 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11
2．2 Python 數據類型 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12
2．2．1 int 類型 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13
2．2．2 float 類型 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14
2．2．3 字符串 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14
2．2．4 序列數據．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15
2．3 Python 程序控制 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16
2．3．1 條件判斷．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 16
2．3．2 循環控制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 17
2．3．3 異常處理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 18
2．4 Python 函數．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 19
本章小結．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 20
本章習題．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 20
課程實驗．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 20
第 3 章 線性表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 22
3．1 線性表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 23
3．2 順序表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 23
3．2．1 順序表動態存儲．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 24
3．2．2 順序表靜態存儲．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 24
3．2．3 順序表的實現．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 24
3．3 鏈表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 27
3．3．1 單鏈表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 27
3．3．2 雙鏈表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 30
3．3．3 單向循環鏈表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 31
3．3．4 雙向循環鏈表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 32
3．4 鏈表應用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 33
本章小結 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．34
本章習題 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．34
課程實驗 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．34
第 4 章 棧與隊列．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．35
4．1 棧 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．36
4．1．1 順序棧 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．36
4．1．2 鏈式棧 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．37
4．1．3 棧的應用 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．38
4．2 隊列 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．39
4．2．1 順序隊列 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．39
4．2．2 鏈式隊列 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．41
4．2．3 循環隊列 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．42
本章小結 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．43
本章習題 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．43
課程實驗 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．44
第 5 章 數組與字符串．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．45
5．1 數組 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．46
5．1．1 數組的定義 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．46
5．1．2 數組的表示和實現．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．47
5．2 矩陣的壓縮存儲 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．48
5．2．1 特殊矩陣 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．48
5．2．2 稀疏矩陣 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．50
5．2．3 稀疏矩陣的轉置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．50
5．3 字符串 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．51
5．3．1 字符串存儲結構．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 51
5．3．2 字符串的順序存儲．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 51
5．3．3 字符串的鏈式存儲．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 52
5．3．4 字符串匹配算法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 52
本章小結．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 55
本章習題．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 55
課程實驗．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 55
第 6 章 樹與二叉樹．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 57
6．1 樹基本概念．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 58
6．2 二叉樹．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 59
6．2．1 二叉樹定義．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 59
6．2．2 二叉樹分類．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 59
6．2．3 二叉樹性質．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 61
6．3 二叉樹存儲結構．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 62
6．3．1 二叉樹的順序存儲．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 62
6．3．2 二叉樹的鏈式存儲．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 63
6．4 二叉樹操作．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 63
6．4．1 二叉樹的遍歷．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 63
6．4．2 二叉樹遍歷的遞歸實現．．．．．．．．．．． 63
6．4．3 二叉樹遍歷的非遞歸實現 ．．．．．．． 64
6．4．4 二叉樹的創建．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 65
6．5 樹的存儲結構．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 65
6．5．1 雙親表示法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 65
6．5．2 孩子表示法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 67
6．5．3 雙親孩子表示法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 68
6．5．3 孩子兄弟表示法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 68
6．6 樹與森林．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 69
6．6．1 二叉樹與樹的轉換．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．69
6．6．2 二叉樹與森林的轉換．．．．．．．．．．．．．．．．70
6．7 二叉查找樹 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．71
6．7．1 二叉查找樹的創建．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．71
6．7．2 二叉查找樹的插入．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．71
6．7．3 二叉查找樹的刪除．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．71
6．8 平衡二叉樹 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．72
6．8．1 平衡二叉樹的概念．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．72
6．8．2 平衡二叉樹的插入．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．72
6．8．3 平衡二叉樹的刪除．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．73
6．9 赫夫曼樹 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．74
6．9．1 赫夫曼樹性質．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．74
6．9．2 赫夫曼樹構造．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．75
6．9．3 赫夫曼編碼．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．75
本章小結．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．76
本章習題．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．76
課程實驗．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．77
第 7章圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．78
7．1 圖基本概念 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．79
7．2 圖數據結構 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．80
7．2．1 圖鄰接矩陣．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．80
7．2．2 圖鄰接表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．81
7．2．3 圖十字鏈表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．82
7．2．4 圖多重鄰接表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．83
7．3 圖遍歷算法 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．85
7．3．1 深度優先遍歷．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．85
7．3．2 廣度優先遍歷．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．88
7．4 *小生成樹．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 89
7．4．1 *小生成樹性質．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 89
7．4．2 Prim 算法 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 92
7．4．3 Kruskal 算法 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 92
7．5 *短路徑．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 94
7．5．1 單源點*短路徑的 Dijkstra 算法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 94
7．5．2 任意頂點間*短路徑的 Floyd 算法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 95
7．6 有向圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 95
本章小結．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 96
本章習題．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 96
課程實驗．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 98
第 8 章 鍵值對．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 99
8．1 鍵值對概念．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 100
8．2 鍵值對存儲結構．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 100
8．2．1 概念．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 100
8．2．2 一般想法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 100
8．2．3 散列函數．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 101
8．2．4 散列沖突．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 103
8．2．5 散列沖突的解決方法 ．．．．．．．．．．．．． 103
8．3 鍵值對操作．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 105
8．3．1 鍵值對的插入操作 ．．．．．．．．．．．．．．．．． 105
8．3．2 鍵值對的查找操作 ．．．．．．．．．．．．．．．．． 106
8．3．3 鍵值對的刪除操作 ．．．．．．．．．．．．．．．．． 106
8．3．4 散列查找算法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 106
8．4 典型的基于鍵值對的數據庫 ．．．．．．．．．．．．． 107
8．4．1 Redis．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．107
8．4．2 Memcached．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．108
8．4．3 適用場景 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．108
本章小結 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．109
本章習題 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．110
課程實驗 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．110
第 9 章 嵌套數據結構．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 111
9．1 嵌套數據結構概念 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．112
9．2 數據模型 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．112
9．3 物理存儲結構 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．113
9．4 數據重構方法 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．117
9．5 查詢引擎 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．118
9．5．1 多層服務樹架構．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．119
9．5．2 類 SQL．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．120
9．6 適用場景 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．121
本章小結 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．122
本章習題 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．123
課程實驗 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．123
第 10 章 列存儲結構．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．125
10．1 列存儲結構概念．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．126
10．2 列存儲數據模型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．126
10．2．1 重要概念 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．126
10．2．2 邏輯模型 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．127
10．2．3 物理模型 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．129
10．2．4 存儲機制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 129
10．3 列存儲的數據操作 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 131
10．3．1 讀操作．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 131
10．3．2 寫操作．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 131
10．3．3 掃描操作．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 132
10．3．4 刪除操作．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 132
10．4 列存儲的索引 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 133
10．4．1 二級索引．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 133
10．4．2 索引方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 134
10．5 列存儲的適用場景 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 136
本章小結．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 138
本章習題．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 138
課程實驗．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 139
第 11 章 排序算法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 141
11．1 內部排序 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 142
11．1．1 插入排序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 142
11．1．2 希爾排序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 143
11．1．3 冒泡排序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 144
11．1．4 快速排序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 145
11．2 內部排序算法比較 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 146
11．3 外部排序 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 147
11．3．1 二路歸并排序 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 147
11．3．2 多路歸并排序 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 148
本章小結．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 150
本章習題．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 150
課程實驗．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 150
第 12 章 查找算法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．152
12．1 查找概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．153
12．2 順序表查找．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．153
12．3 折半查找．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．153
12．4 索引順序查找．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．155
12．5 散列表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．156
12．5．1 散列表簡介．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．156
12．5．2 散列函數的構造．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．157
12．5．3 解決沖突的方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．158
12．5．4 散列表查找．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．161
本章小結．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．163
本章習題．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．164
課程實驗．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．164
第 13 章 基礎算法設計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．165
13．1 分治法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．166
13．1．1 基本思想．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．166
13．1．2 整數乘法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．167
13．1．3 求兩個矩陣的乘積．．．．．．．．．．．．．．．．169
13．2 動態規劃法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．172
13．2．1 基本思想．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．172
13．2．2 矩陣連乘問題．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．173
13．3 貪心算法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．175
13．3．1 基本思想．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．176
13．3．2 背包問題．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．176
13．4 回溯法 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 177
13．4．1 基本思想．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 177
13．4．2 單詞匹配問題．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 178
本章小結．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 179
本章習題．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 179
課程實驗．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 180
第 14 章 機器學習算法基礎．．．．．．．．．．．．．．．．．． 181
14．1 監督學習算法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 182
14．1．1 樸素貝葉斯算法 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 183
14．1．2 決策樹算法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 185
14．2 無監督學習算法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 186
14．2．1 聚類分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 186
14．2．2 層次聚類．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 186
14．2．3 k-means．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 187
14．3 PageRank 算法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 187
14．3．1 背景概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 187
14．3．2 算法概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 188
本章小結．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 189
本章習題．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 189
課程實驗．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 189
第 15 章 大數據框架下的算法設計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 190
15．1 樸素貝葉斯算法實現．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 191
15．1．1 MapReduce 框架下的樸素貝葉斯算法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．194
15．1．2 Spark 框架下的樸素貝葉斯算法 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．196
15．1．3 性能分析與比較．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．197
15．2 k-means 算法實現 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．198
15．2．1 MapReduce 框架下的 k-means 算法 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．201
15．2．2 Spark 框架下的 k-means 算法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．202
15．2．3 性能分析與比較．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．204
15．3 PageRank 算法實現．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．204
15．3．1 MapReduce 框架下的PageRank 算法．．．．．．．．．．．．． 208
15．3．2 Spark 框架下的 PageRank 算法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 210
15．3．3 性能分析與比較．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 212
本章小結．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 212
本章習題．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 212
課程實驗．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 213
參考文獻．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 214
第 1 章 大數據概論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1
1．1 數據 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2
1．2 數據結構 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3
1．2．1 數據邏輯結構．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4
1．2．2 數據物理結構．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6
1．3 大數據計算 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7
本章小結．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9
本章習題．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9
第 2 章 Python 語言基礎．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10
2．1 Python 安裝 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11
2．2 Python 數據類型 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12
2．2．1 int 類型 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13
2．2．2 float 類型 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14
2．2．3 字符串 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14
2．2．4 序列數據．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15
2．3 Python 程序控制 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16
2．3．1 條件判斷．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 16
2．3．2 循環控制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 17
2．3．3 異常處理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 18
2．4 Python 函數．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 19
本章小結．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 20
本章習題．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 20
課程實驗．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 20
第 3 章 線性表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 22
3．1 線性表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 23
3．2 順序表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 23
3．2．1 順序表動態存儲．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 24
3．2．2 順序表靜態存儲．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 24
3．2．3 順序表的實現．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 24
3．3 鏈表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 27
3．3．1 單鏈表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 27
3．3．2 雙鏈表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 30
3．3．3 單向循環鏈表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 31
3．3．4 雙向循環鏈表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 32
3．4 鏈表應用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 33
本章小結 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．34
本章習題 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．34
課程實驗 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．34
第 4 章 棧與隊列．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．35
4．1 棧 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．36
4．1．1 順序棧 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．36
4．1．2 鏈式棧 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．37
4．1．3 棧的應用 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．38
4．2 隊列 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．39
4．2．1 順序隊列 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．39
4．2．2 鏈式隊列 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．41
4．2．3 循環隊列 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．42
本章小結 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．43
本章習題 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．43
課程實驗 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．44
第 5 章 數組與字符串．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．45
5．1 數組 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．46
5．1．1 數組的定義 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．46
5．1．2 數組的表示和實現．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．47
5．2 矩陣的壓縮存儲 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．48
5．2．1 特殊矩陣 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．48
5．2．2 稀疏矩陣 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．50
5．2．3 稀疏矩陣的轉置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．50
5．3 字符串 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．51
5．3．1 字符串存儲結構．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 51
5．3．2 字符串的順序存儲．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 51
5．3．3 字符串的鏈式存儲．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 52
5．3．4 字符串匹配算法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 52
本章小結．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 55
本章習題．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 55
課程實驗．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 55
第 6 章 樹與二叉樹．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 57
6．1 樹基本概念．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 58
6．2 二叉樹．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 59
6．2．1 二叉樹定義．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 59
6．2．2 二叉樹分類．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 59
6．2．3 二叉樹性質．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 61
6．3 二叉樹存儲結構．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 62
6．3．1 二叉樹的順序存儲．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 62
6．3．2 二叉樹的鏈式存儲．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 63
6．4 二叉樹操作．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 63
6．4．1 二叉樹的遍歷．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 63
6．4．2 二叉樹遍歷的遞歸實現．．．．．．．．．．． 63
6．4．3 二叉樹遍歷的非遞歸實現 ．．．．．．． 64
6．4．4 二叉樹的創建．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 65
6．5 樹的存儲結構．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 65
6．5．1 雙親表示法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 65
6．5．2 孩子表示法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 67
6．5．3 雙親孩子表示法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 68
6．5．3 孩子兄弟表示法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 68
6．6 樹與森林．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 69
6．6．1 二叉樹與樹的轉換．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．69
6．6．2 二叉樹與森林的轉換．．．．．．．．．．．．．．．．70
6．7 二叉查找樹 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．71
6．7．1 二叉查找樹的創建．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．71
6．7．2 二叉查找樹的插入．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．71
6．7．3 二叉查找樹的刪除．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．71
6．8 平衡二叉樹 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．72
6．8．1 平衡二叉樹的概念．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．72
6．8．2 平衡二叉樹的插入．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．72
6．8．3 平衡二叉樹的刪除．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．73
6．9 赫夫曼樹 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．74
6．9．1 赫夫曼樹性質．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．74
6．9．2 赫夫曼樹構造．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．75
6．9．3 赫夫曼編碼．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．75
本章小結．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．76
本章習題．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．76
課程實驗．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．77
第 7章圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．78
7．1 圖基本概念 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．79
7．2 圖數據結構 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．80
7．2．1 圖鄰接矩陣．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．80
7．2．2 圖鄰接表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．81
7．2．3 圖十字鏈表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．82
7．2．4 圖多重鄰接表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．83
7．3 圖遍歷算法 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．85
7．3．1 深度優先遍歷．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．85
7．3．2 廣度優先遍歷．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．88
7．4 *小生成樹．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 89
7．4．1 *小生成樹性質．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 89
7．4．2 Prim 算法 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 92
7．4．3 Kruskal 算法 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 92
7．5 *短路徑．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 94
7．5．1 單源點*短路徑的 Dijkstra 算法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 94
7．5．2 任意頂點間*短路徑的 Floyd 算法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 95
7．6 有向圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 95
本章小結．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 96
本章習題．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 96
課程實驗．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 98
第 8 章 鍵值對．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 99
8．1 鍵值對概念．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 100
8．2 鍵值對存儲結構．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 100
8．2．1 概念．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 100
8．2．2 一般想法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 100
8．2．3 散列函數．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 101
8．2．4 散列沖突．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 103
8．2．5 散列沖突的解決方法 ．．．．．．．．．．．．． 103
8．3 鍵值對操作．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 105
8．3．1 鍵值對的插入操作 ．．．．．．．．．．．．．．．．． 105
8．3．2 鍵值對的查找操作 ．．．．．．．．．．．．．．．．． 106
8．3．3 鍵值對的刪除操作 ．．．．．．．．．．．．．．．．． 106
8．3．4 散列查找算法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 106
8．4 典型的基于鍵值對的數據庫 ．．．．．．．．．．．．． 107
8．4．1 Redis．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．107
8．4．2 Memcached．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．108
8．4．3 適用場景 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．108
本章小結 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．109
本章習題 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．110
課程實驗 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．110
第 9 章 嵌套數據結構．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 111
9．1 嵌套數據結構概念 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．112
9．2 數據模型 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．112
9．3 物理存儲結構 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．113
9．4 數據重構方法 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．117
9．5 查詢引擎 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．118
9．5．1 多層服務樹架構．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．119
9．5．2 類 SQL．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．120
9．6 適用場景 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．121
本章小結 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．122
本章習題 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．123
課程實驗 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．123
第 10 章 列存儲結構．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．125
10．1 列存儲結構概念．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．126
10．2 列存儲數據模型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．126
10．2．1 重要概念 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．126
10．2．2 邏輯模型 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．127
10．2．3 物理模型 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．129
10．2．4 存儲機制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 129
10．3 列存儲的數據操作 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 131
10．3．1 讀操作．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 131
10．3．2 寫操作．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 131
10．3．3 掃描操作．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 132
10．3．4 刪除操作．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 132
10．4 列存儲的索引 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 133
10．4．1 二級索引．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 133
10．4．2 索引方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 134
10．5 列存儲的適用場景 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 136
本章小結．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 138
本章習題．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 138
課程實驗．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 139
第 11 章 排序算法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 141
11．1 內部排序 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 142
11．1．1 插入排序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 142
11．1．2 希爾排序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 143
11．1．3 冒泡排序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 144
11．1．4 快速排序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 145
11．2 內部排序算法比較 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 146
11．3 外部排序 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 147
11．3．1 二路歸并排序 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 147
11．3．2 多路歸并排序 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 148
本章小結．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 150
本章習題．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 150
課程實驗．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 150
第 12 章 查找算法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．152
12．1 查找概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．153
12．2 順序表查找．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．153
12．3 折半查找．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．153
12．4 索引順序查找．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．155
12．5 散列表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．156
12．5．1 散列表簡介．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．156
12．5．2 散列函數的構造．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．157
12．5．3 解決沖突的方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．158
12．5．4 散列表查找．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．161
本章小結．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．163
本章習題．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．164
課程實驗．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．164
第 13 章 基礎算法設計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．165
13．1 分治法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．166
13．1．1 基本思想．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．166
13．1．2 整數乘法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．167
13．1．3 求兩個矩陣的乘積．．．．．．．．．．．．．．．．169
13．2 動態規劃法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．172
13．2．1 基本思想．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．172
13．2．2 矩陣連乘問題．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．173
13．3 貪心算法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．175
13．3．1 基本思想．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．176
13．3．2 背包問題．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．176
13．4 回溯法 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 177
13．4．1 基本思想．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 177
13．4．2 單詞匹配問題．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 178
本章小結．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 179
本章習題．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 179
課程實驗．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 180
第 14 章 機器學習算法基礎．．．．．．．．．．．．．．．．．． 181
14．1 監督學習算法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 182
14．1．1 樸素貝葉斯算法 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 183
14．1．2 決策樹算法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 185
14．2 無監督學習算法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 186
14．2．1 聚類分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 186
14．2．2 層次聚類．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 186
14．2．3 k-means．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 187
14．3 PageRank 算法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 187
14．3．1 背景概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 187
14．3．2 算法概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 188
本章小結．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 189
本章習題．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 189
課程實驗．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 189
第 15 章 大數據框架下的算法設計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 190
15．1 樸素貝葉斯算法實現．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 191
15．1．1 MapReduce 框架下的樸素貝葉斯算法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．194
15．1．2 Spark 框架下的樸素貝葉斯算法 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．196
15．1．3 性能分析與比較．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．197
15．2 k-means 算法實現 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．198
15．2．1 MapReduce 框架下的 k-means 算法 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．201
15．2．2 Spark 框架下的 k-means 算法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．202
15．2．3 性能分析與比較．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．204
15．3 PageRank 算法實現．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．204
15．3．1 MapReduce 框架下的PageRank 算法．．．．．．．．．．．．． 208
15．3．2 Spark 框架下的 PageRank 算法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 210
15．3．3 性能分析與比較．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 212
本章小結．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 212
本章習題．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 212
課程實驗．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 213
參考文獻．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 214
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面向大數據的數據結構與算法設計(Python版) 作者簡介
湯羽，電子科技大學信息與軟件工程學院副院長、專業首席教授、學校學術委員會委員、智能計算系統團隊負責人。教授《軟件體系架構與設計模式》《大數據計算技術》《信息科學前沿講座》《計算思維導論》等課程。
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