計(jì)算機(jī)常用算法與程序設(shè)計(jì)案例教程(第3版)前言前言
計(jì)算機(jī)算法與程序設(shè)計(jì)是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的核心內(nèi)容，是大學(xué)計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有計(jì)算機(jī)專業(yè)算法設(shè)計(jì)與分析教學(xué)的調(diào)研分析，很多同學(xué)對(duì)學(xué)過(guò)的算法思路不明了，描述不清楚，設(shè)計(jì)不到位，無(wú)法應(yīng)用算法設(shè)計(jì)程序解決一些常見(jiàn)的實(shí)際問(wèn)題。造成這一局面的重要原因之一是缺少適合計(jì)算機(jī)本科層次的算法與程序設(shè)計(jì)教材。
一般現(xiàn)有算法設(shè)計(jì)與分析教材在算法選取上貪多求全、貪廣求深，混雜一些難度大、理論深、少有應(yīng)用的算法羅列。同時(shí)，在講授算法時(shí)存在對(duì)算法的抽象描述多,應(yīng)用算法設(shè)計(jì)解決實(shí)際問(wèn)題少等偏差，造成算法與程序設(shè)計(jì)脫節(jié)，算法理論與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)，不利于學(xué)生應(yīng)用算法與程序設(shè)計(jì)解決實(shí)際問(wèn)題能力的提高。
為此，我們對(duì)《計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)經(jīng)典題解》(清華大學(xué)出版社, 2007)、《至美C程序設(shè)計(jì)》(中國(guó)水利水電出版社，2016)與《計(jì)算機(jī)常用算法與程序設(shè)計(jì)教程》(第2版, 人民郵電出版社, 2017)等進(jìn)行優(yōu)化整合，推出適合本科算法與程序設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)際的案例教程。
本書(shū)遵循精選案例，面向設(shè)計(jì)，深入淺出，注重能力培養(yǎng)的宗旨，在常用算法典型案例的選取與深度的把握上，在算法理論與案例求解的結(jié)合上進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，力圖適合高校計(jì)算機(jī)本科教學(xué)目標(biāo)與知識(shí)結(jié)構(gòu)的要求。本書(shū)具有以下5個(gè)特色。
1. 首創(chuàng)案例形式實(shí)現(xiàn)算法與程序設(shè)計(jì)教學(xué)
學(xué)習(xí)算法與程序設(shè)計(jì)是為了培養(yǎng)提高學(xué)生應(yīng)用算法與程序設(shè)計(jì)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，算法與程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)無(wú)疑是最適宜以案例形式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)實(shí)際案例的求解見(jiàn)證算法設(shè)計(jì)的神奇與功效，實(shí)現(xiàn)以典型案例支撐算法設(shè)計(jì)，以算法設(shè)計(jì)指導(dǎo)案例求解的良性循環(huán)。
采用案例形式實(shí)現(xiàn)算法與程序設(shè)計(jì)教學(xué)在全國(guó)屬首創(chuàng)。對(duì)每個(gè)案例求解，從案例提出到算法設(shè)計(jì)、從程序?qū)崿F(xiàn)到顯示運(yùn)行結(jié)果，從算法分析到程序設(shè)計(jì)優(yōu)化，環(huán)環(huán)相扣，融為一體，讓學(xué)生看得見(jiàn)、摸得著、學(xué)得會(huì)、用得上，從而收到立竿見(jiàn)影、舉一反三的效果。
2. 注重常用算法的選取與組織
在常用算法的選取上克服貪多求全、貪廣求深，去除若干難度大、理論深、少有應(yīng)用的算法羅列，結(jié)合本科教學(xué)目標(biāo)與應(yīng)用實(shí)際，選取枚舉、遞推、遞歸、回溯、動(dòng)態(tài)規(guī)劃、貪心算法、分支限界法與模擬等常用算法。注意到分支限界是一種以廣度優(yōu)先搜索最優(yōu)解的基本算法，本版將分支限界法列入常用算法之中。
特別指出的是，模擬算法中的豎式運(yùn)算模擬是總結(jié)推廣數(shù)論高精度計(jì)算的創(chuàng)新成果。
對(duì)精選的各種常用算法，在介紹算法的基本理論與設(shè)計(jì)思路基礎(chǔ)上，從實(shí)際案例的求解入手，重點(diǎn)突出該算法的基本思路、設(shè)計(jì)規(guī)范與實(shí)施步驟，列出程序清單，顯示案例求解結(jié)果，達(dá)到清晰明了、水到渠成的效果。
3. 注重典型案例的精選與提煉
針對(duì)選取的每一種常用算法，精選典型的實(shí)際應(yīng)用案例，包括基本的數(shù)值求解、常規(guī)的數(shù)據(jù)處理、有趣的智力測(cè)試、巧妙的模擬探索，既有引導(dǎo)入門的基礎(chǔ)案例，也有難度較大的綜合案例；既有歷史悠久的經(jīng)典名題，也有構(gòu)思巧妙的新創(chuàng)趣題，難度適宜，深入淺出。
培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，不是一兩句空洞說(shuō)教所能奏效的，必須通過(guò)一系列有趣的實(shí)際案例來(lái)引導(dǎo)。本書(shū)針對(duì)所精選的常用算法，設(shè)計(jì)出初等難度基礎(chǔ)型、中等難度提升型、較高難度綜合型3種梯度的實(shí)際案例。這些案例的精選與提煉，有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)算法與程序設(shè)計(jì)的興趣，有利于學(xué)生在計(jì)算機(jī)實(shí)際應(yīng)用方面開(kāi)闊視野，使之在算法思路的開(kāi)拓與設(shè)計(jì)技能的運(yùn)用上有一個(gè)深層次的鍛煉與提高。其中，難度較大的綜合案例可作為相應(yīng)課程的課程設(shè)計(jì)選用。
4. 注重算法設(shè)計(jì)與程序?qū)崿F(xiàn)的緊密結(jié)合
算法與程序?qū)嶋H上是一個(gè)統(tǒng)一體，不應(yīng)該也不可能將它們對(duì)立與分割。本書(shū)對(duì)每一種常用算法的設(shè)計(jì)規(guī)范，具體落實(shí)到實(shí)際案例求解的各個(gè)環(huán)節(jié): 有算法設(shè)計(jì)提要，有程序?qū)崿F(xiàn)清單，有運(yùn)行示例顯示，有算法改進(jìn)與程序優(yōu)化，環(huán)環(huán)相扣，融為一體。通過(guò)算法設(shè)計(jì)與程序?qū)崿F(xiàn)的緊密結(jié)合，突出算法在解決實(shí)際案例中的核心地位與引導(dǎo)作用，不斷加深對(duì)所學(xué)算法的理解和領(lǐng)悟，切實(shí)提升應(yīng)用所學(xué)算法解決實(shí)際問(wèn)題的能力。
本書(shū)采用功能豐富、應(yīng)用面廣、高校學(xué)生使用率最高的 C語(yǔ)言描述算法、編寫(xiě)程序。為使用方便，所有程序均在VC 6.0編譯通過(guò)。
5. 注重算法改進(jìn)與程序優(yōu)化
本書(shū)對(duì)一些典型案例應(yīng)用多種不同的算法設(shè)計(jì)，編寫(xiě)不同表現(xiàn)形式與設(shè)計(jì)風(fēng)格的程序，充分體現(xiàn)了算法與程序設(shè)計(jì)的靈活性和多樣性。
算法與程序設(shè)計(jì)都不是一成不變的，可以實(shí)施多層次全方位的變通，變通出成果，變通長(zhǎng)能力。算法改進(jìn)與程序優(yōu)化的過(guò)程，既是提高案例求解效率的過(guò)程，也是算法設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)與提高的過(guò)程，更是優(yōu)化意識(shí)與創(chuàng)新能力增強(qiáng)的過(guò)程。
為方便算法設(shè)計(jì)練習(xí)與查閱，附錄中提供部分習(xí)題求解提示，介紹在VC 6.0環(huán)境下運(yùn)行C程序的方法，并列出C語(yǔ)言常用函數(shù)。書(shū)中的所有案例源程序與部分習(xí)題源代碼均可在指定網(wǎng)站下載。
在書(shū)稿的編寫(xiě)與修訂過(guò)程中，湖南理工學(xué)院教務(wù)處及王岳斌教授、嚴(yán)權(quán)峰教授、周持中教授等給予了多方面支持與幫助，筆者在此一并深表感謝。
盡管每個(gè)案例求解都經(jīng)反復(fù)核實(shí)檢查，每個(gè)求解程序都經(jīng)多輪運(yùn)行調(diào)試，因涉及內(nèi)容較廣，難免存在差錯(cuò)，懇請(qǐng)各位讀者批評(píng)指正。

楊克昌2023年11月于岳陽(yáng)南湖