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本書注重培養(yǎng)讀者的算法設(shè)計(jì)與分析、問題求解的能力。本書讀者需要掌握程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等基礎(chǔ)知識(shí)，并具備一定的編程能力。
本書以算法設(shè)計(jì)與分析為主線，通過問題和案例引入內(nèi)容，重點(diǎn)講解利用算法求解問題的思路、算法執(zhí)行過程及能力拓展。本書主要介紹了算法基礎(chǔ)、遞歸算法設(shè)計(jì)、蠻力法、分治法、回溯法、貪心法、分支限界法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃、圖算法設(shè)計(jì)等，講解了背包問題、任務(wù)分配問題、批處理作業(yè)調(diào)度問題、最優(yōu)裝載問題、旅行商問題、計(jì)算幾何等經(jīng)典問題，并提供了能力拓展環(huán)節(jié)，引導(dǎo)讀者開展算法應(yīng)用實(shí)踐。算法使用C語言程序、偽代碼等形式加以描述，并用圖解的形式詳細(xì)描述算法的執(zhí)行過程，使讀者能夠深入了解算法的運(yùn)行過程和結(jié)果。
本書可作為本科院校算法設(shè)計(jì)與分析的教學(xué)用書，也可作為從事算法設(shè)計(jì)的科技人員、算法競(jìng)賽選手的參考書及培訓(xùn)教材。

2019年發(fā)布了《關(guān)于深化本科教育教學(xué)改革，全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的意見》，提出了大學(xué)教育要圍繞學(xué)生忙起來、激勵(lì)學(xué)生刻苦學(xué)習(xí)、全面提高課程建設(shè)質(zhì)量等要求，實(shí)施國家級(jí)和省級(jí)一流課程建設(shè)雙萬計(jì)劃，著力打造一大批具有高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度（兩性一度）的金課，推動(dòng)課堂教學(xué)革命。為響應(yīng)號(hào)召,落實(shí)人才培養(yǎng)質(zhì)量意見，特編寫本教材來引導(dǎo)計(jì)算機(jī)類專業(yè)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新性、高階性學(xué)習(xí)，通過完成具有挑戰(zhàn)度的任務(wù)，提高學(xué)生算法設(shè)計(jì)能力、問題求解能力。
算法是解決復(fù)雜問題的精髓和靈魂，在信息技術(shù)飛速發(fā)展的今天，算法被廣泛應(yīng)用于工程問題、科學(xué)問題的求解，如背包問題、旅行商問題、作業(yè)調(diào)度問題、最優(yōu)裝載問題、任務(wù)分配問題等經(jīng)典問題，以及圖像分類、自然語言處理、智慧醫(yī)療等具有挑戰(zhàn)度的前沿科研、工程等問題。
算法設(shè)計(jì)與問題求解能力是評(píng)判計(jì)算機(jī)類專業(yè)學(xué)生是否具有良好專業(yè)素養(yǎng)的標(biāo)準(zhǔn)之一。本教材的主要目的是： ①傳授經(jīng)典算法知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入算法領(lǐng)域，掌握基本的算法設(shè)計(jì)方法和藝術(shù)； ②通過能力拓展和創(chuàng)新性的問題求解，培養(yǎng)計(jì)算機(jī)類專業(yè)學(xué)生的問題分析與建模能力，并通過程序語言加以實(shí)現(xiàn)的能力，指導(dǎo)學(xué)生開展高階性和高挑戰(zhàn)度的問題求解實(shí)踐。教師可以利用本教材方便地進(jìn)行教學(xué)改革，開發(fā)出以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的教學(xué)模式，跳出傳統(tǒng)知識(shí)傳遞型課堂的教學(xué)思維，切實(shí)落實(shí)以學(xué)生為中心的教學(xué)理念。
本書針對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、軟件工程、網(wǎng)絡(luò)工程、數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)、數(shù)學(xué)等計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的發(fā)展需求，全面介紹了算法的基礎(chǔ)知識(shí)，詳細(xì)介紹了算法的特點(diǎn)及復(fù)雜度分析，同時(shí)介紹了蠻力法、遞歸法、分治法、貪心法、回溯法、分支限界法、圖算法、隨機(jī)算法、計(jì)算復(fù)雜性等經(jīng)典內(nèi)容，幫助讀者構(gòu)建算法基礎(chǔ)知識(shí)體系。在有的章節(jié)中引入了能力拓展環(huán)節(jié)，引導(dǎo)讀者利用學(xué)習(xí)的算法知識(shí)來求解非傳統(tǒng)問題，提高課程的挑戰(zhàn)度。每章后提供了創(chuàng)新性的習(xí)題，進(jìn)一步鞏固讀者的計(jì)算思維能力和問題求解能力。
本書的重點(diǎn)、難點(diǎn)部分提供了微課視頻，供讀者自學(xué)或者課后釋疑，從多個(gè)角度來引導(dǎo)讀者開展自主學(xué)習(xí)，達(dá)到培養(yǎng)和提升讀者問題求解能力的目的。本書由鄧澤林、李峰主編，鄧澤林、李峰、陳曦、羅元盛等參與編寫。其中，李峰負(fù)責(zé)統(tǒng)籌編寫工作，鄧澤林負(fù)責(zé)整體規(guī)劃，并撰寫了第1章、第2章、第5章、第6章、第7章、第8章、第9章；陳曦負(fù)責(zé)編寫第4章、第11章；羅元盛負(fù)責(zé)編寫第3章、第10章、第12章。本書的編寫得到了黃舒怡、陳彬彬、周倩男、劉康為、陳文俊、鄭偉、賀達(dá)、杭帆、鄧俊、楊琰、李春杰等ACM選手的支持，他們?cè)趩栴}題解、算法實(shí)現(xiàn)上提供了大量的幫助。
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算法設(shè)計(jì)與問題求解PPT

作者2023年11月

第1章算法基礎(chǔ)1
1.1算法概念1
1.2算法描述1
1.3算法主要類別及典型問題2
1.3.1遞歸法2
1.3.2遞推法2
1.3.3窮舉法3
1.3.4貪心算法3
1.3.5分治法4
1.3.6動(dòng)態(tài)規(guī)劃法4
1.3.7分支限界法5
1.3.8回溯法6
1.4算法復(fù)雜度6
1.4.1算法輸入規(guī)模度量6
1.4.2算法運(yùn)行時(shí)間的度量7
1.4.3漸進(jìn)符號(hào)7
1.4.4算法復(fù)雜度分析8
1.5標(biāo)準(zhǔn)模板庫13
1.5.1動(dòng)態(tài)數(shù)組vector的使用13
1.5.2集合set的使用15
1.5.3映射map的使用16
1.5.4棧stack的使用18
1.5.5隊(duì)列與優(yōu)先隊(duì)列的使用19
1.5.6排序sort的使用22
習(xí)題24
第2章遞歸算法設(shè)計(jì)25
2.1概念25
2.2遞歸算法設(shè)計(jì)思想25〖3〗算法設(shè)計(jì)與問題求解（第2版·微課版）目錄〖3〗2.3遞歸算法示例與過程分析26
2.3.1全排列問題26
2.3.2逆波蘭表達(dá)式28
2.4遞歸轉(zhuǎn)換30
2.4.1遞歸轉(zhuǎn)尾遞歸30
2.4.2遞歸轉(zhuǎn)非遞歸31
2.5能力拓展35
2.5.1K數(shù)列35
2.5.2自關(guān)聯(lián)樹狀數(shù)據(jù)36
2.5.3XML文件解析39
習(xí)題43
第3章蠻力法46
3.1概述46
3.2蠻力法的主要設(shè)計(jì)思想46
3.2.1使用蠻力法的幾種情況46
3.2.2蠻力法的求解步驟46
3.3蠻力法示例與分析47
3.3.1選擇排序47
3.3.2旅行商問題48
3.3.3字符串匹配蠻力解決50
3.3.401背包問題52
3.4能力拓展53
3.4.1連續(xù)數(shù)和53
3.4.2矩形個(gè)數(shù)54
習(xí)題56
第4章分治法59
4.1概述59
4.2分治法設(shè)計(jì)思路59
4.3分治法應(yīng)用與過程分析62
4.3.1最大子段和62
4.3.2歸并排序63
4.3.3棋盤覆蓋問題65
4.3.4最近點(diǎn)對(duì)問題68
4.3.5快速排序70
4.4能力拓展73
4.4.1二進(jìn)制的完全表示73
4.4.2求兩個(gè)等長有序序列的中位數(shù)74
4.4.3找第k大的元素76
習(xí)題78
第5章回溯法80
5.1概述80
5.2回溯法設(shè)計(jì)思路80
5.3回溯法示例與過程分析81
5.3.1n皇后問題81
5.3.201背包問題83
5.3.3圖的m著色問題85
5.3.4批處理作業(yè)調(diào)度問題88
5.4能力拓展91
5.4.1全排列問題91
5.4.2存在障礙物的迷宮問題93
5.4.3最少考場(chǎng)數(shù)量95
習(xí)題97
第6章貪心法103
6.1概述103
6.2貪心算法步驟及適用的問題103
6.2.1貪心算法步驟103
6.2.2適用貪心算法求解問題的特點(diǎn)103
6.3貪心算法示例與過程分析104
6.3.1部分背包問題104
6.3.2最優(yōu)裝載問題106
6.3.3區(qū)間調(diào)度問題107
6.3.4旅行商問題108
6.4能力拓展110
6.4.1最小正整數(shù)110
6.4.2數(shù)字游戲111
6.4.3關(guān)閉鬧鐘113
6.4.4過河114
習(xí)題117
第7章分支限界法121
7.1概述121
7.2分支限界法設(shè)計(jì)思路121
7.3分支限界法示例與過程分析123
7.3.101背包問題123
7.3.2多段圖最短路徑問題125
7.3.3旅行商問題127
7.3.4作業(yè)調(diào)度問題132
7.4能力拓展137
7.4.1大富翁游戲137
7.4.2最優(yōu)裝載問題138
習(xí)題141
第8章動(dòng)態(tài)規(guī)劃144
8.1概述144
8.2動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法設(shè)計(jì)規(guī)則144
8.3動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法問題求解145
8.3.101背包問題145
8.3.2最長公共子序列149
8.3.3最長上升子序列153
8.3.4字符串相似度/編輯距離158
8.3.5最大子段和160
8.4能力拓展163
8.4.1帶通配符的字符串匹配163
8.4.2拼圖167
習(xí)題170
第9章圖算法設(shè)計(jì)174
9.1概述174
9.1.1圖的定義174
9.1.2圖的相關(guān)概念174
9.2圖算法示例與分析175
9.2.1最短路問題175
9.2.2網(wǎng)絡(luò)最大流問題179
9.2.3二分圖染色問題182
9.3能力拓展184
9.3.1雜交育種184
9.3.2小偷逃跑188
9.3.3朋友滿意數(shù)量188
習(xí)題192
第10章計(jì)算幾何199
10.1概述199
10.2相關(guān)幾何知識(shí)200
10.2.1向量200
10.2.2點(diǎn)積和叉積202
10.2.3基本應(yīng)用203
10.2.4點(diǎn)是否在面內(nèi)204
10.2.5方向204
10.2.6面積和角度205
10.2.7凸性205
10.3計(jì)算幾何示例與分析206
10.3.1點(diǎn)到直線的距離、判斷線段是否相交206
10.3.2凸包問題(極角排序)210
10.3.3利用叉積計(jì)算多邊形面積212
10.4能力拓展214
10.4.1不同直線計(jì)數(shù)214
10.4.2面積最大的三角形215
10.4.3面積最大的多邊形218
習(xí)題221
第11章計(jì)算復(fù)雜度理論227
11.1計(jì)算模型227
11.2P類和NP類問題231
11.3NPC問題233
習(xí)題234
第12章概率算法和近似算法236
12.1概率算法236
12.1.1概率算法的基本概念236
12.1.2概率算法的分類237
12.1.3數(shù)值概率算法237
12.1.4舍伍德算法238
12.1.5拉斯維加斯算法240
12.1.6蒙特卡羅算法243
12.2近似算法246
12.2.1介紹246
12.2.2頂點(diǎn)覆蓋問題247
12.2.3旅行商問題248
習(xí)題249

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