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目的/目标
本书新的Java版论述数据结构——组织大量数据的方法，和算法分析——算法运行时间的估计。随着计算机的速度越来越快，对于能够处理大量输入数据的程序的需求变得日益急切。可是，由于在输入量很大的时候程序的低效率变得非常明显，因此这又要求对效率问题更仔细的关注。通过在实际编程之前对算法的分析，学生可以确定一个特定的解法是否可行。例如，在本书中学生可查阅一些特定的问题并看到需要如何精心的实现能够把处理大量数据的时间限制从十六年减至不到一秒。因此，若无运行时间的阐释，就不会有算法和数据结构的提出。在某些情况下，对于影响实现的运行时间的一些微小细节都需要认真的探究。
一旦解法被确定，接着就要编写程序。随着计算机功能的日益强大，它们必须解决的问题就变得更加巨大和复杂，这就要求开发更加复杂的程序。本书的目的是同时教授学生良好的程序设计技巧和算法分析能力，使得他们能够开发这样的具有最高效率的程序。
本书适合于高级数据结构（CS7）课程或是算法分析第一年的研究生课程。学生应该具有中等程度的程序设计知识，包括面向对象程序设计和递归这样一些内容，还要具有离散数学的某些知识。
处理方法
虽然本书中的内容大部分都是与语言无关的，但是，程序设计还是需要使用某种特定的语言。正如书名指出的，我们为本书选择了Java。
Java是相对较新的语言，它常常用来和C++进行比较。Java具有许多的优点，编程人员常常把Java看成是一种比C++更加安全、更加方便并且更容易使用的语言。因此，这使得它成为讨论和实现基础数据结构的一种优秀的核心语言。Java的其它方面，诸如线程和GUI（图形用户界面），虽然很重要，但是本书并不需要，因此也就不再讨论。
和每一种程序设计语言一样，Java也有一些缺点。它不直接支持一般的程序设计，因此需要一些变通方法，我们将在第一章讨论。I/O支持使用Java是很有限的，不过现在有许多现成的I/O类在Internet上，这使得事情更加简单。在任何情况下，课文中的例子都最小限度地使用Java的I/O工具。
Java的优点——它简化了C++的（有时是混乱的）语法——也是一种趋势。最终以C++编码的程序员将会发现直接将Java代码转换成C++代码所暗藏的一些陷阱。为了帮助摆脱这个问题，相伴的网站包含有一章来描述C++并阐述C++的许多精妙之处和细微差别，这对于许多读者来说并不是显然的。
以Java和C++二者描述的数据结构的完全版在Internet上可以得到。我们使用类似的编码方法使得这两种语言间平行的结构表现得更加明显。
内容提要
第1章包含离散数学和递归的一些复习材料。我相信泰然处置递归唯一的办法是反复不断地看一些好的用法。因此，除第5章外，递归遍及本书每一章的例子之中。第一章还介绍了一些材料，作为对基本Java的复习和回顾，包括为一般的算法和数据结构所需的Java变通方法的讨论。
第2章处理算法分析。这一章阐述渐进分析和它的主要弱点。这里提供了许多例子，包括对对数运行时间的深入解释。通过直观地把一些简单递归程序转变成迭代程序而对它们进行分析。介绍了更复杂的分治程序，不过有些分析（求解递归关系）要推迟到第7章再详细地进行。
第3章包括表、栈和队列。重点侧重在使用ADT对这些数据结构编程，这些数据结构的快速实现，以及介绍它们的某些用途上。这里几乎没有完整的程序，不过章末的练习包含了程序设计作业的许多思想。
第4章讨论树，重点在查找树，包括外部查找树（B-树）。UNIX文件系统和表达式树是作为例子来介绍的。本章还介绍了AVL树和伸展树。查找树实现细节更仔细的处理可在第12章找到。树的另外一些内容，如文件压缩和博弈树，延迟到第10章讨论。外部媒体上的数据结构作为几章中的最后论题来考虑。
第5章是相对较短的一章，主要讨论散列表。这里进行了某些分析，本章末尾讨论了可扩散列。
第6章是关于优先队列的。二叉堆也在这里讲授，还有些额外的材料论述优先队列某些理论上有趣的实现方法。斐泼那契堆在第11章讨论，配对堆在第12章讨论。
第7章是排序。它是关于编程细节和分析的非常特殊的一章。讨论并比较所有通用的排序算法。对四种算法详细地进行了分析：插入排序，希尔排序，堆排序以及快速排序。本章末尾讨论了外部排序。
第8章讨论不相交集算法并证明其运行时间。这是短且特殊的一章，如果不讨论Kruskal算法则该章可跳过。
第9章讲授图论算法。图论算法的重要性不仅因为它们在实践中经常发生，而且还因为它们的运行时间强烈地依赖于数据结构的恰当使用。实际上，所有标准算法都是和相应的数据结构、伪代码、以及运行时间的分析一起介绍的。为把这些问题放进一本适当的教材中，对复杂性理论（包括NP-完全性和不可判定性）我们进行了简短的讨论。
第10章通过考查一般的问题求解技巧讨论算法设计。这一章添加了大量的实例。这里及后面各章使用的伪代码使得学生对一个例子的理解避免被实现的细节所悃扰。
第11章处理摊还分析。对来自第4章和第6章的三种数据结构以及本章介绍的斐泼那契堆进行了分析。
第12章讨论查找树算法、k-d树和配对堆。不同于其它各章，本章给出了查找树和配对堆完全的仔细的实现。材料的安排使得教师可以把一些内容纳入到其它各章的讨论之中。例如，第12章中的自顶向下红黑树可以和（第4章的）AVL树一起讨论。
附录A列出了某些常用的Java类。附录B讨论Java的Collections包。这个标准的包（从Java 1.2起）包括了课文中讨论的几种数据结构的实现。
第1章到第9章为大多数一学期的数据结构课程提供了足够的材料。如果时间允许，那么第10章也可以包括进来。研究生的算法分析课程可以使用第7章到第11章的内容。在第11章所分析的高级数据结构可以容易地在前面各章中查到。第9章中对NP-完全性的讨论太过简单，以至于不能用于这样的一部教程中。Garey和Johnson的论NP-完全性的书（有张立昂等翻译的中文译本：计算机和难解性，科学出版社，1987——译者注）可以补充本书的不足。
练习
在每章末尾提供的练习与课文中讲授的内容的顺序相匹配。最后的一些练习是把一章作为一个整体来处理而不是针对特定的一节来考虑的。难做的练习标以一个星号，更难的练习标有两个星号。
我们还有为教师提供了包含几乎所有练习答案的解法指南，可以从Addison Wesley Longman Publishing Company得到。
参考文献
参考文献位于每章的最后。一般说来，这些参考文献或者是历史性质的，代表着书中材料的原始来源，或者阐述对课文中给出的结果的扩展和改进。有些文献提供了一些练习的解法。
代码的获得
书中例子的程序代码通过匿名ftp可在aw.com网站得到。这个网站也是可以通过World Wide Web来访问的；其URL为http://www.awl.com/cseng/（从此处继续链接）。该资料的准确位置可能变化。
鸣谢
在该丛书几部著作的准备过程中作者得到许许多多朋友的帮助。有些人在本书的其它版本中提到过；谢谢所有诸位。
如同往常一样，Addison Wesley Longman出版公司专家们的努力使得本书的写作过程更加轻松。我愿意借此机会感谢我的编辑Susan Hartman；副编辑Katherine Harutunian以及作品编辑Pat Unubun。我还想感谢Kris Engberg和她在Publication Services的同事，感谢她们使最后的散稿成书的出色的工作。
我还要感谢本书的诸多审核者，他们提供了有价值的评论，其中的许多位深深地投入到课文的内容之中。对于这一版，他们是Chris Brown（University of Rochester），Thang N. Bui（Pennsylvania State University at Harrisburg），G.H. Hedrick（Oklahoma State University），Sampath Kannan（University of Pensylvania）以及Gurdip Singh（Kansas State University）。
最后，我还想感谢广大的读者，他们发来e-mail信息并指出前面各版中一些错误和矛盾之处。我的World Wide Web网页http://www.cs.fiu.edu/~weiss将包含更新的（java的，C的以及C++的）源代码、勘误表以及到提交问题报告的一个链接。
M．A．W．
Mark Allen Weiss：Mark Allen Weiss: 佛罗里达国际大学计算机学院教授，普林斯顿大学计算机科学博士。著名的计算机教育专家，著有Data Structures and Algorithm Analysis以及《Data Structures and Problem Solving: Using Java》、《Data Structures and Problem Solving: Using C++》等多本教材。目前是AP(Advanced Placement)考试计算机学科委员会的主席。
冯舜玺：冯舜玺: 男，1942年生。天津师范大学数学科学学院教授（计算数学与计算机科学），曾先后担任天津师范大学数学科学学院学术委员会委员、概率及运筹学教研室副主任、计算数学与计算机科学教研室主任、天津市计算数学学会常务理事。研究方向：数值代数，决策论，计算机密码学，共发表专业论文19篇，科研成果3项，著作5部。
第1章 引论
1．1 本书讨论的内容
1．2 数学复习
1．2．1 指数
1．2．2 对数
1．2．3 级数
1．2．4 模运算
1．2．5 证明方法
1．3 递归简论
1．4 Java中的类属对象
1．4．1．IntCell类
1．4．2．MemoryCell类
1．4．3．实现一般的findMax方法
1．5 异常
1．6 输入和输出
1．6．1．基本的流操作
1．6．2．StringTokenizer对象
1．6．3．顺序文件
1．7 代码组织
1．7．1．包
1．7．2．MyInteger类
1．7．3．关于效率的考虑
小结
练习
参考文献
第2章 算法分析
2．1 数学基础
2．2 模型
2．3 要分析的问题
2．4 运行时间计算
2．4．1．一个简单例子
2．4．2．一般法则
2．4．3．最大子序列和问题的解
2．4．4．运行时间中的对数
2．4．5．检查你的分析
2．4．6．分析结果的准确性
小结
练习
参考文献
第3章 表、栈和队列
3．1 抽象数据类型（ADT）
3．2 表ADT
3．2．1．表的简单数组实现
3．2．2．链表
3．2．3．程序设计细节
3．2．4．双链表
3．2．5．循环链表
3．2．6．例
3．2．7．链表的光标实现
3．3 栈ADT
3．3．1．栈模型
3．3．2．栈的实现
3．3．3．应用
3．4 队列ADT
3．4．1．队列模型
3．4．2．队列的数组实现
3．4．3．队列的应用
小结
练习
第4章 树
4．1 预备知识
4．1．1．树的实现
4．1．2．树的遍历及应用
4．2 二叉树
4．2．1．实现
4．2．2．一个例子：表达式树
4．3 查找树ADT——二叉查找树
4．3．1．find
4．3．2．findMin和findMax
4．3．3．insert
4．3．4．remove
4．3．5．平均情形分析
4．4 AVL树
4．4．1．单旋转
4．4．2．双旋转
4．5 伸展树
4．5．1．一个简单的想法（但不能使用）
4．5．2．展开
4．6 树的遍历
4．7 B-树
小结
练习
参考文献
第5章 散列
5．1 一般想法
5．2 散列函数
5．3 分离链接法
5．4 开放定址法
5．4．1．线性探测法
5．4．2．平方探测法
5．4．3．双重散列
5．5 再散列
5．6 可扩散列
小结
练习
参考文献
第6章 优先队列（堆）
6．1 模型
6．2 简单实现
6．3 二叉堆
6．3．1．结构性质
6．3．2．堆序性质
6．3．3．基本的堆操作
6．3．4．其它的堆操作
6．4 优先队列的应用
6．4．1．选择问题
6．4．2．事件模拟
6．5 d-堆
6．6 左式堆
6．6．1．左式堆的性质
6．6．2．左式堆的操作
6．7 斜堆
6．8 二项队列
6．8．1．二项队列结构
6．8．2．二项队列操作
6．8．3．二项队列的实现
小结
练习
参考文献
第7章 排序
7．1 预备知识
7．2 插入排序
7．2．1．算法
7．2．2．插入排序的分析
7．3 简单排序算法的下界
7．4 希尔排序
7．4．1．希尔排序的最坏情形分析
7．5 堆排序
7．5．1．堆排序的分析
7．6 归并排序
7．6．1．归并排序的分析
7．7 快速排序
7．7．1．选取枢纽元
7．7．2．分割策略
7．7．3．小数组
7．7．4．实际的快速排序例程
7．7．5．快速排序的分析
7．7．6．选择问题的线性期望时间算法
7．8 排序的一般下界
7．9．1．决策树
7．9 桶式排序
7．10 外部排序
7．10．1．为什么需要新算法
7．10．2．外部排序模型
7．10．3．简单算法
7．10．4．多路合并
7．10．5．多相合并
7．10．6．替换选择
小结
练习
参考文献
第8章 不相交集ADT
8．1 等价关系
8．2 动态等价问题
8．3 基本数据结构
8．4 灵巧求并算法
8．5 路径压缩
8．6 按秩求并和路径压缩的最坏情形
8．6．1．Union/Find算法分析
8．7 一个应用
小结
练习
参考文献
第9章 图论算法
9．1 若干定义
9．1．1．图的表示
9．2 拓扑排序
9．3 最短路径算法
9．3．1．无权最短路径
9．3．2．Dijkstra算法
9．3．3．具有负边值的图
9．3．4．无圈图
9．3．5．所有点对最短路径
9．4 网络流问题
9．4．1．一个简单的最大流算法
9．5 最小生成树
9．5．1．Prim算法
9．5．2．Kruskal算法
9．6 深度优先搜索的应用
9．6．1．无向图
9．6．2．双连通性
9．6．3．欧拉回路
9．6．4．有向图
9．6．5．查找强分支
9．7 NP-完全性引论
9．7．1．难与易
9．7．2．NP类
9．7．3．NP-完全问题
小结
练习
参考文献
第10章 算法设计技巧
10．1 贪婪算法
10．1．1．一个简单的调度问题
10．1．2．Huffman编码
10．1．3．近似装相问题
10．2 分治算法
10．2．1．分治算法的运行时间
10．2．2．最近点问题
10．2．3．选择问题
10．2．4．一些运算问题的理论改进
10．3 动态规划
10．3．1．用一个表代替递归
10．3．2．矩阵乘法的顺序安排
10．3．3．最优二叉查找树
10．3．4．所有点对最短路径
10．4 随机化算法
10．4．1．随机数发生器
10．4．2．跳跃表
10．4．3．素性测试
10．5 回溯算法
10．5．1．收费公路重建问题
10．5．2．博弈
小结
练习
参考文献
第11章 摊还分析
11．1一个无关的智力问题
11．2 二项队列
11．3 斜堆
11．4 费波那契堆
11．4．1．切除左式堆中的节点
11．4．2．二项队列的懒惰合并
11．4．3．斐泼那契堆操作
11．4．4．时间界的证明
11．5 伸展树
小结
练习
参考文献
第12章 高级数据结构及其实现
12．1 自顶向下伸展树
12．2 红黑树
12．2．1．从底向上插入
12．2．2．自顶向下红黑树
12．2．3．自顶向下删除
12．3 确定性跳跃表
12．4 AA-树
12．5 treap树
12．6 k-d树
12．7 配对堆
小结
练习
参考文献
附录A 一些类库例程
A．1．fava.lang包中的类
A．1．1．Character
A．1．2．Integer
A．1．3．Object
A．1．4．String
A．1．5．StringBuffer
A．1．6．System
A．1．7．Throwable
A．2．java.io包中的类
A．2．1．BufferedReader
A．2．2．BufferedWriter
A．2．3．File
A．2．4．FileReader
A．2．5．FileWriter
A．2．6．InputStreamReader
A．2．7．PrintWriter
A．2．8．PushbackReader
A．3．java.util包中的类
A．3．1．Random
A．3．2．StringTokenizer
附录B Collections 类库
B．1．引论
B．2．基本类
B．2．1．Collection
B．2．2．Iterator
B．2．3．Comparable
B．2．4．Comparator
B．3．lists
B．3．1．ArrayList与LinkedList
B．3．2．栈和队列
B．3．3．ListIterator
B．4．集
B．5．映射
B．5．1．put、get、remove、和contains
B．5．2．从映射中得到Collection
B．5．3．Map、Entry对
B．6．例：生成一个重要语汇索引
B．6．1．Collections API 的做法
B．6．2．使用DataStructures包的做法
B．7．例：最短路计算
B．7．1．Collections API 实现
B．7．2．使用DataStructures包的做法
B．8．优先队列
小结
索引
