前言

数据结构和算法是计算机科学的基石，是计算机的灵魂，要想成为计算机专业人员，学习和掌握算法是十分必要的。不懂数据结构和算法的人不可能写出效率更高的代码。计算机科学的很多新行业都离不开数据结构和算法作为基石，比如大数据、人工智能等。底层开发中也需要使用非常多的数据结构和算法知识，以保证底层系统的稳定性和高效性。

计算机科学家尼古拉斯·沃斯在计算机领域有一句人尽皆知的名言“算法+数据结构=程序”（Algorithms+Data Structures=Programs），所以数据结构和算法是程序员必须掌握的技能。尤其是到一些大公司面试的时候，算法更是一个少不了的环节，熟练掌握数据结构和算法，可以开拓我们的视野，提高我们的逻辑思维能力，在写代码和分析官方源码的时候也非常有帮助。学习数据结构和算法的一个好处就是：学完之后知识基本不会过时，可以永远为我们所用。大家都知道程序员需要不停地学习，因为知识更新太快，记得在笔者上大学和后来开始工作的时候，非常喜欢研究官方源码和框架，如痴如醉，但很遗憾，现在很多框架都已被淘汰了，没被淘汰的也被更新得面目全非，然后还要不停地学习其他新的框架。笔者一直在思考，能不能学习一种永不过时的知识。后来就接触了数据结构和算法，这一接触就是好多年，学的那么多知识依然没有过时。比如KMP算法是在1977年被联合发表的，那么多年过去了，这种算法依然没有被淘汰，如果是一个框架，基本上很难保证那么多年还能存在，就算存在也会有大量的更新，还是需要不停地学习。

本书以Java为描述语言，介绍了计算机编程中常用的数据结构和算法，主要内容如下。

第1章：主要介绍了8种数据结构，包括数组、链表、队列、栈、散列表、树、堆、图，然后每种数据结构又有细分，比如介绍树的时候有完全二叉树、满二叉树、二叉搜索树、AVL树、红黑树、字典树、哈夫曼树、线段树、笛卡儿树等。图的介绍中也有一些经典的算法，比如迪杰斯特拉算法、弗洛伊德算法、普里姆算法和克鲁斯卡尔算法等。

第2章：介绍了几种经典排序算法，以及它们的稳定性分析。

第3章：主要介绍了一些位运算和常见操作符，还有一些简单的操作和使用技巧，如有限状态机和相关示例讲解。

第4章：介绍了和树有关的知识，比如树的遍历方式，包括DFS遍历、Morris遍历，以及BFS遍历等。

第5章：分析了递归的原理和示例练习，可以把它看作是对一棵树的DFS遍历。

第6章：主要介绍了回溯算法的使用，然后得出回溯算法的使用模板，以及一些经典示例，还有一些重复问题和不符合条件的修剪分支。

第7章：主要介绍贪心算法的使用和存在的不足。

第8章：分别介绍了相向双指针、同向双指针和快慢双指针的使用技巧，还有滑动窗口的介绍和使用模板，以及大小可变窗口、固定窗口、只增不减窗口等。

第9章：主要介绍了BFS和DFS的使用模板和示例练习。

第10章：主要介绍了一维前缀和与二维前缀和的使用。

第11章：介绍动态规划和一些经典问题的讲解，如背包问题、组合与排列问题等。

第12章：通过三国人物的故事，生动形象地介绍了并查集的使用、并查集优化、并查集路径压缩以及合并优化等。

第13章：介绍了其他一些经典算法，比如KMP算法、马拉车算法、算术表达式的运算、牛顿迭代法求平方根、Base64编码等。

本书的撰写与出版得益于机械工业出版社的鼎力支持，在此深表感谢，同时也感谢支持笔者的读者和朋友，还要感谢笔者的爱人杨兰一直以来的理解和支持。由于笔者水平有限，书中难免有不妥和疏漏之处，诚挚期盼读者朋友给予批评和斧正，笔者会把问题整理出来分享到我们的算法学习网站“wansuanfa.com”（“玩算法”的拼音），关于算法的知识非常多，书中不可能全部介绍，大家还可以继续在网站免费学习，本书的提高和改进离不开读者的帮助和时间的考验。大家也可以关注笔者，如果书中有不明白的地方可以随时沟通，如果有想了解的知识点也可以告诉笔者，笔者会通过视频直播和录播的方式为大家进行讲解。

王一博

2023年5月