算法一直在計(jì)算科學(xué)和計(jì)算實(shí)踐中發(fā)揮著重要作用。本書致力于利用算法求解實(shí)際問題。為了限度地利用算法，必須深入理解算法背后的邏輯和數(shù)學(xué)知識(shí)。我們先概要地介紹算法，并探索各種算法設(shè)計(jì)技術(shù)。接下來(lái)，學(xué)習(xí)線性規(guī)劃算法、PageRank算法、圖算法以及機(jī)器學(xué)習(xí)算法。本書還包含一些案例（如天氣預(yù)測(cè)、推文聚類和電影推薦引擎），用來(lái)說(shuō)明如何才能地應(yīng)用這些算法。通過學(xué)習(xí)本書，你將對(duì)使用算法求解實(shí)際計(jì)算問題充滿信心。
讀者對(duì)象
本書為程序員而寫！無(wú)論你是希望深刻理解算法背后的數(shù)學(xué)知識(shí)的經(jīng)驗(yàn)豐富的程序員，還是希望了解如何利用經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)的算法來(lái)改進(jìn)代碼設(shè)計(jì)和編寫方式的經(jīng)驗(yàn)不足的程序員，閱讀本書都大有裨益。在閱讀本書前必須具有Python編程經(jīng)驗(yàn)，數(shù)據(jù)科學(xué)知識(shí)對(duì)閱讀本書有幫助，但不是必需的。
本書內(nèi)容
第1章概述算法基礎(chǔ)。1.1節(jié)介紹理解不同算法如何工作所需的基本概念，概述人們初如何用算法以數(shù)學(xué)的形式表達(dá)特定類型的問題，還提到不同算法的局限性。1.2節(jié)講述描述算法邏輯的各種方法。由于本書用 Python編寫算法，1.3節(jié)說(shuō)明如何設(shè)置環(huán)境以運(yùn)行書中給出的例子。1.4節(jié)介紹算法設(shè)計(jì)技術(shù)。1.5節(jié)討論如何用不同方法量化算法性能，并與其他算法進(jìn)行比較。1.6節(jié)討論驗(yàn)證算法的特定實(shí)現(xiàn)的各種方法。
第2章著重講述算法中用于存儲(chǔ)臨時(shí)數(shù)據(jù)的內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。算法可能是數(shù)據(jù)密集型的，也可能是計(jì)算密集型的，或者既是數(shù)據(jù)密集型的又是計(jì)算密集型的。對(duì)于所有不同類型的算法，選擇恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)其實(shí)現(xiàn)而言至關(guān)重要。許多算法具有遞歸和迭代邏輯，因而需要面向這種本征邏輯的專用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。由于本書用 Python編寫算法，這一章主要關(guān)注實(shí)現(xiàn)書中算法所需的 Python 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
第3章給出用于排序和查找的核心算法。這些算法在后面將作為其他更復(fù)雜算法的基礎(chǔ)。本章先講述不同類型的排序算法，包括各種算法的性能比較。然后，講述各種查找算法，量化這些算法的性能和復(fù)雜度，并進(jìn)行比較。后，講述這些算法的實(shí)際應(yīng)用。
第4章講述設(shè)計(jì)各種算法所需的核心概念，闡述各種算法并討論它們的優(yōu)缺點(diǎn)。理解這些概念對(duì)設(shè)計(jì)的復(fù)雜算法而言至關(guān)重要。這一章先討論不同類型的算法設(shè)計(jì)，然后求解著名的旅行商問題。之后討論線性規(guī)劃及其局限性。后，用實(shí)例展示如何用線性規(guī)劃進(jìn)行產(chǎn)量規(guī)劃。
第5章著重講述常見于計(jì)算機(jī)科學(xué)中的圖算法。圖是許多計(jì)算問題的模型。本章講述表示和搜索圖的各種方法。搜索圖意味著用系統(tǒng)化的方法沿圖中的邊訪問圖中的頂點(diǎn)。圖搜索算法可以發(fā)現(xiàn)圖的很多結(jié)構(gòu)。很多算法都通過在輸入圖上執(zhí)行搜索算法來(lái)獲得結(jié)構(gòu)信息。其他幾個(gè)圖算法都是基本圖搜索算法的細(xì)化。圖的搜索技術(shù)是圖算法領(lǐng)域的核心。該章首先討論圖的兩種常見的計(jì)算表示：鄰接表和鄰接矩陣。接下來(lái)，講述廣度優(yōu)先搜索這種簡(jiǎn)單的圖搜索算法，并說(shuō)明如何創(chuàng)建廣度優(yōu)先搜索樹。然后講述深度優(yōu)先搜索，并給出深度優(yōu)先搜索算法訪問頂點(diǎn)順序的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)論。
第6章討論無(wú)監(jiān)督機(jī)器學(xué)習(xí)算法。之所以被歸類為無(wú)監(jiān)督方法，是由于這些模型或算法在無(wú)監(jiān)督條件下從給定數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)固有的結(jié)構(gòu)、模式和關(guān)系。我們先討論聚類方法，這種機(jī)器學(xué)習(xí)方法基于固有的屬性或特征，試圖從數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)樣本中找出相似性模式和關(guān)系模式，然后把數(shù)據(jù)樣本劃分為集群，使得各個(gè)集群內(nèi)的數(shù)據(jù)樣本具有相似性。接下來(lái)，討論降維算法，該算法用于處理特征較多的問題。之后，討論關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘算法，它們屬于數(shù)據(jù)挖掘方法，用于檢查和分析大規(guī)模交易數(shù)據(jù)集，以發(fā)現(xiàn)有意義的模式和規(guī)則，而這些模式表示了跨交易的各種商品之間有意義的關(guān)系和關(guān)聯(lián)。后，討論處理異常檢測(cè)的算法。
第7章描述與一組機(jī)器學(xué)習(xí)問題相關(guān)的傳統(tǒng)監(jiān)督機(jī)器學(xué)習(xí)算法。這些問題中的標(biāo)記數(shù)據(jù)集具有輸入屬性和相應(yīng)的輸出標(biāo)簽或類別。這些輸入和其相應(yīng)的輸出用于學(xué)習(xí)一個(gè)一般性系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于預(yù)測(cè)不在數(shù)據(jù)集中的其他數(shù)據(jù)點(diǎn)的結(jié)果。我們先從機(jī)器學(xué)習(xí)的角度概述分類的相關(guān)概念。接下來(lái)，討論重要的算法之一決策樹，給出決策樹算法的局限性和優(yōu)勢(shì)。接著介紹支持向量機(jī)和XGBoost這兩種重要的算法。后，討論線性回歸這種簡(jiǎn)單的機(jī)器學(xué)習(xí)算法。
第8章首先介紹典型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)這種重要的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的主要概念和組成部分。然后介紹各種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并闡述用于實(shí)現(xiàn)這些神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的激活函數(shù)。之后，詳細(xì)討論反向傳播算法，這是目前應(yīng)用廣泛的訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的收斂算法。接下來(lái)，介紹遷移學(xué)習(xí)技術(shù)，它可以大大簡(jiǎn)化模型訓(xùn)練并部分地使其自動(dòng)化。后，給出一個(gè)學(xué)習(xí)實(shí)例，討論如何在現(xiàn)實(shí)世界中利用深度學(xué)習(xí)進(jìn)行欺詐檢測(cè)。
第9章介紹自然語(yǔ)言處理算法，從理論到實(shí)踐循序漸進(jìn)地展開。首先介紹基礎(chǔ)知識(shí)，然后討論背后的數(shù)學(xué)知識(shí)。接下來(lái)，介紹一種流行的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它廣泛應(yīng)用于設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)文本數(shù)據(jù)上的重要用例。此外，還介紹自然語(yǔ)言處理算法的局限性。后，給出一個(gè)案例，討論如何在自然語(yǔ)言處理領(lǐng)域訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型，以進(jìn)行電影評(píng)論情感分析。
第10章重點(diǎn)討論推薦引擎，它先用與用戶偏好相關(guān)的信息建立模型，然后基于模型和信息向