کتاب Graph Algorithms the Fun Way: Powerful Algorithms Decoded, Not Oversimplified (الگوریتم‌های گراف به شیوه‌ای سرگرم‌کننده) یک راهنمای جذاب و کاربردی برای درک مفاهیم پیچیده الگوریتم‌های گراف است. این کتاب با استفاده از مثال‌های واقعی، تشبیهات خلاقانه و پیاده‌سازی‌های عملی در پایتون، قدرت و انعطاف‌پذیری حل مسئله مبتنی بر گراف را در دنیای واقعی نشان می‌دهد. نویسنده با رویکردی سرگرم‌کننده و غیررسمی، مفاهیم پیچیده را به سادگی توضیح می‌دهد و به خوانندگان کمک می‌کند تا درک عمیقی از ساختارهای داده‌ای گراف و الگوریتم‌های مرتبط با آن‌ها پیدا کنند.
در ادامه مقدمه‌ای از کتاب Graph Algorithms the Fun Way را از زبان نویسنده شرح خواهیم داد.
مقدمه‌ای بر کتاب Graph Algorithms the Fun Way:
این کتاب مقدمه‌ای بر گراف‌ها و الگوریتم‌های آن‌ها برای برنامه‌نویسان است که می‌خواهند آن‌ها را درک و اعمال کنند. گراف‌ها نوعی ساختار داده هستند که در سراسر ریاضیات، علوم کامپیوتر و بسیاری از زمینه‌های دیگر برای مدل‌سازی و حل طیف وسیعی از مشکلات دنیای واقعی استفاده می‌شوند. ساختار یک گراف به ما امکان می‌دهد اتصالات یا ارتباطات بین آیتم‌ها را نشان دهیم. درک این ساختار برای بهره‌برداری از قدرت گراف‌ها و استفاده کارآمد از آن‌ها بسیار مهم است.
“الگوریتم‌های گراف به شیوه‌ای سرگرم‌کننده” از فصل مربوط به گراف‌ها در کتاب قبلی من، “ساختارهای داده به شیوه‌ای سرگرم‌کننده” (انتشارات No Starch Press، 2022) سرچشمه گرفت، جایی که نوشتم: “ما می‌توانیم کتاب کاملی را به این ساختار داده واحد با تأثیر بسیار زیاد اختصاص دهیم.” با این حال، این کتاب هنوز هم فقط سطحی از دنیای هیجان‌انگیز و قدرتمند الگوریتم‌های گراف را خراش می‌دهد، حوزه مطالعاتی با سابقه طولانی و تحقیقات مداوم.
پوشش جامع تمام تکنیک‌های گراف و مزایای نسبی آن‌ها نیازمند حجم زیادی از مطالب خواهد بود و در لحظه چاپ منسوخ خواهد شد. در عوض، کتاب Graph Algorithms the Fun Way برای استفاده به عنوان پایه و اساس افرادی که برای اولین بار با این حوزه هیجان‌انگیز روبرو می‌شوند، در نظر گرفته شده است.
کتاب Graph Algorithms the Fun Way با معرفی اجزای گراف‌ها آغاز می‌شود و سپس به بررسی انواع مختلف الگوریتم‌های گراف و نحوه اعمال آن‌ها در مشکلات دنیای واقعی می‌پردازد. این کتاب بیش از یک کتاب آشپزی از الگوریتم‌های رایج است. هدف آن کمک به خوانندگان برای درک ایده‌های پشت الگوریتم‌ها و ایجاد شهود برای تطبیق مفاهیم پوشش داده شده در اینجا با تکنیک‌های فراتر از این کتاب است.
کتاب Graph Algorithms the Fun Way برای چه کسانی مناسب است؟
این کتاب برای برنامه‌نویسانی است که می‌خواهند در مورد گراف‌ها، الگوریتم‌های گراف و تفکر محاسباتی پشت چنین تکنیک‌هایی بیشتر بدانند. من هیچ پیش‌زمینه‌ای در مورد گراف‌ها یا الگوریتم‌های گراف فرض نمی‌کنم. با این حال، خوانندگان باید آشنایی اولیه با پایتون داشته باشند که می‌توان آن را پس از یک دوره مقدماتی، کتاب یا بوت‌کمپ انتظار داشت. آن‌ها باید با مفاهیم اساسی برنامه‌نویسی پایتون، از جمله ساختارهای داده اساسی مانند لیست‌ها و دیکشنری‌ها آشنا باشند.
امیدوارم کتاب Graph Algorithms the Fun Way برای طیف گسترده‌ای از مخاطبان مفید باشد، نه فقط برنامه‌نویسانی که برای اولین بار الگوریتم‌های گراف را یاد می‌گیرند. مثال‌ها و استعاره‌های استفاده‌شده در سراسر کتاب Graph Algorithms the Fun Way برای ارائه روشی جایگزین برای مشاهده موضوعات از تعاریف ریاضی استاندارد آن‌ها طراحی شده‌اند. دانشجویان پیشرفته و دانشمندان کامپیوتر باتجربه ممکن است دیدگاه جدیدی برای درک موضوعات خاص و دشوار پیدا کنند.
نحوه استفاده از کتاب Graph Algorithms the Fun Way
این کتاب به صورت پیشرونده سازماندهی شده است، جایی که فصل‌های بعدی بر اساس فصل‌های قبلی ساخته می‌شوند. بخش اول، “اصول اولیه” (فصل‌های 2 تا 6) جنبه‌های اصلی رویکرد غیرمتمرکز و با تمرکز بر بازخورد به معماری را پوشش می‌دهد.
- فصل 1: نمایش گراف‌ها ساختار گراف‌ها را معرفی می‌کند، نمایش‌های گراف لیست مجاورت و ماتریس مجاورت را مورد بحث قرار می‌دهد و پیاده‌سازی‌های مورد استفاده در بقیه کتاب را ارائه می‌دهد.
- فصل 2: همسایگان و محله‌ها مفهوم اصلی گره‌های همسایه، الگوریتم‌های اساسی برای ساخت مجموعه‌های همسایگان و برخی معیارهای اساسی برای درک اتصال محلی در اطراف یک گره را پوشش می‌دهد.
- فصل 3: مسیرها از طریق گراف‌ها مسیرها از طریق گراف‌ها را مورد بحث قرار می‌دهد و چندین نمایش از جمله لیست‌های گره‌ها، لیست‌های یال‌ها و لیست‌های اشاره‌های برگشتی را معرفی می‌کند.
بخش‌های بعدی کتاب Graph Algorithms the Fun Way کمتر وابسته هستند اما همچنان از مفاهیم فصل‌های قبلی استفاده می‌کنند. هر بخش حول یک موضوع سازماندهی شده است. بخش دوم بر جستجوها و کوتاه‌ترین مسیرها در یک گراف تمرکز دارد:
- فصل 4: جستجوی عمقی دو پیاده‌سازی جستجوی عمقی، یک رویکرد بازگشتی و یک رویکرد مبتنی بر پشته تکراری را معرفی می‌کند و همچنین نحوه رمزگذاری اطلاعات جستجو در یک درخت جستجوی عمقی را مورد بحث قرار می‌دهد.
- فصل 5: جستجوی عرضی جستجوی عرضی را بررسی می‌کند، ویژگی‌های آن را مورد بحث قرار می‌دهد و نشان می‌دهد که چگونه می‌توانیم از آن برای یافتن کوتاه‌ترین مسیرها از طریق گراف‌های بدون وزن استفاده کنیم.
- فصل 6: حل پازل‌ها نشان می‌دهد که چگونه می‌توانیم از گراف‌ها برای رمزگذاری پازل‌ها استفاده کنیم و از الگوریتم‌های جستجو در فصل‌های 4 و 5 برای حل این پازل‌ها استفاده کنیم.
- فصل 7: کوتاه‌ترین مسیرها سه الگوریتم برای یافتن کوتاه‌ترین مسیرها از طریق گراف‌های وزن‌دار را معرفی می‌کند: الگوریتم دایکسترا، الگوریتم بلمن-فورد و الگوریتم فلوید-وارشال.
- فصل 8: جستجوهای هدایت‌شده توسط ابتکاری دو جستجوی مبتنی بر ابتکاری، جستجوی حریصانه ابتکاری و جستجوی A* را توصیف می‌کند و نشان می‌دهد که چگونه می‌توانند از اطلاعات ابتکاری در مورد امیدوارکننده بودن گره‌ها استفاده کنند.
بخش سوم کتاب Graph Algorithms the Fun Way بر اتصال و ترتیب در گراف‌ها تمرکز دارد:
- فصل 9: مرتب‌سازی توپولوژیکی مشکل مرتب‌سازی گره‌های یک گراف به ترتیب توپولوژیکی را مورد بحث قرار می‌دهد و دو الگوریتم برای این کار را معرفی می‌کند: الگوریتم کان و گسترش جستجوی عمقی.
- فصل 10: درختان پوشای کمینه دو الگوریتم برای یافتن درختان پوشای کمینه روی گراف‌ها، الگوریتم پریم و الگوریتم کروسکال را توصیف می‌کند و همچنین نشان می‌دهد که چگونه می‌توان ایده‌های پشت الگوریتم کروسکال را به مشکلاتی مانند تولید هزارتوهای قابل حل یا خوشه‌بندی داده‌های فضایی گسترش داد.
- فصل 11: پل‌ها و نقاط مفصل الگوریتم‌هایی مبتنی بر جستجوی عمقی برای یافتن پل‌ها و نقاط مفصل در گراف‌ها را بررسی می‌کند.
- فصل 12: مؤلفه‌های قویاً متصل الگوریتم کوساراجو-شاریر را برای شناسایی مؤلفه‌های قویاً متصل در گراف‌های جهت‌دار بررسی می‌کند.
- فصل 13: پیاده‌روی تصادفی پیاده‌روی تصادفی روی گراف‌ها را معرفی می‌کند و مفهوم زنجیره‌های مارکوف را مورد بحث قرار می‌دهد، سپس نحوه پیاده‌سازی رفتار پیاده‌روی تصادفی روی گراف‌ها و تخمین گراف‌های زیربنایی از داده‌های مشاهده‌شده را نشان می‌دهد.
بخش چهارم کتاب Graph Algorithms the Fun Way مفهوم جریان در گراف‌ها را معرفی می‌کند و از آن برای حل یک مشکل تطبیق خاص استفاده می‌کند:
- فصل 14: الگوریتم‌های جریان بیشینه مفاهیم جریان از طریق یک گراف و مسئله جریان بیشینه را تعریف می‌کند، نسخه گسترده‌ای از ساختار داده گراف را برای پشتیبانی از این مشکل معرفی می‌کند و الگوریتم‌های فورد-فولکرسون و ادموند-کارپ را برای حل مسئله جریان بیشینه توصیف می‌کند.
- فصل 15: تطبیق گراف دو بخشی کار تطبیق در گراف‌ها و مفهوم گراف‌های دو بخشی را معرفی می‌کند و سپس بر تخصص تطبیق در گراف‌های دو بخشی تمرکز می‌کند. ما نشان می‌دهیم که چگونه از الگوریتم‌های جریان بیشینه برای حل یک نوع از مسئله تطبیق در گراف‌های دو بخشی استفاده کنیم.
بخش پنجم کتاب Graph Algorithms the Fun Way مشکلات مختلف انتساب گره و برنامه‌ریزی مسیر از طریق گراف‌ها را پوشش می‌دهد:
- فصل 16: رنگ‌آمیزی گراف مشکل انتساب رنگ‌ها به گره‌های گراف به گونه‌ای که هیچ دو همسایه‌ای رنگ یکسانی نداشته باشند را معرفی می‌کند و طیف وسیعی از الگوریتم‌ها را برای حل این مشکل در نظر می‌گیرد.
- فصل 17: گروه‌های کامل، مجموعه‌های مستقل و پوشش رئوس الگوریتم‌هایی را برای سه مشکل انتساب محاسباتی چالش‌برانگیز معرفی می‌کند: یافتن یک گروه کامل بیشینه، یافتن یک مجموعه مستقل بیشینه و یافتن یک پوشش رئوس کمینه.
- فصل 18: تورها از طریق گراف‌ها سه مسئله برنامه‌ریزی مسیر را در نظر می‌گیرد: یافتن مسیرهایی که هر گره را دقیقاً یک بار بازدید می‌کنند، یافتن مسیرهایی که هر گره را دقیقاً یک بار بازدید می‌کنند در حالی که وزن یال‌های پیموده شده را به حداقل می‌رسانند و یافتن مسیرهایی که هر یال را دقیقاً یک بار عبور می‌کنند. ما توضیح می‌دهیم که چرا دو مشکل اول دشوار هستند، اما برای سومین مورد راه‌حل کارآمدی وجود دارد.
ضمایم کتاب Graph Algorithms the Fun Way توابع و ساختارهای داده اضافی را که برای پیاده‌سازی الگوریتم‌ها در این کتاب مفید هستند، ارائه می‌دهند:
- ضمیمه A ساخت گراف‌ها را به صورت برنامه‌نویسی، از جمله بارگذاری آن‌ها از فایل‌ها، توصیف می‌کند.
- ضمیمه B ساختار داده صف اولویت قابل اصلاح مورد استفاده در الگوریتم‌ها در سراسر کتاب را تعریف می‌کند.
- ضمیمه C یک ساختار داده UnionFind حداقلی را که برای پیاده‌سازی برخی از الگوریتم‌ها در فصل 10 ضروری است، معرفی می‌کند.
در طول کتاب Graph Algorithms the Fun Way، خواننده باید بر روی سؤالات “چگونه؟” و “چرا؟” تمرکز کند. چگونه این مسئله دنیای واقعی را روی فرمول‌بندی گراف نگاشت می‌دهد؟ چرا یک رویکرد خاص به ما کمک می‌کند تا راه‌حل را محاسبه کنیم؟ چگونه یک الگوریتم از ساختار گراف برای حل مسئله استفاده می‌کند؟
چرا به این مسئله اهمیت می‌دهیم؟ این الگوریتم‌ها چگونه در مشکلات مختلف اعمال می‌شوند؟ چرا نویسنده از آن تشبیه مسخره استفاده می‌کند؟ درک پاسخ‌های این سؤالات پایه و اساسی را که شما برای استفاده مؤثر از الگوریتم‌های موجود و توسعه تکنیک‌های خود در آینده نیاز دارید، فراهم خواهد کرد.
سرفصل‌های کتاب Graph Algorithms the Fun Way:
- Title Page
- Copyright
- Dedication
- About the Author and Technical Reviewer
- Acknowledgments
- Introduction
- Who Is This Book For?
- Analogies and Examples
- Language and Coding Conventions
- Terminology and Definitions
- How to Use This Book
- Part I: Graph Basics
- 1: Representing Graphs
- 2: Neighbors and Neighborhoods
- 3: Paths Through Graphs
- Part II: Search and Shortest Paths
- 4: Depth-First Search
- 5: Breadth-First Search
- 6: Solving Puzzles
- 7: Shortest Paths
- 8: Heuristic-Guided Searches
- Part III: Connectivity and Ordering
- 9: Topological Sort
- 10: Minimum Spanning Trees
- 11: Bridges and Articulation Points
- 12: Strongly Connected Components
- 13: Random Walks
- Part IV: Max Flow and Bipartite Matching
- 14: Max-Flow Algorithms
- 15: Bipartite Graph Matching
- Part V: Hard Graph Problems
- 16: Graph Coloring
- 17: Cliques, Independent Sets, and Vertex Covers
- 18: Tours Through Graphs
- Conclusion
- A: Constructing Graphs
- B: Modifiable Priority Queues
- C: Union-Find
- Index
جهت دانلود کتاب Graph Algorithms the Fun Way می‌توانید پس از پرداخت، دریافت کنید.
دیدگاهها
هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.