這是一份收藏量超過2萬6的電腦科學學習筆記

機器之心發表於2018-07-11
筆記

機器之心整理，作者：鄭永川，參與：思源。

這是一份收藏量超過 2 萬 6、Fork 量超過 7 千的學習筆記。近日，中山大學鄭永川構建了一個「準備秋招學習筆記」的專案，該專案包含了電腦科學的大量精要知識與教程。該專案從基礎排序演算法到程式設計理念展示了電腦科學的應知應會，該專案對機器學習開發者及入門讀者也非常有用，例如 Linux 系統、物件導向的程式設計、Git 工具和程式碼可讀性等。這些筆記都是作者根據對各類書籍的理解，並記錄重要知識點而完成。

專案地址：github.com/CyC2018/Int…該專案的主體內容可分為 9 部分，其中演算法介紹了基礎的棧和佇列、並查集、排序和查詢等，作業系統介紹了現代計算機系統與 Linux 系統。其它如介紹了設計模式和基本思想的物件導向程式設計、世界上最先進的分散式版本控制系統 Git、以及 Java 和程式設計實踐等都有涉及。

這是一份收藏量超過2萬6的電腦科學學習筆記

如下是該專案各類別的基本目錄與內容，因為機器學習可能會常用到物件導向的程式設計方法，因此我們在後面簡要介紹了這一章節中物件導向的基本思想。

演算法

  • 劍指 Offer 題解（目錄根據原書第二版進行編排）
  • Leetcode 題解（做了一個大致分類，並對每種分類題型的解題思路做了總結）
  • 演算法（主要參考 Robert Sedgewick 的演算法書進行實現，原始碼以及測試程式碼可在另一個倉庫獲取）

作業系統

  • 計算機作業系統（參考 現代作業系統、Unix 環境高階程式設計、深入理解計算機系統）
  • Linux（參考 鳥哥的 Linux 私房菜）

網路

  • 計算機網路（參考 謝希仁的計算機網路、計算機網路 自頂向下方法、TCP/IP 詳解）
  • HTTP（參考 圖解 HTTP，更多的是參考網上的文件，比如 MDN、維基百科等）
  • Socket（參考 Unix 網路程式設計）

物件導向

  • 設計模式（參考 Head First 設計模式、設計模式 可複用物件導向軟體的基礎，實現了 Gof 的 23 種設計模式）
  • 物件導向思想（內容包括三大原則（繼承、封裝、多型）、類圖、設計原則）

資料庫

  • 資料庫系統原理（參考 資料庫系統原理）
  • SQL（參考 SQL 必知必會）
  • Leetcode-Database 題解（Leetcode 上資料庫題目的解題記錄）
  • MySQL（參考 高效能 MySQL）
  • Redis（參考 Redis 設計與實現、Redis 實戰）

Java

  • Java 基礎（參考 Effective Java、Java 程式設計思想，也有部分內容參考官方文件以及 StackOverflow）
  • Java 虛擬機器（參考 深入理解 Java 虛擬機器）
  • Java 併發（參考 Java 程式設計思想、深入理解 Java 虛擬機器）
  • Java 容器（包含容器原始碼的分析）
  • Java I/O（包含 NIO 的原理以及例項）

分散式

  • 一致性（CAP、BASE、Paxos、Raft）
  • 分散式問題分析（分散式事務、分散式鎖、分散式 Session、負載均衡）

工具

  • Git（一些 Git 的使用和概念）
  • 正規表示式（參考 正規表示式必知必會）

編碼實踐

  • 重構（參考 重構 改善既有程式碼的設計）
  • 程式碼可讀性（參考 編寫可讀程式碼的藝術）
  • 程式碼風格規範（Google 開源專案的程式碼風格規範）

物件導向思想

具體而言例如在物件導向的基本思想中，作者介紹了封裝、繼承和多型三大特性，此外還有類圖和設計原則。這裡摘取了原專案中展開的物件導向三大特性，更資訊的內容請檢視原 GitHub 專案。

物件導向的程式設計在實現想法乃至系統的過程中都非常重要，我們不論是使用 TensorFlow 還是 PyTorch 來構建模型都或多或少需要使用類和方法。若能瞭解物件導向的三大特性並使用類和方法來構建模型，那麼它們可以讓我們的機器學習程式碼更加美麗迷人。

封裝

利用抽象資料型別將資料和基於資料的操作封裝在一起，使其構成一個不可分割的獨立實體。資料被保護在抽象資料型別的內部，儘可能地隱藏內部的細節，只保留一些對外介面使之與外部發生聯絡。使用者無需知道物件內部的細節，但可以通過物件對外提供的介面來訪問該物件。

優點：

  • 減少耦合：可以獨立地開發、測試、優化、使用、理解和修改
  • 減輕維護的負擔：可以更容易被程式設計師理解，並且在除錯的時候可以不影響其他模組
  • 有效地調節效能：可以通過剖析確定哪些模組影響了系統的效能
  • 提高軟體的可重用性
  • 降低了構建大型系統的風險：即使整個系統不可用，但是這些獨立的模組卻有可能是可用的

以下 Person 類封裝 name、gender、age 等屬性，外界只能通過 get() 方法獲取一個 Person 物件的 name 屬性和 gender 屬性，而無法獲取 age 屬性，但是 age 屬性可以供 work() 方法使用。

注意到 gender 屬性使用 int 資料型別進行儲存，封裝使得使用者注意不到這種實現細節。並且在需要修改 gender 屬性使用的資料型別時，也可以在不影響客戶端程式碼的情況下進行。

public class Person {
    private String name;
    private int gender;
    private int age;

    public String getName() {
        return name;
    }

    public String getGender() {
        return gender == 0 ? "man" : "woman";
    }

    public void work() {
        if (18 <= age && age <= 50) {
            System.out.println(name + " is working very hard!");
        } else {
            System.out.println(name + " can't work any more!");
        }
    }
}
複製程式碼


繼承

繼承實現了 IS-A 關係，例如 Cat 和 Animal 就是一種 IS-A 關係，因此 Cat 可以繼承自 Animal，從而獲得 Animal 非 private 的屬性和方法。

Cat 可以當做 Animal 來使用，也就是說可以使用 Animal 引用 Cat 物件。父類引用指向子類物件稱為 向上轉型。

Animal animal = new Cat();
複製程式碼

繼承應該遵循里氏替換原則，子類物件必須能夠替換掉所有父類物件。


多型

多型分為編譯時多型和執行時多型。編譯時多型主要指方法的過載，執行時多型指程式中定義的物件引用所指向的具體型別在執行期間才確定。

執行時多型有三個條件：

  • 繼承
  • 覆蓋（重寫）
  • 向上轉型

下面的程式碼中，樂器類（Instrument）有兩個子類：Wind 和 Percussion，它們都覆蓋了父類的 play() 方法，並且在 main() 方法中使用父類 Instrument 來引用 Wind 和 Percussion 物件。在 Instrument 引用呼叫 play() 方法時，會執行實際引用物件所在類的 play() 方法，而不是 Instrument 類的方法。

public class Instrument {
    public void play() {
        System.out.println("Instument is playing...");
    }
}

public class Wind extends Instrument {
    public void play() {
        System.out.println("Wind is playing...");
    }
}

public class Percussion extends Instrument {
    public void play() {
        System.out.println("Percussion is playing...");
    }
}

public class Music {
    public static void main(String[] args) {
        List<Instrument> instruments = new ArrayList<>();
        instruments.add(new Wind());
        instruments.add(new Percussion());
        for(Instrument instrument : instruments) {
            instrument.play();
        }
    }
}複製程式碼


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