硅谷Python工程师面试指南：数据结构、算法与系统设计任建峰全书学

作者: 任建峰全书学

出版社: 机械工业出版社

出版时间: 2024-05

版次: 1

ISBN: 9787111750680

定价: 89.00

装帧: 其他

开本: 16开

纸张: 胶版纸

页数: 264页

字数: 307千字

分类: 计算机与互联网

本书是一本全面的Python技术及面试指南，旨在帮助读者深入理解Python编程语言的核心概念，并掌握在技术面试中取得成功的关键技巧。全书分为4个部分。
  第*部分面试流程。这一部分详细介绍了硅谷公司的面试流程，包括非技术电话面试、技术电话面试（包括闲谈、技术沟通和提问环节）以及现场面试的准备和策略，既为读者提供了面试前的全面准备指导，也帮助读者在面试中展现出良好状态。
  第二部分数据结构。从基础的列表、堆栈、队列、优先队列、字典和集合，到更复杂的链表、二叉树、其他树结构（如前缀树、线段树、二叉索引树）和图的表示与应用，每一章都通过丰富的实例来展示如何巧妙应用这些数据结构。
  第三部分算法。这一部分覆盖了二分搜索、双指针法、动态规划、深度优先搜索、回溯、广度优先搜索、并查集等核心算法。结合面试真题，通过逐步分析，引导读者掌握每种算法的思想及其在解决实际问题中的应用。
  第四部分系统设计。理论知识部分，从设计需求分析到高层构建，然后到具体组件设计，再到扩展设计，帮助读者理解如何构建可扩展、高效的系统架构。实战案例部分，包括分布式缓存系统、网络爬虫系统、TinyURL加密与解密、自动补全功能、新闻动态功能、社交媒体应用和出行应用的设计，涵盖系统设计的关键技术。此外，这一部分涵盖了多线程编程与设计机器学习系统的知识，既帮助读者理解并行处理的概念和应用，又扩展机器学习的重要知识和面试技巧，并提供设计搜索排名系统和推荐系统的实例。任建峰，分别于2005年和2009年获得西北工业大学博士学位和德州大学达拉斯分校博士学位。先后在美国高通、华为工作多年，从事计算机影像学/计算机视觉的芯片开发工作。目前在谷歌主要复杂计算影像方面的开发。发表论文30多篇，拥有30多项专利 Contents?目　　录

前　言

第一部分　面试流程

第1章　硅谷公司面试流程　2

1.1　非技术电话面试　　2

1.2　技术电话面试　　3

1.2.1　闲谈环节　3

1.2.2　技术沟通环节　3

1.2.3　提问环节　4

1.3　现场面试　　4

1.3.1　准备好闲谈素材　5

1.3.2　保持积极沟通　6

第二部分　数据结构

第2章　列表　8

2.1　列表的基础知识　　8

2.1.1　创建列表　8

2.1.2　向列表中添加元素　9

2.1.3　删除列表中的元素　11

2.2　实例1：最长连续1的个数　　12

2.3　实例2：二进制相加　　13

2.4　实例3：查询范围和　　15

2.4.1　利用一维数组求解　16

2.4.2　利用二维数组求解　16

2.5　实例4：随机索引　　18

2.6　实例5：下一个更大排列　　19

2.7　实例6：验证有效数字　　21

2.8　实例7：递归小数　　23

第3章　堆栈　25

3.1　堆栈的基础知识　　25

3.1.1　堆栈操作及时间复杂度　25

3.1.2　3种实现方式　26

3.1.3　堆栈的应用　29

3.2　实例1：通过最小移除操作

得到有效的括号　　29

3.3　实例2：函数的专用时间　　30

第4章　队列　33

4.1　队列的3种实现方式　　33

4.2　实例1：设计循环队列　　36

4.3　实例2：求和大于K的最短

非空连续子数组的长度　　38

第5章　优先队列　40

5.1　优先队列的3种实现方式　　40

5.2　实例1：雇用K个工人的最低

成本　　42

5.3　实例2：判断数组是否可以

拆分为连续的子序列　　43

第6章　字典　45

6.1　字典的基础知识　　45

6.1.1　创建字典　45

6.1.2　向字典中添加元素　46

6.1.3　访问字典中的元素　48

6.1.4　从字典中删除元素　49

6.2　实例1：和等于K的连续子

数组的总数　　50

6.3　实例2：标签中的最大值　　51

6.4　实例3：以平均时间复杂度

O(1)实现插入、删除和获取

随机值　　52

6.5　实例4：最近最少使用缓存　　54

第7章　集合　57

7.1　集合的基础知识　　57

7.2　集合的基本操作　　58

7.2.1　添加元素　58

7.2.2　删除元素　59

7.2.3　并集　59

7.2.4　交集　60

第8章　链表　61

8.1　双指针技术　　61

8.2　实例1：判断链表是否有循环　　62

8.3　实例2：两个链表的交集　　62

8.4　实例3：克隆随机链表　　64

8.5　实例4：反转链表　　65

第9章　二叉树　66

9.1　层次顺序遍历　　66

9.1.1　前序遍历　66

9.1.2　中序遍历　67

9.1.3　后序遍历　68

9.1.4　层序遍历　69

9.2　递归方法用于树的遍历　　69

9.2.1　自上而下的解决方案　70

9.2.2　自下而上的解决方案　70

9.3　实例1：二叉树的最低共同

祖先　　72

9.4　实例2：序列化和反序列化

二叉树　　73

9.5　实例3：求二叉树的最大

路径和　　74

9.6　实例4：将二叉树转换为

双链表　　75

第10章　其他树结构　77

10.1　前缀树　　77

10.1.1　前缀树节点的数据结构　78

10.1.2　在前缀树中插入单词　78

10.1.3　在前缀树中搜索单词　80

10.2　线段树　　82

10.3　二叉索引树　　86

10.3.1　二叉索引树的表示　87

10.3.2　getSum操作　87

10.3.3　update操作　88

10.3.4　二叉索引树的工作原理　89

10.4　实例1：范围和的个数　　90

10.4.1　利用线段树求解　90

10.4.2　利用二叉索引树求解　94

10.4.3　利用二分搜索求解　96

10.5　实例2：计算后面较小数字的

个数　　97

10.5.1　二叉索引树解法　97

10.5.2　二分搜索解法　98

10.5.3　线段树解法　99

第11章　图　100

11.1　图的表示　　100

11.1.1　邻接矩阵　100

11.1.2　邻接表　101

11.2　实例1：克隆图　　103

11.3　实例2：图验证树　　104

11.3.1　深度优先搜索解法　104

11.3.2　广度优先搜索解法　106

11.3.3　并查集解法　107

第三部分　算法

第12章　二分搜索　110

12.1　实例1：求平方根　　110

12.2　实例2：在旋转排序数组中

搜索　　111

12.3　案例3：会议室预订问题　　112

12.3.1　问题1：如何优化　112

12.3.2　问题2：如何预订多个

房间　113

第13章　双指针法　114

13.1　实例1：稀疏向量的点积　　114

13.2　实例2：最小窗口子字符串　　115

13.3　实例3：间隔列表相交　　116

13.4　实例4：最长连续1的个数　　119

13.5　实例5：查找字符串中的所有

字母　　121

第14章　动态规划　123

14.1　动态规划的基础知识　　123

14.2　实例1：买卖股票的最佳

时间　　124

14.3　实例2：硬币找零　　124

14.4　实例3：计算解码方式

总数　　125

第15章　深度优先搜索　127

15.1　深度优先搜索的应用　　127

15.2　实例1：太平洋和大西洋的

水流问题　　128

15.3　实例2：预测获胜者　　129

15.4　实例3：表达式加运算符　　130

第16章　回溯　132

16.1　实例1：数独求解　　132

16.2　实例2：扫地机器人　　135

第17章　广度优先搜索　137

17.1　广度优先搜索的应用　　138

17.2　实例1：墙和门　　139

17.3　实例2：课程表　　141

17.4　实例3：公交路线　　142

17.5　实例4：判断二分图　　143

17.6　实例5：单词阶梯　　145

第18章　并查集　147

18.1　并查集的基础知识　　147

18.2　实例：朋友圈　　150

18.2.1　广度优先搜索解法　150

18.2.2　深度优先搜索解法　151

18.2.3　并查集解法　152

第19章　数据结构与算法面试

真题实战　153

19.1　实例1：文件系统　　153

19.1.1　关于数据结构的探讨　154

19.1.2　面试题考查点　156

19.1.3　完整代码　156

19.2　实例2：最长有效词　　157

19.2.1　找到更快的解决方案　158

19.2.2　基于存储/缓存的解决

方案　159

19.2.3　面试题考查点　161

19.3　实例3：圆圈组　　161

19.3.1　圆圈组的个数　163

19.3.2　最大的k个圆圈组　163

第四部分　系统设计

第20章　系统设计理论　166

20.1　设计步骤　　166

20.1.1　描述使用场景、约束和

假设　166

20.1.2　构建高层设计　166

20.1.3　设计核心组件　167

20.1.4　扩展设计　169

20.2　域名系统　　171

20.3　负载均衡器　　172

20.4　分布式缓存系统　　173

20.5　哈希一致性　　176

第21章　系统设计实战　178

21.1　设计分布式缓存系统　　178

21.1.1　缓存无效　178

21.1.2　缓存逐出策略　179

21.1.3　设计分布式键值缓存

系统　180

21.2　设计网络爬虫系统　　181

21.2.1　架构设计　181

21.2.2　爬虫服务　181

21.2.3　处理重复链接　183

21.2.4　更新爬网结果　184

21.2.5　可扩展性设计　184

21.3　TinyURL的加密与解密　　185

21.3.1　系统的要求和目标　185

21.3.2　容量估算和约束　185

21.3.3　系统API　186

21.3.4　核心算法设计　187

21.3.5　数据库设计　187

21.3.6　数据分区和复制　188

21.3.7　缓存　188

21.3.8　负载均衡器　189

21.4　设计自动补全功能　　189

21.4.1　基本系统设计与算法　190

21.4.2　主数据结构　191

21.4.3　优化设计　192

21.5　设计新闻动态功能　　195

21.6　设计X（Twitter）应用　　198

21.7　设计Uber/Lyft应用　　203

第22章　多线程编程　206

22.1　多线程面试问题　　206

22.2　实例1：形成水分子　　207

22.3　实例2：打印零、偶数、

奇数　　208

第23章　设计机器学习系统　210

23.1　机器学习的基础知识　　210

23.1.1　什么是机器学习　210

23.1.2　为什么使用机器学习　211

23.1.3　监督学习和无监督学习　212

23.1.4　分类模型和回归模型　213

23.1.5　转换问题　214

23.1.6　关键数据　214

23.1.7　机器学习工作流程　215

23.1.8　欠拟合和过拟合　216

23.1.9　偏差和方差　217

23.2　机器学习的进阶知识　　220

23.2.1　处理不平衡的二进制

分类　220

23.2.2　高斯混合模型和K均值

的比较　221

23.2.3　梯度提升　221

23.2.4　决策树的约束　223

23.2.5　加权更新　223

23.2.6　随机梯度提升　223

23.2.7　惩罚性学习　224

23.3　机器学习面试　　224

23.3.1　机器学习面试考查点　224

23.3.2　机器学习面试的思路　226

23.4　实例1：搜索排名系统　　227

23.4.1　题目解读　227

23.4.2　指标分析　228

23.4.3　架构　229

23.4.4　结果选择　231

23.4.5　训练数据生成　237

23.4.6　排名　238

23.4.7　筛选结果　240

23.5　实例2：Netflix电影推荐

系统　　242

23.5.1　题目解读　242

23.5.2　指标分析　244

23.5.3　架构　246

23.5.4　特征工程　247

23.5.5　候选电影的产生　250

23.5.6　训练数据生成　252

23.5.7　排名　253
内容简介:
本书是一本全面的Python技术及面试指南，旨在帮助读者深入理解Python编程语言的核心概念，并掌握在技术面试中取得成功的关键技巧。全书分为4个部分。
  第*部分面试流程。这一部分详细介绍了硅谷公司的面试流程，包括非技术电话面试、技术电话面试（包括闲谈、技术沟通和提问环节）以及现场面试的准备和策略，既为读者提供了面试前的全面准备指导，也帮助读者在面试中展现出良好状态。
  第二部分数据结构。从基础的列表、堆栈、队列、优先队列、字典和集合，到更复杂的链表、二叉树、其他树结构（如前缀树、线段树、二叉索引树）和图的表示与应用，每一章都通过丰富的实例来展示如何巧妙应用这些数据结构。
  第三部分算法。这一部分覆盖了二分搜索、双指针法、动态规划、深度优先搜索、回溯、广度优先搜索、并查集等核心算法。结合面试真题，通过逐步分析，引导读者掌握每种算法的思想及其在解决实际问题中的应用。
  第四部分系统设计。理论知识部分，从设计需求分析到高层构建，然后到具体组件设计，再到扩展设计，帮助读者理解如何构建可扩展、高效的系统架构。实战案例部分，包括分布式缓存系统、网络爬虫系统、TinyURL加密与解密、自动补全功能、新闻动态功能、社交媒体应用和出行应用的设计，涵盖系统设计的关键技术。此外，这一部分涵盖了多线程编程与设计机器学习系统的知识，既帮助读者理解并行处理的概念和应用，又扩展机器学习的重要知识和面试技巧，并提供设计搜索排名系统和推荐系统的实例。
作者简介:
任建峰，分别于2005年和2009年获得西北工业大学博士学位和德州大学达拉斯分校博士学位。先后在美国高通、华为工作多年，从事计算机影像学/计算机视觉的芯片开发工作。目前在谷歌主要复杂计算影像方面的开发。发表论文30多篇，拥有30多项专利
目录:
Contents?目　　录

前　言

第一部分　面试流程

第1章　硅谷公司面试流程　2

1.1　非技术电话面试　　2

1.2　技术电话面试　　3

1.2.1　闲谈环节　3

1.2.2　技术沟通环节　3

1.2.3　提问环节　4

1.3　现场面试　　4

1.3.1　准备好闲谈素材　5

1.3.2　保持积极沟通　6

第二部分　数据结构

第2章　列表　8

2.1　列表的基础知识　　8

2.1.1　创建列表　8

2.1.2　向列表中添加元素　9

2.1.3　删除列表中的元素　11

2.2　实例1：最长连续1的个数　　12

2.3　实例2：二进制相加　　13

2.4　实例3：查询范围和　　15

2.4.1　利用一维数组求解　16

2.4.2　利用二维数组求解　16

2.5　实例4：随机索引　　18

2.6　实例5：下一个更大排列　　19

2.7　实例6：验证有效数字　　21

2.8　实例7：递归小数　　23

第3章　堆栈　25

3.1　堆栈的基础知识　　25

3.1.1　堆栈操作及时间复杂度　25

3.1.2　3种实现方式　26

3.1.3　堆栈的应用　29

3.2　实例1：通过最小移除操作

得到有效的括号　　29

3.3　实例2：函数的专用时间　　30

第4章　队列　33

4.1　队列的3种实现方式　　33

4.2　实例1：设计循环队列　　36

4.3　实例2：求和大于K的最短

非空连续子数组的长度　　38

第5章　优先队列　40

5.1　优先队列的3种实现方式　　40

5.2　实例1：雇用K个工人的最低

成本　　42

5.3　实例2：判断数组是否可以

拆分为连续的子序列　　43

第6章　字典　45

6.1　字典的基础知识　　45

6.1.1　创建字典　45

6.1.2　向字典中添加元素　46

6.1.3　访问字典中的元素　48

6.1.4　从字典中删除元素　49

6.2　实例1：和等于K的连续子

数组的总数　　50

6.3　实例2：标签中的最大值　　51

6.4　实例3：以平均时间复杂度

O(1)实现插入、删除和获取

随机值　　52

6.5　实例4：最近最少使用缓存　　54

第7章　集合　57

7.1　集合的基础知识　　57

7.2　集合的基本操作　　58

7.2.1　添加元素　58

7.2.2　删除元素　59

7.2.3　并集　59

7.2.4　交集　60

第8章　链表　61

8.1　双指针技术　　61

8.2　实例1：判断链表是否有循环　　62

8.3　实例2：两个链表的交集　　62

8.4　实例3：克隆随机链表　　64

8.5　实例4：反转链表　　65

第9章　二叉树　66

9.1　层次顺序遍历　　66

9.1.1　前序遍历　66

9.1.2　中序遍历　67

9.1.3　后序遍历　68

9.1.4　层序遍历　69

9.2　递归方法用于树的遍历　　69

9.2.1　自上而下的解决方案　70

9.2.2　自下而上的解决方案　70

9.3　实例1：二叉树的最低共同

祖先　　72

9.4　实例2：序列化和反序列化

二叉树　　73

9.5　实例3：求二叉树的最大

路径和　　74

9.6　实例4：将二叉树转换为

双链表　　75

第10章　其他树结构　77

10.1　前缀树　　77

10.1.1　前缀树节点的数据结构　78

10.1.2　在前缀树中插入单词　78

10.1.3　在前缀树中搜索单词　80

10.2　线段树　　82

10.3　二叉索引树　　86

10.3.1　二叉索引树的表示　87

10.3.2　getSum操作　87

10.3.3　update操作　88

10.3.4　二叉索引树的工作原理　89

10.4　实例1：范围和的个数　　90

10.4.1　利用线段树求解　90

10.4.2　利用二叉索引树求解　94

10.4.3　利用二分搜索求解　96

10.5　实例2：计算后面较小数字的

个数　　97

10.5.1　二叉索引树解法　97

10.5.2　二分搜索解法　98

10.5.3　线段树解法　99

第11章　图　100

11.1　图的表示　　100

11.1.1　邻接矩阵　100

11.1.2　邻接表　101

11.2　实例1：克隆图　　103

11.3　实例2：图验证树　　104

11.3.1　深度优先搜索解法　104

11.3.2　广度优先搜索解法　106

11.3.3　并查集解法　107

第三部分　算法

第12章　二分搜索　110

12.1　实例1：求平方根　　110

12.2　实例2：在旋转排序数组中

搜索　　111

12.3　案例3：会议室预订问题　　112

12.3.1　问题1：如何优化　112

12.3.2　问题2：如何预订多个

房间　113

第13章　双指针法　114

13.1　实例1：稀疏向量的点积　　114

13.2　实例2：最小窗口子字符串　　115

13.3　实例3：间隔列表相交　　116

13.4　实例4：最长连续1的个数　　119

13.5　实例5：查找字符串中的所有

字母　　121

第14章　动态规划　123

14.1　动态规划的基础知识　　123

14.2　实例1：买卖股票的最佳

时间　　124

14.3　实例2：硬币找零　　124

14.4　实例3：计算解码方式

总数　　125

第15章　深度优先搜索　127

15.1　深度优先搜索的应用　　127

15.2　实例1：太平洋和大西洋的

水流问题　　128

15.3　实例2：预测获胜者　　129

15.4　实例3：表达式加运算符　　130

第16章　回溯　132

16.1　实例1：数独求解　　132

16.2　实例2：扫地机器人　　135

第17章　广度优先搜索　137

17.1　广度优先搜索的应用　　138

17.2　实例1：墙和门　　139

17.3　实例2：课程表　　141

17.4　实例3：公交路线　　142

17.5　实例4：判断二分图　　143

17.6　实例5：单词阶梯　　145

第18章　并查集　147

18.1　并查集的基础知识　　147

18.2　实例：朋友圈　　150

18.2.1　广度优先搜索解法　150

18.2.2　深度优先搜索解法　151

18.2.3　并查集解法　152

第19章　数据结构与算法面试

真题实战　153

19.1　实例1：文件系统　　153

19.1.1　关于数据结构的探讨　154

19.1.2　面试题考查点　156

19.1.3　完整代码　156

19.2　实例2：最长有效词　　157

19.2.1　找到更快的解决方案　158

19.2.2　基于存储/缓存的解决

方案　159

19.2.3　面试题考查点　161

19.3　实例3：圆圈组　　161

19.3.1　圆圈组的个数　163

19.3.2　最大的k个圆圈组　163

第四部分　系统设计

第20章　系统设计理论　166

20.1　设计步骤　　166

20.1.1　描述使用场景、约束和

假设　166

20.1.2　构建高层设计　166

20.1.3　设计核心组件　167

20.1.4　扩展设计　169

20.2　域名系统　　171

20.3　负载均衡器　　172

20.4　分布式缓存系统　　173

20.5　哈希一致性　　176

第21章　系统设计实战　178

21.1　设计分布式缓存系统　　178

21.1.1　缓存无效　178

21.1.2　缓存逐出策略　179

21.1.3　设计分布式键值缓存

系统　180

21.2　设计网络爬虫系统　　181

21.2.1　架构设计　181

21.2.2　爬虫服务　181

21.2.3　处理重复链接　183

21.2.4　更新爬网结果　184

21.2.5　可扩展性设计　184

21.3　TinyURL的加密与解密　　185

21.3.1　系统的要求和目标　185

21.3.2　容量估算和约束　185

21.3.3　系统API　186

21.3.4　核心算法设计　187

21.3.5　数据库设计　187

21.3.6　数据分区和复制　188

21.3.7　缓存　188

21.3.8　负载均衡器　189

21.4　设计自动补全功能　　189

21.4.1　基本系统设计与算法　190

21.4.2　主数据结构　191

21.4.3　优化设计　192

21.5　设计新闻动态功能　　195

21.6　设计X（Twitter）应用　　198

21.7　设计Uber/Lyft应用　　203

第22章　多线程编程　206

22.1　多线程面试问题　　206

22.2　实例1：形成水分子　　207

22.3　实例2：打印零、偶数、

奇数　　208

第23章　设计机器学习系统　210

23.1　机器学习的基础知识　　210

23.1.1　什么是机器学习　210

23.1.2　为什么使用机器学习　211

23.1.3　监督学习和无监督学习　212

23.1.4　分类模型和回归模型　213

23.1.5　转换问题　214

23.1.6　关键数据　214

23.1.7　机器学习工作流程　215

23.1.8　欠拟合和过拟合　216

23.1.9　偏差和方差　217

23.2　机器学习的进阶知识　　220

23.2.1　处理不平衡的二进制

分类　220

23.2.2　高斯混合模型和K均值

的比较　221

23.2.3　梯度提升　221

23.2.4　决策树的约束　223

23.2.5　加权更新　223

23.2.6　随机梯度提升　223

23.2.7　惩罚性学习　224

23.3　机器学习面试　　224

23.3.1　机器学习面试考查点　224

23.3.2　机器学习面试的思路　226

23.4　实例1：搜索排名系统　　227

23.4.1　题目解读　227

23.4.2　指标分析　228

23.4.3　架构　229

23.4.4　结果选择　231

23.4.5　训练数据生成　237

23.4.6　排名　238

23.4.7　筛选结果　240

23.5　实例2：Netflix电影推荐

系统　　242

23.5.1　题目解读　242

23.5.2　指标分析　244

23.5.3　架构　246

23.5.4　特征工程　247

23.5.5　候选电影的产生　250

23.5.6　训练数据生成　252

23.5.7　排名　253