注重培養(yǎng)計(jì)算思維

通過弱化計(jì)算機(jī)學(xué)科專業(yè)知識(shí)，強(qiáng)化和引導(dǎo)讀者思考怎樣利用“計(jì)算思維”解決問題。

真正實(shí)現(xiàn)知識(shí)落地

以簡單、容易上手的Python語言為基礎(chǔ)，闡述問題的求解過程，以演示和驗(yàn)證為手段讓知識(shí)“落地”。

“大學(xué)計(jì)算機(jī)”是高等院校非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的通識(shí)課程。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)學(xué)科涵蓋的知識(shí)內(nèi)容越來越多，知識(shí)更新速度很快。同時(shí)，計(jì)算機(jī)也普遍應(yīng)用到各行各業(yè)。作為大學(xué)生的第一門計(jì)算機(jī)課程內(nèi)容，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與應(yīng)用的發(fā)展而不斷更新和演變。課程開設(shè)至今，大致經(jīng)歷了從了解和使用計(jì)算機(jī)發(fā)展到計(jì)算機(jī)文化與使用軟件再到目前以“計(jì)算思維”為導(dǎo)向組織和學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)的相關(guān)內(nèi)容幾個(gè)階段。

如何將“計(jì)算思維”理念植入到大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)的教學(xué)內(nèi)容中，一直是各大高校積極探討的主題。怎樣將紛繁復(fù)雜的計(jì)算機(jī)知識(shí)組織起來，培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力，正是本書編寫的目的。

鑒于計(jì)算機(jī)知識(shí)內(nèi)容本身的特點(diǎn)和學(xué)生入校時(shí)計(jì)算機(jī)學(xué)科的“零基礎(chǔ)”，要想面向?qū)W生開設(shè)一門稱為“怎么像計(jì)算機(jī)科學(xué)家一樣思考”的課，面向非專業(yè)的，而不僅僅是計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的學(xué)生，這自然就給教材的編寫帶來挑戰(zhàn)：選取哪些內(nèi)容、內(nèi)容怎樣組織、怎樣才能讓內(nèi)容通俗易懂。

本書引導(dǎo)讀者通過探索計(jì)算機(jī)“計(jì)算”的本源，以大家熟悉的圓周率計(jì)算問題為引線，貫穿全書。通過通俗易懂的語言，而非抽象和專業(yè)的方式闡述內(nèi)容，循序漸進(jìn)、娓娓道來。本書以問題為引線，以求解的思維過程為內(nèi)容，以技術(shù)和原理為輔助，啟發(fā)和培養(yǎng)讀者的計(jì)算思維能力。通過弱化計(jì)算機(jī)學(xué)科專業(yè)知識(shí)，強(qiáng)化和引導(dǎo)讀者思考怎樣利用“計(jì)算思維”解決問題。以簡單、容易上手的Python 語言為基礎(chǔ)，闡述問題的求解過程，培養(yǎng)讀者閱讀簡單程序的能力，以演示和驗(yàn)證為手段讓知識(shí)能夠“落地”。

周以真教授提出：計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)。它是一種普遍的認(rèn)識(shí)和一類普適的技能，每一個(gè)人，不僅僅是計(jì)算機(jī)科學(xué)家，都應(yīng)熱心于它的學(xué)習(xí)和運(yùn)用。本教材正是為那些沒有任何計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)而想盡快了解和掌握計(jì)算機(jī)知識(shí)的人而編寫，特別適合大中專院校初次接觸計(jì)算機(jī)的新生所用。

由于本書涵蓋的知識(shí)面廣而新，且把紛繁復(fù)雜的內(nèi)容用通俗方式描述，加之作者水平有限，書中難免存在不妥之處，敬請同行專家和讀者朋友批評(píng)指正。

前言
第1 章　計(jì)算與計(jì)算機(jī) .......................................... 1
1.1　π 的故事 ........................................................... 1
1.2　計(jì)算技術(shù)的演化 .............................................. 5
1.3　自動(dòng)計(jì)算與電子計(jì)算機(jī) ................................ 11
1.3.1　數(shù)據(jù)的0/1 化與電路實(shí)現(xiàn) ..................... 11
1.3.2　基本邏輯運(yùn)算與基本的門電路 ............ 17
1.3.3　二進(jìn)制加法運(yùn)算與邏輯運(yùn)算的統(tǒng)一 .... 20
1.3.4　加法器的設(shè)計(jì) ........................................ 23
1.3.5　“九九歸一”的加法運(yùn)算 .................... 25
1.3.6　分層構(gòu)造與集成的設(shè)計(jì)思想 ................ 26
1.4　計(jì)算機(jī)的構(gòu)造 ................................................ 29
1.5　閱讀材料—信息編碼與信息單位 ............ 33
本章總結(jié) ................................................................. 35
課后習(xí)題 ................................................................. 35
第2 章　計(jì)算、程序與常用計(jì)算方法 ................... 37
2.1　簡單計(jì)算與運(yùn)算組合式 ................................ 37
2.1.1　前綴表示法構(gòu)造運(yùn)算組合式 ................ 37
2.1.2　運(yùn)用運(yùn)算組合式構(gòu)造程序?qū)崿F(xiàn)簡單
　　　計(jì)算 ........................................................ 38
2.1.3　分段函數(shù)計(jì)算與帶條件的運(yùn)算
　　　組合式 .................................................... 39
2.1.4　應(yīng)用舉例 ................................................ 40
2.2　遞歸與迭代 .................................................... 41
2.2.1　使用迭代來構(gòu)造程序 ............................ 41
2.2.2　使用遞歸來構(gòu)造程序 ............................ 42
本章總結(jié) ................................................................. 43
課后習(xí)題 ................................................................. 44
第3 章　計(jì)算與計(jì)算機(jī)程序 ................................. 45
3.1　簡單計(jì)算與計(jì)算表達(dá)式 ................................ 45
3.1.1　常量與變量 ............................................ 46
3.1.2　數(shù)據(jù)的類型 ............................................ 47
3.1.3　運(yùn)算符與表達(dá)式 .................................... 49
3.2　復(fù)雜問題求解與程序設(shè)計(jì) ............................ 52
3.2.1　程序控制結(jié)構(gòu) ........................................ 55
3.2.2　面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的基本思想 ............ 60
3.2.3　使用第三方庫 ........................................ 64
本章總結(jié) ................................................................. 66
課后習(xí)題 ................................................................. 67
第4 章　計(jì)算問題求解的思想和方法 ................... 69
4.1　計(jì)算問題求解范例 ........................................ 69
4.1.1　數(shù)據(jù)查詢范例 ........................................ 69
4.1.2　基本優(yōu)化 ................................................ 70
4.2　算法的定義 .................................................... 72
4.3　問題求解的過程 ............................................ 72
4.4　算法復(fù)雜度 .................................................... 72
4.4.1　算法的時(shí)間復(fù)雜度 ................................ 73
4.4.2　算法時(shí)間復(fù)雜度的計(jì)算 ........................ 73
4.4.3　算法的空間復(fù)雜度 ................................ 74
4.5　二分查找 ........................................................ 74
4.6　詞頻統(tǒng)計(jì) ........................................................ 76
4.6.1　數(shù)字統(tǒng)計(jì) ................................................ 76
4.6.2　中文分詞 ................................................ 77
4.7　近似計(jì)算 ........................................................ 79
4.8　閱讀材料—二分查找與詞頻統(tǒng)計(jì)的
　　 Python 實(shí)現(xiàn) .................................................... 81
本章總結(jié) ................................................................. 82
課后習(xí)題 ................................................................. 82
第5 章　了解與使用網(wǎng)絡(luò) ..................................... 83
5.1　因特網(wǎng)概述 .................................................... 83
5.1.1　因特網(wǎng)的產(chǎn)生 ........................................ 83
5.1.2　計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的通信過程 ........................ 83
5.1.3　網(wǎng)絡(luò)的分層思想 .................................... 85
5.1.4　因特網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸 ................................ 87
5.1.5　IP 地址.................................................... 90
5.1.6　TCP 協(xié)議 ................................................ 94
5.1.7　域名解析系統(tǒng) ........................................ 99
5.2　網(wǎng)絡(luò)連接 ...................................................... 103
5.2.1　網(wǎng)絡(luò)連接的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) .......................... 103
5.2.2　網(wǎng)絡(luò)連接使用的傳輸介質(zhì) .................. 104
5.2.3　網(wǎng)絡(luò)連接常用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 .................. 109
5.3　因特網(wǎng)接入 .................................................. 112
5.3.1　利用電話網(wǎng)接入 .................................. 112
5.3.2　利用有線電視網(wǎng)接入 .......................... 113
5.3.3　利用光纖接入 ...................................... 114
本章總結(jié) ............................................................... 116
課后習(xí)題 ............................................................... 116
第6 章　數(shù)據(jù)組織與管理基礎(chǔ) ............................ 118
6.1　數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ) .................................................. 119
6.2　數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)組織 .................................. 120
6.3　關(guān)系數(shù)據(jù)庫中操作數(shù)據(jù) .............................. 121
6.4　數(shù)據(jù)庫語言SQL .......................................... 128
6.5　閱讀材料—常見數(shù)據(jù)組織格式 .............. 138
本章總結(jié) ............................................................... 139
課后習(xí)題 ............................................................... 140
第7 章　初識(shí)并行計(jì)算與分布式計(jì)算 ................. 141
7.1　并行計(jì)算 ...................................................... 141
7.1.1　并行計(jì)算的引例 .................................. 141
7.1.2　什么是并行計(jì)算 .................................. 143
7.1.3　為什么需要并行計(jì)算 .......................... 143
7.1.4　并行計(jì)算技術(shù)的分類 .......................... 145
7.2　分布式計(jì)算 .................................................. 149
7.2.1　分布式計(jì)算引例 .................................. 149
7.2.2　什么是分布式計(jì)算 .............................. 152
7.2.3　為什么需要分布式計(jì)算 ...................... 152
7.3　初識(shí)分布式計(jì)算框架MapReduce .............. 152
7.3.1　什么是MapReduce .............................. 152
7.3.2　MapReduce 能做什么 .......................... 153
7.3.3　基于MapReduce 的處理過程示例 ..... 154
7.3.4　MapReduce 編程模型的執(zhí)行步驟 ...... 155
本章總結(jié) ............................................................... 158
課后習(xí)題 ............................................................... 158
第8 章　初識(shí)云計(jì)算與云計(jì)算平臺(tái) .................... 159
8.1　什么是云計(jì)算 .............................................. 159
8.2　云計(jì)算的獨(dú)有優(yōu)勢 ...................................... 161
8.3　云計(jì)算的服務(wù)類型 ...................................... 162
8.4　幾種重要的云計(jì)算平臺(tái) .............................. 164
8.5　云計(jì)算的應(yīng)用與未來 .................................. 167
8.6　閱讀材料—大數(shù)據(jù)的崛起 ...................... 169
本章總結(jié) ............................................................... 171
課后習(xí)題 ............................................................... 171
第9 章　初識(shí)人工智能 ...................................... 172
9.1　什么是人工智能 .......................................... 173
9.2　推理和搜索 .................................................. 174
9.3　知識(shí)與專家系統(tǒng) .......................................... 175
9.4　機(jī)器學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí) .................................. 180
9.5　閱讀材料—人工智能是否會(huì)超越人類
　　 智能并最終取代人類 .................................. 183
本章總結(jié) ............................................................... 187
課后習(xí)題 ............................................................... 188
參考文獻(xiàn) ............................................................ 189

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20. 大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教程實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)與測試題集 [主編 饒拱維 吳華光 巫滿秀]
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23. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)教程（第三版） [主 編 王向慧 康秀蘭]
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28. 新編計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)教程 [主編　戴毅　吳瑞芝　賈姍姍]
29. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ) [主編 譚慧 楊志茹]
30. 大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)與習(xí)題解析 [主編 闕清賢 羅如為]