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第一章 计算思维基础知识1

1.1 科学与计算科学1

1.1.1 科学的概念1

1.1.2 计算科学与计算学科3

1.1.3 计算机科学与计算机学科6

1.2 思维与科学思维7

1.2.1 思维基础7

1.2.2 科学思维8

1.2.3 科学思维的分类9

1.3 计算思维的概念10

1.3.1 计算思维的定义10

1.3.2 计算思维的特征11

1.3.3 计算思维的本质12

1.3.4 计算思维与计算机的关系12

1.4 计算思维的应用领域13

1.4.1 生物学13

1.4.2 脑科学14

1.4.3 化学15

1.4.4 经济学16

1.4.5 艺术17

1.5 计算学科的典型问题18

1.5.1 排序问题19

1.5.2 汉诺塔问题19

1.5.3 国王的婚姻20

1.5.4 旅行商问题20

本章小结21

思考题22

参考文献22

第二章 计算理论与计算模型23

2.1 计算的几种视角23

2.1.1 计数与计算23

2.1.2 逻辑与计算24

2.1.3 算法与计算25

2.2 计算理论26

2.2.1 计算与计算过程26

2.2.2 可计算性理论27

2.2.3 停机问题29

2.2.4 计算复杂性理论30

2.2.5 问题求解的过程33

2.3 计算模型34

2.3.1 图灵机34

2.3.2 冯·诺依曼机36

2.3.3 量子计算机39

2.3.4 生物计算机42

2.4 计算科学的数学基础45

2.4.1 数理逻辑45

2.4.2 集合论47

2.4.3 代数系统49

2.4.4 图论50

本章小结53

思考题53

参考文献54

第三章 算法基础55

3.1 算法的概念55

3.1.1 算法的起源55

3.1.2 算法的定义和特征55

3.2 算法的描述56

3.2.1 自然语言57

3.2.2 流程图57

3.2.3 伪代码58

3.2.4 程序设计语言60

3.3 算法的设计61

3.3.1 穷举法61

3.3.2 回溯法62

3.3.3 递归64

3.3.4 分治法66

3.3.5 贪心法67

3.3.6 动态规划69

3.4 算法的评价和分析70

3.4.1 算法的正确性70

3.4.2 算法的复杂度71

3.5 算法中的常用数学工具76

3.5.1 求和76

3.5.2 递归方程求解78

本章小结79

思考题80

参考文献80

第四章 程序设计语言82

4.1 程序设计语言简介82

4.1.1 机器语言82

4.1.2 汇编语言83

4.1.3 高级语言84

4.2 程序设计语言发展历程86

4.3 命令式程序设计语言88

4.3.1 结构化程序设计88

4.3.2 面向对象程序设计94

4.4 函数式程序设计语言98

4.5 逻辑式程序设计语言100

4.6 标记语言和Web开发语言102

4.6.1 标记语言102

4.6.2 Web开发语言103

4.7 SQL语言106

本章小结107

思考题107

参考文献107

第五章 计算机硬件基础109

5.1 数制与运算109

5.1.1 数制的概念109

5.1.2 常用的数制109

5.1.3 各种数制的转换111

5.1.4 计算机为什么采用二进制113

5.2 数据的存储与表示113

5.2.1 存储容量单位及地址113

5.2.2 数值的表示115

5.2.3 字符的表示118

5.2.4 汉字的表示119

5.2.5 声音的表示121

5.2.6 图像的表示122

5.3 布尔逻辑与门电路124

5.3.1 布尔逻辑和运算124

5.3.2 门电路125

5.3.3 组合逻辑电路举例127

5.4 计算机硬件组成128

5.4.1 计算机硬件结构128

5.4.2 中央处理器129

5.4.3 存储系统131

5.4.4 输入设备136

5.4.5 输出设备139

5.5 指令系统及执行142

5.5.1 指令和程序142

5.5.2 计算机的工作过程143

5.6 组网与互联网146

5.6.1 网络基础知识146

5.6.2 网络体系结构153

5.6.3 因特网及应用157

5.6.4 网络安全基础164

5.6.5 物联网与云计算171

本章小结176

思考题177

参考文献178

第六章 计算机软件基础180

6.1 计算机软件概述180

6.1.1 计算机软件的概念180

6.1.2 计算机软件的发展历史181

6.1.3 计算机软件的层次结构181

6.1.4 计算机软件与硬件的关系182

6.2 操作系统183

6.2.1 操作系统的概念183

6.2.2 常用操作系统190

6.2.3 协调机器的活动194

6.2.4 竞争控制197

6.2.5 操作系统的计算思维199

6.3 办公软件202

6.3.1 文字处理202

6.3.2 电子表格203

6.3.3 演示文稿203

6.4 数据库系统204

6.4.1 数据库系统基础204

6.4.2 关系模型207

6.4.3 数据挖掘209

6.5 软件工程210

6.5.1 软件危机211

6.5.2 软件工程定义211

6.5.3 软件生存周期211

6.5.4 软件工程方法213

6.6 人工智能214

6.6.1 人工智能基础214

6.6.2 人工神经网络218

6.6.3 机器人学220

本章小结222

思考题223

参考文献223

第七章 计算文化与计算机职业道德教育225

7.1 计算文化225

7.1.1 计算文化与专业素质225

7.1.2 人类对计算本质的认识228

7.1.3 计算文化历史：其人其事233

7.1.4 计算机发展的启示244

7.2 网络文化245

7.2.1 网络文化概述246

7.2.2 网络文化消费251

7.2.3 人肉搜索与自组织理论253

7.2.4 网络舆情分析与引导255

7.2.5 社会计算与平行系统258

7.3 计算机职业道德教育261

7.3.1 道德和职业道德261

7.3.2 计算机伦理与网络伦理267

7.3.3 计算机知识产权273

7.3.4 网络隐私与自由277

7.3.5 计算机犯罪280

本章小结283

思考题284

参考文献285

索引286