计算机科学导论 以Python为舟PDF电子书下载

第1章 计算机学什么 1

1.1 探索黑匣子——从一个程序谈起 2

1.1.1 探索黑匣子之计算机硬件 2

1.1.2 探索黑匣子之计算机软件 3

1.1.3 探索黑匣子之操作系统 4

1.1.4 计算机系统的层次 4

1.2 计算机编程的基本概念 7

1.2.1 初窥高级语言 7

1.2.2 乘Python之舟进入计算机语言的世界 9

1.2.3 活学活用——运用Python的基本功能解决数学问题 14

小结 16

1.3 计算机核心知识——算法 17

1.3.1 算法的重要性 17

1.3.2 解平方根算法一 18

1.3.3 解平方根算法二 20

1.3.4 解平方根算法三 21

小结 23

1.4 什么是计算机 24

1.4.1 历史上的计算机 24

1.4.2 嵌入式系统 25

1.4.3 未来的计算机 27

小结 29

1.5 计算机前沿知识——大数据 29

1.5.1 数据 29

1.5.2 大数据 30

1.5.3 大数据的应用 30

小结 33

1.5.4 对数据和逻辑的正确态度——沙老师的话 33

1.6 计算机科学之美 36

1.6.1 无处不在的计算机 36

1.6.2 计算机学科本身包含的知识面之广 38

本章总结 40

习题1 41

第2章 神奇的0与1 42

2.1 进位制的概念 42

小结 44

2.2 不同进制间的转换 44

2.2.1 二进制数转换为十进制数 45

2.2.2 十进制数转换为二进制数 47

2.2.3 二、八、十六进制的巧妙转换 50

小结 51

2.3 计算中的二进制四则运算 52

2.3.1 无符号整数与加法 53

2.3.2 乘法与除法 53

2.3.3 带符号整数的减法 54

2.3.4 小数—浮点数 57

小结 58

2.4 一切都是逻辑 59

2.4.1 什么是逻辑运算 60

2.4.2 电路实现逻辑（课时不足时，可不讲本节） 61

2.4.3 用逻辑做加法 63

2.4.4 加法与控制语句 67

小结 68

2.5 计算机中的存储 69

2.5.1 数据的存储形式 69

2.5.2 存储设备 73

小结 75

2.6 谈0与1的美 76

2.6.1 简单开关的无限大用 76

2.6.2 二进制逻辑的神奇妙用 76

2.6.3 “亢龙有悔”和“否极泰来” 77

2.6.4 “若见诸相非相，即见如来” 78

习题2 79

第3章 程序是如何执行的 82

3.1 引例 82

3.2 a＝a＋1的执行过程 83

3.2.1 分解a＝a＋1的执行步骤 83

3.2.2 CPU中的核心部件 83

3.2.3 汇编指令的概念 84

3.2.4 a＝a＋1的完整执行过程 86

小结 88

3.3 控制结构的执行 88

3.3.1 if-else选择语句 89

3.3.2 分支跳转指令 89

3.3.3 if-else选择语句的执行 90

3.3.4 while循环语句的执行 92

3.3.5 for循环语句的执行 93

小结 94

3.4 关于Python的函数调用 94

3.4.1 函数的基本概念 95

3.4.2 Python函数入门 96

3.4.3 局部变量与全局变量 97

小结 101

3.5 函数调用过程的分析 101

3.5.1 返回地址的存储 102

3.5.2 函数调用时栈的管理 104

小结 110

3.6 几种通用的编程语言 110

小结 115

3.7 对计算机程序的领悟 115

3.7.1 清晰的语义 116

3.7.2 严谨的逻辑 116

3.7.3 巧妙的结构 117

3.7.4 智能是程序计算出来的 117

小结 120

习题3 120

第4章 学习Python语言 124

4.1 简洁的Python 124

4.2 Python内置数据结构 125

4.2.1 Python基本数据类型 125

4.2.2 列表 128

4.2.3 再谈字符串 133

4.2.4 字典——类似数据库的结构 135

4.3 Python赋值语句 140

4.3.1 基本赋值语句 140

4.3.2 序列赋值 140

4.3.3 扩展序列赋值 141

4.3.4 多目标赋值 141

4.3.5 增强赋值语句 142

4.4 Python控制结构 143

4.4.1 if语句 143

4.4.2 while循环语句 145

4.4.3 for循环语句 148

4.5 Python函数调用 150

4.6 Python自定义数据结构 158

4.6.1 面向过程与面向对象 158

4.6.2 面向对象基本概念——类与对象 159

4.7 基于Python面向对象编程实现数据库功能 160

4.7.1 Python面向对象方式实现数据库的学生类 161

4.7.2 Python面向对象方式实现数据库的课程类 162

4.7.3 Python创建数据库的学生与课程类组 162

4.7.4 Python实例功能模拟 163

4.8 有趣的小乌龟——Python之绘图 164

4.8.1 初识小乌龟 164

4.8.2 小乌龟绘制基础图形 165

4.8.3 小乌龟绘制迷宫 168

习题4 170

第5章 计算思维的核心——算法 173

5.1 计算思维是什么 173

小结 178

5.2 递归的基本概念 178

小结 184

5.3 分治法 185

小结 191

5.4 贪心算法 191

小结 194

5.5 动态规划 195

小结 206

5.6 以老鼠走迷宫为例 206

小结 210

5.7 谈计算思维的美 210

5.7.1 递归思想的美 212

5.7.2 计算思维求解问题的基本方式的美 213

5.7.3 问题复杂度的研究之美 214

习题5 216

第6章 操作系统简介 220

6.1 计算机的启动 221

6.1.1 启动自检阶段 221

6.1.2 初始化启动阶段 221

6.1.3 启动加载阶段 221

6.1.4 内核装载阶段 222

6.1.5 登录阶段 223

6.2 认识操作系统 226

6.3 操作系统对硬件资源管理——硬件中断与异常 227

6.3.1 操作系统对I/O设备管理——硬件中断 227

6.3.2 操作系统对CPU的管理——硬件中断 229

6.3.3 操作系统对内存的管理——“异常”中断 231

6.4 操作系统对应用程序提供较安全可靠的服务——软件中断 232

6.4.1 内核态与用户态 232

6.4.2 系统调用——软件中断 235

6.4.3 常用系统调用 235

6.4.4 系统调用实例：read系统调用 236

6.5 操作系统对多运行环境的管理 237

6.5.1 进程 238

6.5.2 进程状态 238

6.5.3 进程调度 239

6.6 文件系统 241

6.6.1 文件基本概念 241

6.6.2 目录树结构 242

6.6.3 Python中的文件操作 243

6.6.4 学生实例的扩展 245

习题6 248

第7章 并行计算 250

7.1 并行计算简介 250

7.1.1 并行计算能加速程序执行 251

7.1.2 并行计算的基本概念 253

7.1.3 并行计算的难点——进程间通信 254

7.1.4 并行计算能模拟现实中的复杂情况 255

7.2 多进程编程 256

7.2.1 多进程编程在Python中的实现 256

7.2.2 牛刀小试——使用多进程加快求解问题的速度 260

7.3 进程通信 262

7.3.1 共享内存的基本概念 262

7.3.2 共享内存的Python实现 263

7.4 多进程编程实例 264

7.4.1 方差计算的多进程实现 265

7.4.2 N阶矩阵与N维向量相乘的多进程实现 268

7.4.3 基于价格波动的生产者决策模拟 269

7.4.4 电梯运行与调度模拟 277

7.5 利用多核进行并行计算的思考 285

7.5.1 没有智慧的计算就是浪费 285

7.5.2 能自己做就自己做，不要总是请示协调 285

7.5.3 让大家共享多核，有福同享就是云计算 286

7.5.4 分布式计算也是多核计算 287

习题7 288

第8章 计算机网络与物联网 290

8.1 无远弗届的网络 290

小结 294

8.1.1 物理层（Physical Layer） 294

小结 296

8.1.2 数据链路层（Data Link Layer） 297

小结 298

8.1.3 网络层（Network Layer） 299

小结 303

8.1.4 传输层（Transport Layer） 304

小结 307

8.1.5 应用层（Application Layer） 308

小结 309

8.2 Web＝？ 309

8.2.1 一个简单的网页代码 309

小结 310

8.2.2 网页访问流程 310

小结 312

8.2.3 网页的动静之分 312

8.2.4 网站用什么说话 313

小结 315

8.2.5 关于本地计算机上的一个小网页 316

8.3 对计算机网络的领悟 317

8.4 初窥物联网 319

8.4.1 未来生活中的物联网 320

8.4.2 智能家居 320

8.4.3 智能交通 320

8.4.4 医疗物联网 323

8.4.5 物联网相关技术 324

小结 326

习题8 326

第9章 信息安全 328

9.1 引言 328

9.2 常见威胁 330

9.2.1 网络的威胁 330

9.2.2 恶意软件 333

小结 340

9.2.3 拒绝服务 340

9.3 措施和技术 343

9.3.1 密码学 343

小结 351

9.3.2 防火墙 352

9.3.3 入侵检测 353

9.3.4 网络安全 355

9.3.5 系统安全 356

9.3.6 杀毒软件 357

9.4 手机病毒 358

9.5 硬件安全：木马电路与旁道攻击 359

9.5.1 硬件木马 360

9.5.2 旁道攻击 361

9.6 谈信息安全之美 362

习题9 363

参考文献 366