第1部分 计算工具 3
第1章 计算工具和技术特征 3
1.1 计算机的发展 3
1.1.1 早期的计算工具 3
1.1.2 中世纪的计算机 5
1.1.3 现代计算机发展 8
1.1.4 微型计算机发展 11
1.2 计算机的类型 14
1.2.1 类型与特点 14
1.2.2 大型计算机 15
1.2.3 微型计算机 17
1.2.4 嵌入式计算机 19
1.3 计算机的特征 21
1.3.1 计算机技术特征 21
1.3.2 软件特征与类型 23
1.3.3 计算机人机界面 26
1.3.4 计算机技术指标 29
1.4 计算机新技术 32
1.4.1 物联网技术发展 32
1.4.2 云计算技术发展 33
1.4.3 大数据技术发展 35
1.4.4 计算社会学发展 37
1.4.5 志愿者计算项目 39
习题1 41
第2章 程序语言和软件开发 42
2.1 程序语言特征 42
2.1.1 程序语言的演化 42
2.1.2 程序语言的类型 47
2.1.3 入门级编程语言 48
2.1.4 编程环境与平台 50
2.1.5 程序解释与编译 52
2.2 程序基本结构 56
2.2.1 C程序结构 56
2.2.2 数据类型 57
2.2.3 关键字 59
2.2.4 表达式 61
2.2.5 控制结构 63
2.3 程序语言介绍 67
2.3.1 面向对象编程语言Java 67
2.3.2 动态程序设计语言Python 72
2.3.3 数据统计编程语言R 75
2.3.4 逻辑推理编程语言Prolog 77
2.3.5 并行编程接口规范MPI 80
2.4 软件开发方法 83
2.4.1 编程语言评估 83
2.4.2 软件工程特征 85
2.4.3 程序设计原则 87
2.4.4 软件测试方法 88
2.4.5 软件开发模型 91
习题2 93
第2部分 计算思维 97
第3章 计算思维和人工智能 97
3.1 计算思维 97
3.1.1 计算思维的特征 97
3.1.2 数学思维的概念 98
3.1.3 工程思维的概念 101
3.1.4 计算机解题方法 103
3.1.5 数学模型的构建 105
3.2 建模案例 106
3.2.1 囚徒困境：博弈策略建模 106
3.2.2 机器翻译：统计语言建模 109
3.2.3 平均收入：安全计算建模 112
3.2.4 网页搜索：布尔检索建模 114
3.2.5 生命游戏：细胞自动机建模 116
3.3 解题方法 121
3.3.1 枚举法 121
3.3.2 分治法 122
3.3.3 贪心法 124
3.3.4 动态规划 125
3.3.5 筛法求素数 128
3.3.6 随机化算法 130
3.4 图灵机与人工智能 132
3.4.1 图灵机的结构与原理 132
3.4.2 不完备性与可计算性 136
3.4.3 停机问题与NP问题 137
3.4.4 图灵测试与人工智能 141
3.4.5 人工智能研究与应用 143
习题3 148
第4章 算法基础和数据结构 149
4.1 算法的特征 149
4.1.1 算法的定义 149
4.1.2 算法的表示 150
4.1.3 算法的评估 152
4.1.4 算法复杂度 153
4.2 递归与迭代 156
4.2.1 递归算法思想 156
4.2.2 迭代算法思想 158
4.2.3 递归与迭代的区别 159
4.2.4 递归与迭代的应用 160
4.3 排序与查找 162
4.3.1 冒泡排序 162
4.3.2 插入排序 163
4.3.3 快速排序 164
4.3.4 二分查找 166
4.3.5 索引查找 167
4.4 数据结构 169
4.4.1 基本概念 169
4.4.2 线性结构 172
4.4.3 树形结构 174
4.4.4 图形结构 179
4.4.5 文件结构 182
习题4 186
第3部分 计算技术 189
第5章 信息编码和逻辑运算 189
5.1 数值信息编码 189
5.1.1 二进制编码特征 189
5.1.2 不同数制的转换 192
5.1.3 二进制整数编码 195
5.1.4 二进制小数编码 196
5.1.5 二进制补码运算 199
5.2 非数值信息编码 202
5.2.1 英文字符编码 202
5.2.2 中文字符编码 204
5.2.3 国际字符编码 207
5.2.4 声音的数字化 209
5.2.5 图像的数字化 211
5.3 压缩与纠错编码 214
5.3.1 信息量的度量 214
5.3.2 无损压缩编码 217
5.3.3 有损压缩技术 221
5.3.4 信号纠错编码 223
5.4 逻辑运算与应用 227
5.4.1 基本逻辑运算 227
5.4.2 命题逻辑演算 230
5.4.3 谓词逻辑演算 233
5.4.4 逻辑运算应用 235
习题5 238
第6章 硬件结构和操作系统 239
6.1 计算机系统结构 239
6.1.1 冯·诺依曼结构 239
6.1.2 计算机集群结构 241
6.1.3 集群分布式计算Hadoop 245
6.1.4 网格分布式计算BOINC 248
6.1.5 新型计算机研究 249
6.2 计算机工作原理 251
6.2.1 层次模型 251
6.2.2 数据存储 252
6.2.3 数据传输 255
6.2.4 数据运算 257
6.2.5 指令系统 260
6.3 计算机硬件系统 262
6.3.1 主机结构 262
6.3.2 CPU部件 264
6.3.3 主板部件 267
6.3.4 存储设备 269
6.3.5 集成电路 272
6.4 计算机操作系统 273
6.4.1 操作系统类型 274
6.4.2 微机操作系统Windows 275
6.4.3 网络操作系统Linux 277
6.4.4 手机操作系统Android 280
6.4.5 操作系统功能 283
6.4.6 程序执行过程 286
6.4.7 系统引导过程 288
习题6 289
第7章 网络通信和信息安全 290
7.1 网络原理 290
7.1.1 网络基本类型 290
7.1.2 网络通信协议 292
7.1.3 网络体系结构 294
7.1.4 网络通信技术 297
7.1.5 无线网络技术 300
7.2 网络服务 304
7.2.1 服务模型 304
7.2.2 网络地址 306
7.2.3 域名系统 307
7.2.4 因特网服务 307
7.2.5 HTML语言 310
7.3 安全防护 312
7.3.1 安全问题 312
7.3.2 黑客攻击 314
7.3.3 安全体系 316
7.3.4 隔离技术 317
7.3.5 防火墙技术 318
7.4 信息加密 320
7.4.1 加密原理 320
7.4.2 RSA加密 322
7.4.3 密码破解 326
7.4.4 数字认证 329
7.4.5 安全计算 334
习题7 336
第8章 应用技术和学科特征 337
8.1 数据库技术应用 337
8.1.1 数据库的组成 337
8.1.2 数据库的操作 339
8.1.3 SQL语言特征 341
8.1.4 NoSQL数据库 342
8.1.5 嵌入式数据库SQLite 344
8.2 图形处理技术 348
8.2.1 三维图形技术 348
8.2.2 动画工作原理 353
8.2.3 数字图像处理 356
8.2.4 信息的可视化 359
8.3 常用应用软件 362
8.3.1 常用办公软件Office 362
8.3.2 图像处理软件Photoshop 366
8.3.3 网站设计软件Dreamweaver 369
8.3.4 系统仿真软件MATLAB 372
8.4 学科特征和职业规范 375
8.4.1 学科基本特征 375
8.4.2 学科经典问题 377
8.4.3 知识产权保护 380
8.4.4 职业道德规范 382
8.4.5 职业卫生健康 383
习题8 385
参考文献 386
附录A 常用数学符号和英文缩写读音 388