第一部分 计算机与计算 2
第1章 计算机、计算与计算思维 2
1.1计算机 2
1.2什么是计算 4
1.3怎样进行自动计算 5
1.3.1机械计算的探索历程 5
1.3.2基于二进制的电子计算的探索历程 6
1.3.3计算系统的探索历程 8
1.4计算系统的进一步发展 10
1.5计算机科学与计算科学 12
1.6计算之树——大学计算思维教育空间 13
1.6.1计算之树的树根——计算技术与计算系统的奠基性思维 14
1.6.2计算之树的树干——通用计算环境的进化思维 14
1.6.3计算之树的双色枝干——交替促进与共同进化的问题求解思维 15
1.6.4计算之树的树枝——计算与社会/自然环境的融合思维 15
1.6.5计算之树的另外两个维度——网络化思维与数据化思维 16
1.7本章小结 16
第2章 0和1——语义符号化、符号计算化与计算自动化 19
2.1自然/社会现象被表达成符号，就可以推演和计算 19
2.2任何信息都可以被表示成0，1，也就都能被计算 21
2.2.1数值信息表达成0和1——二进制 21
2.2.2数值信息的符号也可以表达成0和1——机器数 22
2.2.3数值信息的小数点的表达——定点数与浮点数 22
2.2.4英文字母符号等非数值性信息表达成0和1——编码 23
2.2.5中文汉字等非数值性信息表达成0和1——汉字编码及处理 24
2.2.6多媒体信息表达成0和1——图像、声音及视频编码 26
2.3任何计算都可以转换为逻辑运算来实现 27
2.3.1 0和1与逻辑——思维方式与逻辑运算 27
2.3.2二进制四则运算与逻辑运算的统一 29
2.4 0和1及其逻辑运算可以被自动执行——基本门电路 30
2.5分层构造与构造集成——由简单系统构造复杂系统 32
2.6本章小结 34
第3章 程序与递归：组合、抽象与构造 36
3.1计算系统与程序 36
3.2程序的构造——组合与抽象 39
3.2.1数值与运算组合式 39
3.2.2通过名字使用计算对象——命名组合式 40
3.2.3通过名字使用计算对象——命名新运算 41
3.2.4运算组合式的计算 43
3.2.5带条件的计算规则及其构造 44
3.3程序构造的基本手段——递归与迭代 44
3.3.1递归的感性认识——具有自相似性重复的事物 45
3.3.2数学中的递推式与数学归纳法 46
3.3.3计算中的递归及递归函数——构造 47
3.3.4递归的运用——用有限的语句定义对象的无限集合 50
3.3.5程序的递归构造——自身调用自身，高阶调用低阶 52
3.3.6递归与迭代和循环的关系 54
3.4本章小结 57
第二部分 计算系统 60
第4章冯·诺依曼计算机——机器级程序及其执行 60
4.1通用计算机器的核心——指令、程序及其执行 60
4.1.1图灵机的基本思想——数据、指令、程序及其自动执行 60
4.1.2基本图灵机模型——以状态变换表达程序及其执行 61
4.2冯·诺依曼计算机——存储程序与自动执行 63
4.3机器指令与机器级程序与算法 64
4.4存储器——可按地址自动存取内容的部件 66
4.5运算器和控制器暨CPU——可自动执行机器指令和程序的部件 70
4.6机器级程序的存储与执行 72
4.7本章小结 75
第5章 现代计算机——复杂环境下分工、合作与协同执行程序 78
5.1现代计算机的基本构成 78
5.2现代计算机的神经中枢——操作系统 79
5.3存储体系——不同性能资源的组合优化思维 80
5.4存储体系环境下的分工、合作与协同 83
5.5操作系统对不同资源的管理 84
5.5.1磁盘与文件管理——化整为零，零存整取 84
5.5.2内存管理与处理机管理 88
5.6操作系统管理和控制着程序的执行——合作与协同 89
5.7操作系统对资源的高效协同利用——分时与并行控制 91
5.8现代计算机的演进与发展 93
5.9现代计算机的工作过程 94
5.10本章小结 96
第6章 由机器语言到高级语言——程序设计 98
6.1由机器语言到高级语言 98
6.1.1机器语言、汇编语言与汇编程序（编译器） 98
6.1.2高级语言与编译器 99
6.1.3计算机语言与编译器——不同层级语言与编译器/虚拟机器 102
6.2计算机语言（程序）的基本构成要素 105
6.2.1常量、变量与表达式 105
6.2.2语句与程序控制 107
6.2.3函数与函数调用 111
6.2.4高级语言程序示例 113
6.2.5关于常量和变量的进一步说明 116
6.3利用可视化编程语言进行程序设计 119
6.3.1一种可视化编程语言环境Visual Basic简介 119
6.3.2 Visual Basic编程方法 121
6.3.3 Visual Basic编程过程 123
6.3.4利用Visual Basic进行程序设计 125
6.4本章小结 132
第三部分 算法思维 136
第7章 算法——程序与计算系统的灵魂 136
7.1算法的基本概念 136
7.2建立问题的数学模型——数学建模 139
7.3算法策略选择——算法思想 141
7.4算法设计——算法思想的精确表达 142
7.4.1算法的数据结构设计 142
7.4.2算法的控制结构——算法的步骤设计 146
7.5算法的实现——算法的程序设计 149
7.6算法的模拟与分析 150
7.6.1算法的正确性分析 150
7.6.2算法的复杂性分析 150
7.7本章小结 152
第8章 怎样研究算法——排序算法研究示例 154
8.1为什么要研究排序算法——待求解问题的理解 154
8.1.1结构化数据表的查找与统计需要排序 154
8.1.2非结构化数据（文档）的查找与搜索也需要排序 157
8.2基本排序算法 158
8.2.1内排序算法——如果数据能够全部装入内存 158
8.2.2外排序算法——如果数据太大不能一次性装入内存 162
8.3 PageRank排序——排序问题的不同思考方法 165
8.3.1问题背景 165
8.3.2 PageRank的基本概念——由问题语义挖掘求解思想 166
8.3.3 PageRank算法及实例——由问题到数学的典型示例 168
8.3.4算法的复杂性及分析 171
8.4本章小结 171
第9章 怎样研究算法——遗传算法研究示例 173
9.1可求解与难求解问题 173
9.1.1 P类问题和NP类问题 173
9.1.2 NP类问题的一种典型求解思想——求近似解 174
9.1.3仿生学算法——理解自然界中生物的问题求解思维，设计NP问题的求解算法 174
9.2从社会/自然中寻求问题求解的思想——生物学中的遗传与进化 175
9.2.1生物领域的遗传 175
9.2.2生物领域基本的遗传方式——基因重组方式 176
9.2.3生物界的进化——优胜劣汰，适者生存 176
9.3将社会/自然思想应用于计算——遗传算法的简单示例 177
9.4探讨算法的本质——遗传算法为什么可以求解NP问题 179
9.5算法研究的根本是问题求解——组合优化问题及遗传算法求解 180
9.5.1几个典型组合优化问题的抽象 180
9.5.2可能解的染色体编码问题 183
9.5.3交叉、变异与随机处理——遗传规则问题 184
9.5.4遗传算法设计的其他问题 187
9.5.5遗传算法的进一步思考 187
9.6本章小结 188
第四部分 信息素养 192
第10章 怎样管理和利用数据 192
10.1数据为什么要管理 192
10.2什么是数据库 193
10.2.1数据库系统 193
10.2.2数据库管理系统的基本功能——从用户角度看 194
10.2.3数据库管理系统的基本功能——从系统角度看 196
10.3结构化数据库的核心——关系模型 197
10.3.1现实世界到数据世界的转换桥梁——数据模型 197
10.3.2二维数据表——关系的通俗解释 198
10.3.3二维数据表——关系的数学定义 200
10.3.4关系数据操作——关系代数 201
10.3.5关系模型 205
10.4结构化数据库语言——SQL 206
10.4.1利用SQL定义数据库的结构 207
10.4.2利用SQL进行数据库内容的添加、修改与删除 208
10.4.3利用SQL进行数据库内容的查询 209
10.4.4利用SQL进行数据库统计操作——集函数 216
10.5数据库的社会影响 218
10.5.1各种资源聚集成库 218
10.5.2数据库的运用及相关问题 219
10.6本章小结 220
第11章 怎样连接和利用网络 223
11.1为什么要连接和利用网络 223
11.1.1电子邮件 223
11.1.2网络搜索与浏览 224
11.1.3更多的网络应用 226
11.2计算机网络 226
11.2.1网络通信基础 226
11.2.2计算机组网与连接 231
11.2.3 TCP/IP协议及计算机网络传输过程 238
11.3网络运用及其社会影响 248
11.3.1网络运用基础——HTML语言与XML语言 248
11.3.2网络自动搜索——搜索引擎 252
11.3.3群体智慧的魔力 254
11.3.4分散化资源的整合集中与整合资源的分散化利用 255
11.4本章小结 256
第12章 怎样编排和出版 258
12.1信息出版 258
12.1.1传统媒介出版与电子媒介出版 258
12.1.2电子媒介出版：多媒体、动态性与非线性 259
12.2信息出版物的基本要素及其属性 260
12.2.1认识“文字”及其属性 260
12.2.2认识“段落”及其属性 261
12.2.3认识“版面”及其属性 264
12.3期刊文章与图书的构成要素与编排要求 266
12.3.1概述 266
12.3.2标题与文档结构 268
12.3.3插图、表格与公式 269
12.3.4目录与索引 272
12.3.5引用与参考文献、页眉与页脚 273
12.3.6版面及风格的一致性及其保证方法 273
12.4电子讲演稿的基本构成要素及要求 274
12.4.1电子讲演稿 274
12.4.2电子讲演稿的条目化处理：蕴涵着层次逻辑关系 274
12.4.3电子讲演稿的形象化处理：用视觉形象表达抽象概念 275
12.4.4电子讲演稿的动画处理：体现思维的过程性 276
12.4.5电子讲演稿的规整化处理：整齐与不整齐带来不同的感受 277
12.5非线性媒介出版物的内容组织方法 277
12.6本章小结 279
第13章 怎样保护信息与网络的安全 281
13.1什么是信息安全 281
13.1.1信息安全及其重要意义 281
13.1.2信息安全领域的内涵、外延及发展 282
13.1.3认识一下真正的黑客 284
13.2如何防治计算机病毒 286
13.2.1什么是计算机病毒 286
13.2.2了解计算机病毒的机理 287
13.2.3如何防治计算机病毒 291
13.3如何防范网络入侵 293
13.3.1什么是网络入侵 293
13.3.2了解网络入侵的机理 294
13.3.3第一道网络防线——防火墙 300
13.3.4入侵者的噩梦：入侵检测系统 302
13.4信息安全法律法规及道德规范 303
13.4.1信息犯罪 303
13.4.2信息安全道德规范 304
13.4.3信息安全法律法规 305
13.5本章小结 306