名师名校新形态通识教育“十三五”规划教材 大学计算机 理解和运用计算思维2025|PDF|Epub|mobi|kindle电子书版本百度云盘下载

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第1章 什么是计算思维1

1.1 趣味故事：用小白鼠检验毒水瓶1

1.2 什么是计算思维2

1.2.1 二进制思维2

1.2.2 二分法——人类普遍应用的思维3

1.2.3 过程化与符号变换思维4

1.2.4 计算思维的概念5

1.3 扩展学习：计算思维的价值在哪里5

1.3.1 0和1及其特性6

1.3.2 偶校验：判断数据传输有无错误7

1.3.3 类比小白鼠问题判断哪一位出错8

1.4 基础知识：进位制及其相互转换10

1.4.1 二进制、十进制与r进制10

1.4.2 进位制之间的相互转换12

1.5 计算之树——大学计算思维教育空间14

1.6 为什么要学习和怎样学习计算思维15

1.6.1 为什么：设计、构造和应用典型的计算工具需要计算思维15

1.6.2 怎样学：了解认知学习的不同深度16

1.6.3 怎样学：对比—联想式学习方法16

第2章 计算思维基础：0和1与逻辑17

2.1 用0和1表示万事万物17

2.1.1 用0和1进行编码17

2.1.2 用0和1编码表示英文字母与符号18

2.1.3 用0和1表示中文文字19

2.1.4 用0和1表示图像21

2.1.5 习与练：识别0/1串表示的语义22

2.1.6 扩展学习：用0和1表示万事万物23

2.2 用0和1与逻辑表达计算26

2.2.1 基本逻辑运算：与、或、非、异或26

2.2.2 基于0和1表达的逻辑运算27

2.2.3 习与练：应用逻辑运算表达复杂计算关系28

2.3 用0和1与逻辑实现自动化31

2.3.1 用开关性元件实现基本逻辑运算31

2.3.2 用另一种符号表达逻辑运算31

2.3.3 习与练：应用逻辑运算认识电子电路32

2.4 为什么要学习和怎样学习本章内容33

2.4.1 为什么：符号化—计算化—自动化思维是计算机最本质的思维模式33

2.4.2 怎样学：习练式学习方法34

第3章 计算思维基础：0和1与机器程序35

3.1 如何让机器自动计算一个多项式35

3.2 用0和1表达机器中的数据：机器数36

3.2.1 机器存储数据的一些限制36

3.2.2 有符号数及符号的表达37

3.2.3 扩展学习：小数点的表达39

3.2.4 扩展学习：减法是可以用加法实现的40

3.3 用0和1表达机器能够完成的动作（指令）：一种形式的编码42

3.4 用0和1表达机器程序43

3.4.1 习与练：读一读机器程序43

3.4.2 习与练：改一改机器程序44

3.5 基础知识：机器语言、汇编语言与高级语言45

3.5.1 计算机语言45

3.5.2 机器语言及微程序语言46

3.5.3 汇编语言46

3.5.4 高级语言46

3.6 为什么要学习和怎样学习本章内容48

3.6.1 为什么：数据、指令和程序是计算思维最基本的内容48

3.6.2 怎样学：体验式学习方法48

第4章 机器程序的执行49

4.1 机器数据和机器程序的保存与读写：存储器49

4.1.1 存储单元：存储地址与存储内容的区别49

4.1.2 习与练：读一读存储器中的程序与数据51

4.2 从概念层面理解机器程序的执行54

4.3 从内部结构层面理解机器程序的执行55

4.3.1 运算器：实现基本运算的部件55

4.3.2 控制器：机器程序的解读与执行部件55

4.3.3 一台完整的计算机56

4.3.4 扩展学习：信号传递次序的控制机制——时钟与节拍57

4.4 从动态执行过程层面理解机器程序的执行58

4.4.1 机器指令的执行：取指令与执行指令58

4.4.2 习与练：场景中模拟机器程序的执行60

4.5 为什么要学习和怎样学习本章内容63

4.5.1 为什么：学习计算机，首先要理解机器程序是如何被执行的63

4.5.2 怎样学：场景理解式学习方法63

第5章 程序构造是一种计算思维65

5.1 表达程序的一种简单方法：数值与运算组合式65

5.1.1 一种简单的语言：运算组合式65

5.1.2 习与练：用运算组合式进行组合构造训练67

5.2 程序构造基本——命名计算对象69

5.2.1 计算对象的命名、再构造与计算执行69

5.2.2 习与练：计算对象的命名、再构造与计算执行70

5.3 程序构造基本：定义新运算／新过程70

5.3.1 定义新运算符，即新的运算（或新的过程）70

5.3.2 习与练：新运算符的定义、使用与计算执行72

5.3.3 运算组合式的两种计算模式75

5.4 扩展学习：复杂程序的构造75

5.4.1 运算组合式中条件的表达方法75

5.4.2 习与练：用条件运算组合式构造复杂的程序77

5.5 为什么要学习和怎样学习本章内容79

5.5.1 为什么：程序是体现计算系统千变万化功能的表达手段79

5.5.2 怎样学：练中学与学中练80

第6章 程序的基本构造手段：递归与迭代81

6.1 一些需要递归表达的示例81

6.2 计算中的递推式与递归函数83

6.2.1 递推式与递归函数的概念83

6.2.2 习与练：体验递归函数的构造魅力84

6.3 体验两种不同递归函数的魅力86

6.3.1 习与练：体验两种递归函数的计算过程86

6.3.2 两种递归函数的计算过程分析87

6.4 习与练：递归与迭代的运用88

6.4.1 语言语法要素的递归定义及运用88

6.4.2 汉诺塔——一种似乎只能用递归求解的问题91

6.5 扩展学习：递归程序的执行过程92

6.5.1 实现阶乘运算的递归程序和迭代程序执行过程比较92

6.5.2 实现斐波那契数列的递归程序和迭代程序执行过程比较94

6.6 为什么要学习和怎样学习本章内容96

6.6.1 为什么：递归和迭代是表达机器重复执行动作的基本方法96

6.6.2 怎样学：模拟式学习方法96

第7章 计算机语言与程序编写97

7.1 一个高级语言程序设计的示例及分析97

7.2 高级语言程序的基本要素100

7.2.1 常量、变量与赋值语句100

7.2.2 算术表达式、比较表达式与逻辑表达式101

7.2.3 分支结构控制语句If102

7.2.4 有界循环结构控制语句For103

7.2.5 条件循环结构控制语句Do While104

7.2.6 函数结构语句104

7.2.7 系统函数及其调用106

7.2.8 几种计算机语言的程序基本要素书写规范比较106

7.3 习与练：用高级语言编写程序108

7.3.1 基本表达式及赋值语句的书写练习108

7.3.2 基本程序控制语句的书写练习109

7.3.3 啤酒瓶问题求解的程序设计110

7.3.4 利用差分法求解多项式的程序设计：迭代法111

7.3.5 阅读并模拟执行高级语言程序113

7.4 为什么要学习和怎样学习本章内容115

7.4.1 为什么：计算机语言是人与机器交流的工具115

7.4.2 怎样学：写程序与读程序115

第8章 理解复杂计算环境：计算思维与管理116

8.1 基本的计算环境：存储体系116

8.1.1 不同类型的存储器116

8.1.2 不同类型的存储器需组合使用，实现性能—价格的优化117

8.1.3 现代计算机的基本计算环境119

8.2 计算环境的管理者：操作系统120

8.2.1 操作系统的作用120

8.2.2 “分工—合作—协同”思维理解操作系统121

8.3 习与练：存储资源的化整为零与还零为整123

8.3.1 一个化整为零的示例123

8.3.2 磁盘与文件管理124

8.3.3 进一步理解化整为零与还零为整127

8.4 现代计算机的演进与发展130

8.4.1 了解操作系统管理CPU的方式130

8.4.2 现代计算机的演进与发展132

8.5 为什么要学习和怎样学习本章内容134

8.5.1 为什么：由理解“计算资源的管理”到理解“社会资源的管理”134

8.5.2 怎样学：化复杂为简单135

第9章 问题求解策略与算法表达136

9.1 问题求解与算法：两个问题的提出136

9.2 算法及其基本表达方法139

9.2.1 一种问题求解思维及算法的概念139

9.2.2 算法的3种基本表达方法140

9.2.3 习与练：基本算法的表达142

9.3 习与练：用遍历策略与贪心策略进行问题求解147

9.3.1 用遍历策略求解TSP问题与背包问题147

9.3.2 遍历策略求解存在什么问题149

9.3.3 用贪心策略求解TSP问题与背包问题151

9.4 习与练：算法表达153

9.4.1 TSP问题求解的算法表达153

9.4.2 背包问题求解的算法表达154

9.5 为什么要学习和怎样学习本章内容156

9.5.1 为什么：所有的计算问题都体现为算法156

9.5.2 怎样学：阅读算法、表达算法与构造算法156

第10章 数据管理思维也是一种计算思维158

10.1 数据与数据管理158

10.2 数据的基本形态：表与关系159

10.2.1 熟悉表及其相关的术语159

10.2.2 习与练：深入理解“表／关系”的特性161

10.3 数据表的基本操作：关系操作164

10.3.1 熟悉表的基本操作：关系操作164

10.3.2 习与练：用关系操作及其组合操纵数据165

10.4 扩展学习：关系及关系代数170

10.4.1 关系：“表”的数学定义170

10.4.2 关系代数：“表”操作的数学定义172

10.5 为什么要学习和怎样学习本章内容175

10.5.1 为什么：数据管理需要抽象、理论和设计175

10.5.2 怎样学：理解—区分—命名—表达176

第11章 数据库系统与数据库语言177

11.1 数据库系统与数据库管理系统177

11.1.1 数据库系统177

11.1.2 关系数据库管理系统的基本思维模式179

11.2 关系数据库语言SQL180

11.2.1 由关系模型初步认识SQL180

11.2.2 SQL语言总体概览181

11.2.3 熟悉建立数据库的SQL语句182

11.2.4 习与练：利用SQL语言建立数据库183

11.3 习与练：用SQL语言进行数据查询184

11.3.1 熟悉SELECT-FROM-WHERE-ORDER BY语句184

11.3.2 习与练：用SELECT-FROM-WHERE-ORDER BY语句进行数据查询185

11.4 习与练：用SQL语言进行数据统计计算189

11.4.1 熟悉SELECT-FROM-WHERE-GROUP BY语句189

11.4.2 习与练：用SELECT-FRCM-WHERE-GRCUP BY语句进行统计计算189

11.5 扩展学习：用SQL语言进行复杂查询192

11.5.1 熟悉子查询192

11.5.2 利用子查询进行复杂查询193

11.6 扩展学习：数据库管理系统的功能194

11.7 为什么要学习和怎样学习本章内容196

11.7.1 为什么：数据管理也是计算思维196

11.7.2 怎样学：案例式对比式学习196

第12章 数据与社会：数据也是生产力197

12.1 什么是大数据197

12.2 数据分析示例：多维数据分析198

12.2.1 一个例子：超市数据库198

12.2.2 熟悉最基本的数据分析方法——二维交叉表200

12.2.3 由二维数据分析发展为多维数据分析201

12.3 数据挖掘示例：炒股不看股盘看微博204

12.3.1 啤酒与尿布的故事204

12.3.2 理解一些基本概念204

12.3.3 由事务数据库挖掘关联规则——数据挖掘示例206

12.3.4 还能挖掘什么样的规则209

12.3.5 还能从哪些形式数据中挖掘210

12.4 大数据与社会211

12.4.1 大数据运用的一个例子211

12.4.2 大数据价值发现：不一样的思维212

12.4.3 大数据的隐私问题213

12.5 扩展学习：大数据的管理213

12.5.1 大数据管理：由结构化到非结构化213

12.5.2 各种资源聚集成库215

12.6 为什么要学习和怎样学习本章内容216

12.6.1 为什么：大数据改变了人的观念，不可能的也许就是可能216

12.6.2 怎样学习：思维上要浮想联翩，技术上要不求甚解216

第13章 网络化社会基础：计算机网络218

13.1 计算机网络——社会互联的基础218

13.1.1 通信基础218

13.1.2 协议、分层与不同的编解码器223

13.1.3 计算机网络的分类226

13.2 对比邮政网络，理解计算机网络228

13.2.1 解剖邮政网络228

13.2.2 对比邮政网络，理解计算机网络中的有关层次及概念229

13.3 扩展学习：TCP/IP不同层次协议的简要解析233

13.3.1 网络层（IP层）——对应收发邮局层233

13.3.2 应用层协议——对应发件人／收件人层235

13.3.3 传输层协议——对应聚集点／分送点层237

13.3.4 数据链路层——对应发送站点／接收站点层239

13.3.5 物理层——对应运输层239

13.4 为什么要学习和怎样学习本章内容240

13.4.1 为什么：互联互通是信息社会的高级阶段240

13.4.2 怎样学习：类比分析式学习法240

第14章 信息网络：信息组织与信息传播的基本思维241

14.1 机器成为信息的新载体，互联网成为信息传播的新手段241

14.2 标记语言：信息网络构建的基础243

14.2.1 熟悉信息网络中一种广泛应用的语言：标记语言243

14.2.2 万维网的基本思维246

14.3 无限资源库的发掘和利用250

14.3.1 网络自动搜索——搜索引擎251

14.3.2 互联网半／非结构化数据管理：XML253

14.3.3 扩展学习：半／非结构化数据（文档）的查找与搜索256

14.3.4 扩展学习：互联网网页排序的基本思维257

14.4 为什么要学习和怎样学习本章内容261

14.4.1 为什么：互联网的智能化基础261

14.4.2 怎样学习：内容驱动技术的学习方法261

第15章 网络与社会：互联的世界262

15.1 互联网的创新思维262

15.1.1 大众产生内容，大众创造价值262

15.1.2 大众开发软件，大众消费软件，大众创造价值263

15.1.3 由购买转为租用，由销售转为出租：云计算／云服务265

15.2 “互联网＋”的创新思维266

15.2.1 什么是“互联网＋”266

15.2.2 基于物联网的产品全生命期服务：不卖产品卖服务266

15.2.3 万般皆服务与共享经济268

15.2.4 智慧地球与国家人工智能规划270

15.3 网络化与社会：问题与挑战272

15.4 为什么要学习和怎样学习本章内容272

15.4.1 为什么：自动化—网络化—智能化是发展趋势272

15.4.2 怎样学习：不怕做不到，只怕想不到273