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計算思維-計算學科導論 版權信息
- ISBN：9787121256998
- 條形碼：9787121256998 ; 978-7-121-25699-8
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
計算思維-計算學科導論 本書特色
本書共分7章，分別介紹計算與計算思維、充滿智慧與挑戰的計算理論（技術）基礎、計算思維之方法學、計算思維之算法基礎、面向計算之問題求解思想與方法、計算思維之程序基礎、基于計算之問題求解思想與方法、從“計算”到“文化”等。 本書特點：一是知識面比較廣、內容非常豐富；二是盡量體現“實例化、生活化、故事化、圖文并茂”的指導思想，以增強可讀性；三是內容比較新穎。 本書可作為高等院校計算機專業和非計算機專業的入門教材，也可供相關技術人員參考學習。
計算思維-計算學科導論 內容簡介
1. 對計算思維具有獨到見解。 2.既適合作為高等學校各專業學生計算機入門課程的教材，也可以作為計算機及相關專業“計算機導論”課程的教材。
計算思維-計算學科導論 目錄
第1章 計算與計算思維 1
1.1 計算需求與計算技術的演化 2
1.1.1 遠古時代的原始計算方法 2
1.1.2 機械式計算技術 6
1.1.3 機電式計算技術 7
1.1.4 電子計算技術 8
1.1.5 并行與分布式計算 11
1.1.6 云計算與海計算 12
1.1.7 未來的計算 13
1.2 科學研究的三大方法——理論、實驗與計算 14
1.3 計算（機）科學與計算學科 15
1.4 計算思維 18
1.4.1 什么是計算思維？ 18
1.4.2 狹義計算思維與廣義計算思維 19
1.4.3 計算思維之應用 21
閱讀材料：計算機發展史大事記 24
第2章 充滿智慧與挑戰的計算理論（技術）基礎 32
2.1 獨辟蹊徑的數據表示方法 32
2.1.1 數據的表示——棄“十”選“二”的神來之筆 32
2.1.2 有限的字長與大小不一的數據 39
2.1.3 符號的表示——編碼 41
2.1.4 鴻溝與代價 42
2.2 從邏輯學到邏輯電路——思維可計算嗎 47
2.2.1 生活中的“邏輯問題” 47
2.2.2 邏輯與思維 48
2.2.3 數理邏輯 52
2.2.4 邏輯推理與人工智能 55
2.2.5 邏輯門電路 57
2.3 “九九歸一”的加法運算 58
2.3.1 加法運算及其加法器的設計 58
2.3.2 補碼運算——把減法當加法做 61
2.4 計算的本質——圖靈機及其計算能力 62
2.4.1 圖靈機模型 62
2.4.2 圖靈機的工作原理 64
2.4.3 圖靈機的計算能力 67
2.5 計算機的構造——馮諾依曼機及其工作原理 72
2.5.1 馮諾依曼型計算機的組成和工作原理 73
2.5.2 思想與技術的演化 75
2.5.3 馮諾依曼型計算機的特點及其局限性 78
2.6 計算技術的開拓與發展 79
2.7 什么都能計算嗎——難題及其可計算性 82
2.7.1 難題何其多 83
2.7.2 可計算性與計算復雜性 86
2.7.3 難題大挑戰及其科學意義 88
【閱讀材料】計算機系統（pc機）的硬件組成 92
第3章 計算思維之方法學 99
3.1 問題求解過程 99
3.1.1 人類解決客觀世界問題的思維過程 99
3.1.2 借助于計算機的問題求解過程 101
3.1.3 兩種問題求解過程的對比 104
3.2 數學模型——問題的抽象表示 104
3.3 數據存儲結構 108
3.3.1 順序存儲結構 108
3.3.2 鏈式存儲結構 109
3.3.3 索引存儲結構 111
3.3.4 散列存儲結構 111
3.4 客觀世界到計算機世界的映射方法 112
3.4.1 面向過程的結構化設計方法學 112
3.4.2 面向對象程序設計方法學 116
3.5 時間與空間及其相互轉換 122
3.6 抽象 124
3.6.1 什么是抽象（abstraction） 124
3.6.2 計算學科中的抽象 128
3.6.3 抽象的層次性 128
3.6.4 程序中的抽象 131
3.6.5 抽象與模型 133
3.6.6 抽象與計算機語言 134
3.7 串行與并行 137
3.8 局部化與信息隱藏 139
3.8.1 局部化 139
3.8.2 信息隱藏（information hiding） 140
3.9 精確、近似與模糊 141
3.10 折中與中庸之道 142
【閱讀材料】計算機軟件及其軟件系統 144
第4章 計算思維之算法基礎 149
4.1 算法 149
4.1.1 什么是算法 149
4.1.2 算法的性質 152
4.1.3 算法的種類 153
4.1.4 算法的表示（描述） 154
4.1.5 算法與程序 159
4.1.6 算法的比較與分析 161
4.2 算法設計的基本思想與方法 164
4.2.1 窮舉法（也稱為枚舉法，enumeration） 164
4.2.2 遞推法（recurrence） 166
4.2.3 遞歸法 168
4.2.4 回溯法（backtracking）* 173
4.2.5 分治法（divide and conquer） 178
4.2.6 仿生法——蟻群算法（ant colony optimization，aco）* 181
4.2.7 并行算法* 184
4.2.8 算法設計與計算思維 186
4.3 幾個常用的經典算法 186
4.3.1 累加和、連乘積與*大（小）值 187
4.3.2 查找 188
4.3.3 排序 191
4.3.4 邏輯分析與推理 201
閱讀材料：matlab問題表示與計算 207
第5章 面向計算之問題求解思想與方法 213
5.1 大海撈針的搜索引擎 213
5.1.1 網頁的自動下載與存儲 214
5.1.2 網頁索引與匹配 215
5.1.3 網頁排序方法 218
5.2 瞞天過海的密碼技術 225
5.2.1 有趣的對稱加密技術 226
5.2.2 難解的非對稱加密技術 229
5.2.3 數字簽名及其應用 232
5.3 令人期待的人工智能 235
5.3.1 人工智能時代正在快步走來 235
5.3.2 人工智能方法論 237
5.3.3 人工智能應用 241
5.3.4 展望未來，人工智能會顛覆一切 242
5.4 不可思議的自糾錯技術 243
5.4.1 面臨的問題與挑戰 243
5.4.2 重復傳輸 244
5.4.3 冗余編碼 246
5.4.4 校驗 247
5.4.5 錯誤定位 250
5.4.6 推廣應用 252
5.5 柳暗花明的自然語言處理 254
5.5.1 美好愿景 254
5.5.2 原始的“逐詞替換” 254
5.5.3 基于“規則”的方法 256
5.5.4 從“規則”到“統計” 259
5.5.5 基于統計的機器翻譯 260
5.6 削尖腦袋的數據壓縮技術 262
5.6.1 無損壓縮及其方法 262
5.6.2 有損壓縮之“thinking” 275
5.6.3 展望未來 276
閱讀材料：計算機網絡 277
第6章 計算思維之程序設計基礎 280
6.1 數據的類型與本質 280
6.1.1 我們熟悉的數與數據 280
6.1.2 計算機世界中的數據 282
6.1.3 數據的類型與本質 283
6.2 變量的特定含義 285
6.2.1 “先定義，后使用” 286
6.2.2 變量得有自己“好聽”的名字 287
6.2.3 變量是有類型的 287
6.2.4 變量的作用域 288
6.2.5 變量的生命周期 289
6.3 有窮與無窮 290
6.3.1 數據的有窮性 291
6.3.2 程序的有窮性 291
6.4 程序的基本控制結構 292
6.4.1 順序結構 292
6.4.2 條件選擇結構 293
6.4.3 循環結構 293
6.5 問題求解的本質過程 294
6.6 效率與可讀性 295
6.7 程序的構造特性 297
6.8 上下文無關文法 298
6.9 二義性 298
6.10 嚴謹性 299
閱讀材料：計算機語言概述 300
第7章 基于計算之問題求解的思想和方法 304
7.1 重復迭代，尋根問底——方程求根 304
7.1.1 二分法（bisection method） 304
7.1.2 簡單迭代法 306
7.1.3 牛頓法 308
7.1.4 其他求根方法 310
7.2 有限劃分，無限逼近——定積分的計算 312
7.2.1 問題求解的基本思路與方法 312
7.2.2 求解算法 315
7.3 千年求精，萬年求真——求解圓周率π 316
7.3.1 關于圓周率的計算 316
7.3.2 圓周率的計算史 317
7.3.3 圓周率的計算方法 319
7.3.4 圓周率的計算永無止境 322
7.3.5 研究圓周率的意義 322
7.4 大事化小，小事化了——有限元計算 324
7.4.1 有限元方法的誕生 324
7.4.2 什么是有限元方法 324
7.4.3 有限元方法的基本思想 325
7.4.4 有限元法求解問題的步驟 326
7.4.5 有限元方法的應用 326
7.4.6 有限元方法中的計算思維 329
7.5 萬事俱備，不欠東風——數值天氣預報 330
7.5.1 天氣預報的發展 331
7.5.2 現代數值天氣預報原理 333
7.5.3 天氣預報對計算技術永無止境的需求 336
7.6 賭城之名，絕妙之法——蒙特卡羅法 337
7.6.1 蒙特卡羅方法導引 337
7.6.2 蒙特卡羅方法的基本思想與過程 338
7.6.3 蒙特卡羅方法的應用與分析 339
7.7 精確制導，百步穿楊——巡航導彈制導系統 341
7.7.1 制導方法分類 342
7.7.2 “戰斧”式巡航導彈 344
7.8 紅樓遺夢，作者存疑——《紅樓夢》作者是誰 345
閱讀材料：python語言 346
第8章 從“計算”到“文化” 354
8.1 文化與計算文化 354
8.2 計算文化的本質特征 355
8.3 計算文化與傳統文化 357
閱讀材料：一路走來的“云計算” 359
附錄a ascii碼字符集 363
附錄b 幾種常用進位制數值對照表 365
參考文獻 366
1.1 計算需求與計算技術的演化 2
1.1.1 遠古時代的原始計算方法 2
1.1.2 機械式計算技術 6
1.1.3 機電式計算技術 7
1.1.4 電子計算技術 8
1.1.5 并行與分布式計算 11
1.1.6 云計算與海計算 12
1.1.7 未來的計算 13
1.2 科學研究的三大方法——理論、實驗與計算 14
1.3 計算（機）科學與計算學科 15
1.4 計算思維 18
1.4.1 什么是計算思維？ 18
1.4.2 狹義計算思維與廣義計算思維 19
1.4.3 計算思維之應用 21
閱讀材料：計算機發展史大事記 24
第2章 充滿智慧與挑戰的計算理論（技術）基礎 32
2.1 獨辟蹊徑的數據表示方法 32
2.1.1 數據的表示——棄“十”選“二”的神來之筆 32
2.1.2 有限的字長與大小不一的數據 39
2.1.3 符號的表示——編碼 41
2.1.4 鴻溝與代價 42
2.2 從邏輯學到邏輯電路——思維可計算嗎 47
2.2.1 生活中的“邏輯問題” 47
2.2.2 邏輯與思維 48
2.2.3 數理邏輯 52
2.2.4 邏輯推理與人工智能 55
2.2.5 邏輯門電路 57
2.3 “九九歸一”的加法運算 58
2.3.1 加法運算及其加法器的設計 58
2.3.2 補碼運算——把減法當加法做 61
2.4 計算的本質——圖靈機及其計算能力 62
2.4.1 圖靈機模型 62
2.4.2 圖靈機的工作原理 64
2.4.3 圖靈機的計算能力 67
2.5 計算機的構造——馮諾依曼機及其工作原理 72
2.5.1 馮諾依曼型計算機的組成和工作原理 73
2.5.2 思想與技術的演化 75
2.5.3 馮諾依曼型計算機的特點及其局限性 78
2.6 計算技術的開拓與發展 79
2.7 什么都能計算嗎——難題及其可計算性 82
2.7.1 難題何其多 83
2.7.2 可計算性與計算復雜性 86
2.7.3 難題大挑戰及其科學意義 88
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第3章 計算思維之方法學 99
3.1 問題求解過程 99
3.1.1 人類解決客觀世界問題的思維過程 99
3.1.2 借助于計算機的問題求解過程 101
3.1.3 兩種問題求解過程的對比 104
3.2 數學模型——問題的抽象表示 104
3.3 數據存儲結構 108
3.3.1 順序存儲結構 108
3.3.2 鏈式存儲結構 109
3.3.3 索引存儲結構 111
3.3.4 散列存儲結構 111
3.4 客觀世界到計算機世界的映射方法 112
3.4.1 面向過程的結構化設計方法學 112
3.4.2 面向對象程序設計方法學 116
3.5 時間與空間及其相互轉換 122
3.6 抽象 124
3.6.1 什么是抽象（abstraction） 124
3.6.2 計算學科中的抽象 128
3.6.3 抽象的層次性 128
3.6.4 程序中的抽象 131
3.6.5 抽象與模型 133
3.6.6 抽象與計算機語言 134
3.7 串行與并行 137
3.8 局部化與信息隱藏 139
3.8.1 局部化 139
3.8.2 信息隱藏（information hiding） 140
3.9 精確、近似與模糊 141
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第4章 計算思維之算法基礎 149
4.1 算法 149
4.1.1 什么是算法 149
4.1.2 算法的性質 152
4.1.3 算法的種類 153
4.1.4 算法的表示（描述） 154
4.1.5 算法與程序 159
4.1.6 算法的比較與分析 161
4.2 算法設計的基本思想與方法 164
4.2.1 窮舉法（也稱為枚舉法，enumeration） 164
4.2.2 遞推法（recurrence） 166
4.2.3 遞歸法 168
4.2.4 回溯法（backtracking）* 173
4.2.5 分治法（divide and conquer） 178
4.2.6 仿生法——蟻群算法（ant colony optimization，aco）* 181
4.2.7 并行算法* 184
4.2.8 算法設計與計算思維 186
4.3 幾個常用的經典算法 186
4.3.1 累加和、連乘積與*大（小）值 187
4.3.2 查找 188
4.3.3 排序 191
4.3.4 邏輯分析與推理 201
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第5章 面向計算之問題求解思想與方法 213
5.1 大海撈針的搜索引擎 213
5.1.1 網頁的自動下載與存儲 214
5.1.2 網頁索引與匹配 215
5.1.3 網頁排序方法 218
5.2 瞞天過海的密碼技術 225
5.2.1 有趣的對稱加密技術 226
5.2.2 難解的非對稱加密技術 229
5.2.3 數字簽名及其應用 232
5.3 令人期待的人工智能 235
5.3.1 人工智能時代正在快步走來 235
5.3.2 人工智能方法論 237
5.3.3 人工智能應用 241
5.3.4 展望未來，人工智能會顛覆一切 242
5.4 不可思議的自糾錯技術 243
5.4.1 面臨的問題與挑戰 243
5.4.2 重復傳輸 244
5.4.3 冗余編碼 246
5.4.4 校驗 247
5.4.5 錯誤定位 250
5.4.6 推廣應用 252
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5.5.1 美好愿景 254
5.5.2 原始的“逐詞替換” 254
5.5.3 基于“規則”的方法 256
5.5.4 從“規則”到“統計” 259
5.5.5 基于統計的機器翻譯 260
5.6 削尖腦袋的數據壓縮技術 262
5.6.1 無損壓縮及其方法 262
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5.6.3 展望未來 276
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第6章 計算思維之程序設計基礎 280
6.1 數據的類型與本質 280
6.1.1 我們熟悉的數與數據 280
6.1.2 計算機世界中的數據 282
6.1.3 數據的類型與本質 283
6.2 變量的特定含義 285
6.2.1 “先定義，后使用” 286
6.2.2 變量得有自己“好聽”的名字 287
6.2.3 變量是有類型的 287
6.2.4 變量的作用域 288
6.2.5 變量的生命周期 289
6.3 有窮與無窮 290
6.3.1 數據的有窮性 291
6.3.2 程序的有窮性 291
6.4 程序的基本控制結構 292
6.4.1 順序結構 292
6.4.2 條件選擇結構 293
6.4.3 循環結構 293
6.5 問題求解的本質過程 294
6.6 效率與可讀性 295
6.7 程序的構造特性 297
6.8 上下文無關文法 298
6.9 二義性 298
6.10 嚴謹性 299
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第7章 基于計算之問題求解的思想和方法 304
7.1 重復迭代，尋根問底——方程求根 304
7.1.1 二分法（bisection method） 304
7.1.2 簡單迭代法 306
7.1.3 牛頓法 308
7.1.4 其他求根方法 310
7.2 有限劃分，無限逼近——定積分的計算 312
7.2.1 問題求解的基本思路與方法 312
7.2.2 求解算法 315
7.3 千年求精，萬年求真——求解圓周率π 316
7.3.1 關于圓周率的計算 316
7.3.2 圓周率的計算史 317
7.3.3 圓周率的計算方法 319
7.3.4 圓周率的計算永無止境 322
7.3.5 研究圓周率的意義 322
7.4 大事化小，小事化了——有限元計算 324
7.4.1 有限元方法的誕生 324
7.4.2 什么是有限元方法 324
7.4.3 有限元方法的基本思想 325
7.4.4 有限元法求解問題的步驟 326
7.4.5 有限元方法的應用 326
7.4.6 有限元方法中的計算思維 329
7.5 萬事俱備，不欠東風——數值天氣預報 330
7.5.1 天氣預報的發展 331
7.5.2 現代數值天氣預報原理 333
7.5.3 天氣預報對計算技術永無止境的需求 336
7.6 賭城之名，絕妙之法——蒙特卡羅法 337
7.6.1 蒙特卡羅方法導引 337
7.6.2 蒙特卡羅方法的基本思想與過程 338
7.6.3 蒙特卡羅方法的應用與分析 339
7.7 精確制導，百步穿楊——巡航導彈制導系統 341
7.7.1 制導方法分類 342
7.7.2 “戰斧”式巡航導彈 344
7.8 紅樓遺夢，作者存疑——《紅樓夢》作者是誰 345
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第8章 從“計算”到“文化” 354
8.1 文化與計算文化 354
8.2 計算文化的本質特征 355
8.3 計算文化與傳統文化 357
閱讀材料：一路走來的“云計算” 359
附錄a ascii碼字符集 363
附錄b 幾種常用進位制數值對照表 365
參考文獻 366
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計算思維-計算學科導論 作者簡介
唐培和，男，教授，先后任廣西科技大學計算機學院院長、教務處處長。廣西高等教育學會計算機基礎教育專業委員會常務理事，全國高校計算機基礎教育研究會第六屆理事會理事，廣西高校“教學名師”。 長期從事計算機教學與科研，重點關注專業基礎課和計算機基礎教育。自知專業知識不夠精深，但還算廣博，提倡以博輔專，融會貫通。文風通俗，不飾粉墨，字如其人。可謂“三尺講臺畢生緣，一份癡情心血凝”。
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