基本介紹
- 書名：大學計算機——計算思維導論
- 作者：戰德臣、聶蘭順等
- 類別：教育部高等學校大學計算機課程教學指導委員會推薦教材、工業和信息化部所屬高校聯盟推薦教材、普通高等教育“十二五”規劃教材
- 出版社：電子工業出版社
- 出版時間：2013年7月
- 頁數：320 頁
- 開本：16 開
- 裝幀：平裝
- ISBN：9787121207228
- 字數：500千字
- CIP核字號：2013131729
成書過程,編寫背景,編寫情況,出版工作,內容簡介,教材目錄,教學資源,社會評價,作者簡介,
成書過程
編寫背景
計算及相關技術的發展已經改變了人們的工作和生活方式，計算機已經融入人們工作生活的方方面面，計算思維已經成為人們必須具備的基礎性思維方式，中國國家已明確了在大學所有本科生中普及計算機文化與計算思維教育的方針和原則。越來越多的共識凝聚在大學計算機的通識思維教育暨計算思維教育方面，並認為計算思維是與理論思維、實驗思維互為補充的所有大學生應掌握的基本思維。
中華人民共和國工業和信息化部直屬七所院校的教師在教學與實踐活動中，形成了一套計算思維培養方法，在中華人民共和國教育部大學計算機課程改革項目之“理工類高校計算思維與計算機課程研究及教材建設”項目的支持下，進一步交流和總結成果，達成共識，共同出版並使用一套大學計算機系列教材，以深入貫徹計算思維通識教育的思想。
編寫情況
該書的編寫團隊由隸屬於中華人民共和國工業和信息化部的七所高校從事大學計算機通識教育的一線教師組成，由戰德臣教授、聶蘭順副教授、艾明晶副教授、鄧磊副教授、王立松教授、孫大烈副教授執筆。其中，戰德臣教授（哈爾濱工業大學）為主創作人，孫大烈副教授（哈爾濱工業大學）負責第1章，聶蘭順副教授（哈爾濱工業大學）負責第3章，鄧磊副教授（西北工業大學）負責第4章，艾明晶副教授（北京航空航天大學）負責第6章，王立松副教授（南京航空航天大學）負責第5章，高飛教授（北京理工大學）、高偉副教授（哈爾濱工程大學）、張功萱教授（南京理工大學）、宋斌副教授（南京理工大學）參與了教材案例的創作與設計。
編寫團隊邀請陳國良院士作為該書的主審。陳國良院士對該書內容進行了閱讀和審核，並站在大學計算思維教育、計算科學教育等更高的高度對該書內容給出了建議，高飛教授和張功萱教授協助陳國良院士對該書書稿做了審稿工作。同時，焦福菊、劉艷芳、張秀偉、吳良傑、俞研、朱敏等參與了該書的編寫與審核工作。
哈爾濱工業大學、北京航空航天大學、北京理工大學、西北工業大學、南京航空航天大學、南京理工大學、哈爾濱工程大學等分別組織一線教師對該書書稿進行了討論，並提出了修改建議。
該書得到中華人民共和國教育部高等學校大學計算機課程教學指導委員會的支持，以及中華人民共和國工業和信息化部人事教育司領導的重視和支持。
出版工作
2013年7月，《大學計算機——計算思維導論》由電子工業出版社出版發行。
策劃編輯、責任編輯 | 特約編輯 | 封面設計 | 印刷、裝訂 |
|---|---|---|---|
章海濤 | 曹劍鋒 | 藝海晴空 | 北京中新偉業印刷有限公司 |
內容簡介
該書共分6章。第1章引論，從發展史角度探討了計算、計算科學與計算機科學；第2章計算系統的基本思維，以一種遞進的思維化的方式介紹了計算系統；第3章問題求解框架，介紹了社會問題、自然問題求解的算法手段和系統手段；第4章算法與複雜性，以問題為中心介紹了典型算法的基本思維與研究方法；第5章數據抽象、設計與挖掘，介紹了以數據為中心的思維方式與基本研究方法；第6章計算機網路、信息網路和網路化社會，介紹了網路化環境下的思維方式與基本研究方法。
教材目錄
第1章 引論 001 1.1 什麼是計算 002 1.2 計算機科學與計算科學 002 1.3 來自計算機發展史的啟示 003 1.3.1 來自計算工具發展的啟示 003 1.3.2 來自元器件發展的啟示 005 1.3.3 來自計算機硬體發展的啟示 007 1.3.4 來自計算機軟體發展的啟示 009 1.3.5 一些重要思想/重要事件及其帶來的影響 011 1.4 計算機套用 013 1.5 計算機發展趨勢 015 1.5.1 高性能計算：無所不能的計算 015 1.5.2 普適計算：無所不在的計算 016 1.5.3 服務計算與雲計算：萬事皆服務的計算 017 1.5.4 智慧型計算 018 1.5.5 生物計算 019 1.5.6 未來網際網路與智慧地球 020 思考題 022 參考文獻 023 第2章 計算系統的基本思維 025 2.1 理解0和1的思維 026 2.1.1 語義符號化的典型案例：0/1與《易經》 026 2.1.2 思維方式與邏輯運算：0/1與邏輯 027 2.1.3 二進制與算術運算：0/1與數值信息 028 2.1.4 編碼與符號運算：0/1與非數值信息 031 2.1.5 0和1與電子元器件 034 2.1.6 0和1思維小結 038 2.2 圖靈機與馮·諾依曼計算機 039 2.2.1 圖靈機：關於通用機器及指令、程式及其自動執行 039 2.2.2 馮·諾依曼計算機 041 2.2.3 存儲器：可按地址自動存取內容的部件 042 2.2.4 機器指令與機器級程式與算法 045 2.2.5 機器級程式的存儲與執行 047 2.2.6 關於馮·諾依曼計算機的貫通性思維小結 050 2.3 現代計算機 051 2.3.1 現代計算機的構成 051 2.3.2 存儲體系：不同性能資源的組合最佳化思維 052 2.3.3 為什麼要有作業系統——硬體功能擴展的基本思維 055 2.3.4 化整為零的基本思維——磁碟與檔案管理 057 2.3.5 任務-作業與記憶體管理：分工合作與協同求解複雜系統問題的基本思維 059 2.3.6 分時-並行控制思維：任務-作業管理與處理機管理 062 2.3.7 現代計算機的工作過程 064 2.3.8 現代計算機的發展 065 2.3.9 關於現代計算機的貫通性思維小結 067 2.4 不同抽象層級的計算機（軟體） 067 2.4.1 人-機互動層面的計算機——計算機語言與編譯器 068 2.4.2 機-機互動層級的計算機：協定與編碼器/解碼器/轉換器/處理器 075 2.4.3 分層抽象進行複雜問題化簡的示例：作業系統對設備的分層控制 078 2.4.4 關於不同抽象層級計算機的思維小結 085 思考題 085 參考文獻 087 第3章 問題求解框架 089 3.1 傳統程式的基本構成要素 090 3.1.1 常量、變數、表達式 090 3.1.2 語句與程式控制 092 3.1.3 函式與函式調用 097 3.1.4 常量/變數、數據存儲與數據結構 098 3.1.5 程式構造及其表達方法 102 3.2 算法類問題求解框架 105 3.2.1 算法的基本概念 105 3.2.2 數學建模：建立問題的數學模型 108 3.2.3 算法思想：算法策略選擇 109 3.2.4 算法設計：算法思想的精確表達 110 3.2.5 算法的模擬與分析 113 3.2.6 算法的複雜性 114 3.2.7 算法類問題求解框架 115 3.3 現代程式的基本構成要素 116 | 3.3.1 對象與類的概念——通俗示例 116 3.3.2 類與對象的概念——面向對象的程式 119 3.3.3 面向對象程式構造的一個例子——可視化編程的思維模式 121 3.3.4 現代程式構造及其表達方法 123 3.4 系統類問題求解框架 126 3.4.1 什麼是系統 126 3.4.2 建立問題域/業務模型 130 3.4.3 建立軟體域模型 135 3.4.4 軟體模組的構造與實現 141 3.4.5 軟體系統的構造與實現 145 3.4.6 軟體系統的測試、部署與運行 147 3.4.7 軟體體系結構與軟體模式問題 150 3.4.8 系統的可靠性和安全性問題 156 3.4.9 小結 158 思考題 159 參考文獻 161 第4章 算法與複雜性 163 4.1 排序問題及其算法 164 4.1.1 排序問題 164 4.1.2 基本排序算法 167 4.1.3 PageRank排序：排序問題的不同思考方法 174 4.2 遞歸及遞歸算法 180 4.2.1 遞歸：用有限的語句定義對象的無限集合 180 4.2.2 遞歸算法：自身調用自身，高階調用低階 187 4.3 遺傳算法：計算複雜性與仿生學算法示例 194 4.3.1 可求解與難求解問題 194 4.3.2 遺傳算法：仿生學算法的簡單示例 196 4.3.3 遺傳算法暨問題求解算法的進一步探討 202 思考題 210 參考文獻 211 第5章 數據抽象、設計與挖掘 213 5.1 數據與大數據 214 5.2 數據管理和資料庫：數據聚集的核心 216 5.2.1 數據聚集成“庫”——資料庫及資料庫管理 216 5.2.2 資料庫的基本結構形式——數據表 217 5.2.3 數據表的操作——關係操作 220 5.2.4 用數學定義數據表及其操作——關係模型 223 5.2.5 資料庫語言——用計算機語言表達數據表及其操作 226 5.2.6 DBMS——資料庫語言的執行或者數據表操作的自動實現 231 5.3 數據分析的核心——在線上數據分析和數據挖掘 232 5.3.1 例子——超市資料庫 232 5.3.2 超市數據分析方法——二維交叉表 234 5.3.3 數據倉庫在線上數據分析（OLAP）：由二維數據分析到多維數據分析 235 5.3.4 數據也是生產力——數據挖掘 240 5.4 抽象、理論和設計 248 5.4.1 抽象：理解→區分→命名→表達 249 5.4.2 理論：定義→性質（公理和定理）→證明 254 5.4.3 設計：形式→構造→自動化 257 5.4.4 抽象—理論—設計之間的關係 259 思考題 260 參考文獻 261 第6章 計算機網路、信息網路與網路化社會 263 6.1 網路與社會 264 6.2 計算機網路 264 6.2.1 網路通信的基本原理 264 6.2.2 計算機網路連線：不同類別的機器網路 269 6.3 網際網路與Web——信息網路 279 6.3.1 由計算機網路走向文檔/信息網路Web 279 6.3.2 超文本/超媒體的表達與解析 280 6.3.3 超文本/超媒體的組織與管理 284 6.3.4 無限資源庫的發掘和利用：搜尋引擎 286 6.3.5 互動網路與群體網路： 網際網路的創新更重要的是思維的創新 287 6.4 網路化社會與網路計算：用科學方法研究網路問題 290 6.4.1 形形色色的網路 290 6.4.2 網路問題抽象與基本網路計算問題 291 6.4.3 網路計算示例：社會網路的一個問題研究 297 思考題 302 參考文獻 304 |
（註：目錄排版順序為從左列至右列）
教學資源
- 課程資源
課程名稱 | 類別 | 授課教師 |
|---|---|---|
大學計算機—計算思維導論CAP | 慕課、大學先修課 | 戰德臣、張麗傑、聶蘭順 |
大學計算機—計算思維導論 | 慕課、國家精品線上開放課程 | 戰德臣、張麗傑、聶蘭順、秦洪英 |
計算機專業導論 | 戰德臣、張麗傑、聶蘭順、魯法明 | |
軟體工程專業導論 | 徐曉飛、戰德臣 |
社會評價
該書對大學計算機課程的內容進行了面向計算思維的再造，有一些較為明顯的特點：克服了傳統教材中單純知識性的編寫方法以及單純以概念講概念和以概念講原理的編寫方法；強調“知識/術語”隨著“思維”的講解而介紹，“思維”隨著“知識”的貫通而形成，能力隨著思維的理解而提高；強調從問題分析著手，強化如何進行抽象，如何將現實問題抽象為一個數學問題或者一個形式化問題，提高問題表述及問題求解的嚴謹性；強調通過圖示化的規模較小的問題求解示例來展現複雜的思維，使讀者一目了然；追求從社會/自然等人們身邊的問題求解講解到計算科學家是如何進行問題求解的；尤其強調“問題”及問題的討論，通過逐步地提出問題，引導學生從一個較淺的理解層次逐步過渡到較深入的理解層次，通過不同視角和遞階的討論，逐步引導學生怎么理解和如何確定前行的方向，進而能夠建立起較為科學的研究習慣。該書形成了大學計算機的一個有特色的教學內容體系，是大學計算機面向計算思維通識教育的一本很好的教材。（陳國良評）
第一，該書對如何構建計算思維培養的教學體系提出了新思路，對如何表達計算思維的基本內容、描述計算思維相關的知識內容及其之間的關係，給出了一種解釋，其結構、表達、素材是全新的，很有創意；第二，直面以往教材編寫中的弊端，如單純知識性介紹、以概念講原理、追求深入性就增加理論與數學深度等，這些對於計算機通識教育教材是致命的，作者都試著一一破解。（馮博琴評）
作者簡介
戰德臣，哈爾濱工業大學計算機科學與技術學院/國家示範性軟體學院教授、博士生導師。研究方向包括：新型軟體體系結構、雲服務與雲計算、未來網際網路軟體、雲服務平台及其在物流/製造等領域的套用、企業建模與軟體建模技術與工具、模型驅動的軟體復用技術、業務過程管理與決策支持技術、現代企業管理與信息工程、企業資源規劃與供應鏈管理系統。
