《大學計算機——計算思維與信息素養（第3版）》是由戰德臣、張麗傑編著，高等教育出版社於2019年8月12日出版的“十二五”普通高等教育本科國家級規劃教材。該書可作為高等學校本科生計算機課程的教材，也可作為大中專學校計算機課程的教材或教學參考書，對各類計算機教育者、從事計算機各方面工作的人員，該書也將是一本參考書。
基本介紹
- 書名：大學計算機——計算思維與信息素養（第3版）
- 作者：戰德臣、張麗傑
- 類別：“十二五”普通高等教育本科國家級規劃教材
- 出版社：高等教育出版社
- 出版時間：2019年8月12日
- 頁數：359 頁
- 開本：16 開
- 裝幀：平裝
- ISBN：9787040520446
- 字數：600千字
- CIP核字號：2019100194
內容簡介,圖書目錄,教學資源,獲得榮譽,
內容簡介
該書主要分為4部分計14章：第一部分計算機與計算，包括第1章引論——走馬觀花看導論；第2章初識計算思維——由小白鼠到計算思維；第3章符號化、計算化與自動化—— 一看計算機的本質；第4章程式與遞歸——二看計算機的本質。第二部分計算系統，包括第5章機器是如何執行程式的——認識計算機；第6章複雜環境下程式是如何被執行的——理解現代計算機；第7章程式編寫與計算機語言；第8章利用典型計算機語言進行程式設計。第三部分算法思維，包括第9章算法——程式與計算系統的靈魂；第10章受限資源約束下的算法——排序問題求解示例；第11章難解性問題求解——組合、隨機與近似解。第四部分數據化思維與網際網路+思維，包括第12章資料庫與大數據；第13章計算機網路、信息網路與網際網路+；第14章信息安全、網路安全與國家安全。
圖書目錄
第一部分 計算機與計算
第1章 引論——走馬觀花看導論
1.1 為什麼要學習本課程
1.1.1 計算與計算機無處不在
1.1.2 計算與社會、自然深度融合
1.1.3 基於計算的創新層出不窮
1.1.4 非計算機專業學生為什麼要學習計算機
1.2 本課程學習什麼
1.2.1 計算與自動計算
1.2.2 自動計算的探索歷程
1.2.3 什麼是計算思維
1.2.4 大學計算思維教育空間——計算之樹
1.2.5 課程內容組織脈絡
1.3 本課程學習到什麼程度
1.3.1 知識學習與思維學習
1.3.2 理解—區分—命名—表達
1.3.3 了解—理解—套用—分析—綜合—評價—創新
第2章 初識計算思維——由小白鼠到計算思維
2.1 “小白鼠檢驗毒水瓶”問題及求解
2.2 “小白鼠檢驗毒水瓶”問題求解背後的思維
2.2.1 二分法——人類普遍套用的思維
2.2.2 由二分法到二進制思維
2.2.3 過程化與符號變換思維
2.3 類比“小白鼠檢驗毒水瓶”問題求解做一個發明
2.3.1 數據通信領域需要解決的一個問題
2.3.2 偶校驗——判斷數據傳輸有無錯誤
2.3.3 類比小白鼠問題判斷哪一位出錯
2.4 進位制及其相互轉換
2.5 本章小結
第3章 符號化、計算化與自動化—— 一看計算機的本質
3.1 萬事萬物符號化是計算與自動化的前提
3.2 符號化與計算化——基礎是邏輯
3.2.1 邏輯與基本的邏輯運算
3.2.2 基於0和1的運算——邏輯運算及其組合
3.2.3 編碼——非數值性信息的表達
3.2.4 利用邏輯將信息隱藏於圖像中
3.2.5 原碼與補碼——帶正負號數值的表達
3.2.6 基於0和1的運算——減法由加法實現
3.3 計算化與自動化——根本還是邏輯
3.3.1 用開關性元件實現基本邏輯運算
3.3.2 再用符號化——基本邏輯運算電路的符號表達
3.3.3 用硬體邏輯實現加法器
3.3.4 基於二進制的電子元件的發展
3.4 符號化—計算化—自動化——計算機最基本的思維模式
3.5 本章小結
第4章 程式與遞歸——二看計算機的本質
4.1 計算系統與程式
4.2 程式——組合、抽象與構造
4.2.1 一種簡單的語言—運算組合式
4.2.2 組合—構造與執行
4.2.3 第1種形式的抽象—構造與替換—執行
4.2.4 第2種形式的抽象—構造與替換—執行
4.2.5 帶條件的計算規則及其構造
4.3 大規模重複執行規則的程式構造——遞歸與疊代
4.3.1 遞歸的感性認識——具有自相似性重複的事物
4.3.2 數學中的遞推式與數學歸納法
4.3.3 計算中的遞歸及遞歸函式——構造
4.3.4 兩個不同的遞歸函式
4.3.5 遞歸的運用——用有限的語句定義對象的無限集合
4.3.6 程式的遞歸構造——自身調用自身、高階調用低階
4.3.7 遞歸與疊代/循環的關係
4.4 本章小結
第二部分 計算系統
第5章 機器是如何執行程式的——認識計算機
5.1 通用計算機器的核心——指令、程式及其執行
5.2 馮•諾依曼計算機——存儲程式與自動執行
5.3 存儲器——怎樣存取程式和數據
5.3.1 存儲器的基本概念
5.3.2 存儲器的內部構成
5.4 機器指令與機器級算法與程式
5.4.1 問題求解與機器級算法
5.4.2 機器指令
5.4.3 用機器指令將機器級算法轉換為機器程式
5.4.4 將機器程式及數據以同等地位存於存儲器中
5.5 運算器和控制器（CPU） ——可自動執行機器指令和程式的部件
5.6 機器程式的存儲與執行
5.7 電子計算系統的發展脈絡
5.8 圖靈機模型——以狀態變換表達程式及其執行
5.9 本章小結
第6章 複雜環境下程式是如何被執行的——理解現代計算機
6.1 計算機系統是複雜的系統
6.1.1 計算機系統是硬體、軟體、網路和數據的集成系統
6.1.2 存儲體系——不同性能資源的組合最佳化
6.1.3 存儲體系環境下程式執行的複雜性
6.1.4 複雜計算環境的管理者——作業系統
6.1.5 現代計算機系統的工作過程
6.2 分工—合作與協同——理解複雜計算環境
6.2.1 分工—合作與協同的基本思維
6.2.2 從分工角度理解“外存管理”
6.2.3 從分工角度理解“記憶體管理”
6.2.4 從分工角度理解“處理機管理”
6.2.5 從合作與協同角度理解計算環境——執行程式
6.3 計算環境的演進與發展——理解現代計算系統
6.3.1 作業系統對計算資源的高效協同利用——從分時到並行、分布
6.3.2 現代計算機的演進與發展
6.4 本章小結
第7章 程式編寫與計算機語言
7.1 由機器語言到高級語言
7.1.1 機器語言、彙編語言與彙編程式（編譯器）
7.1.2 高級語言與編譯器
7.1.3 不同層級語言與編譯器/虛擬機器
7.2 計算機語言（程式）的基本構成要素
7.2.1 常量、變數與表達式
7.2.2 語句與程式控制
7.2.3 函式結構語句
7.2.4 系統函式及其調用
7.3 關於常量和變數的進一步說明
7.4 高級語言程式編寫示例
7.4.1 幾種計算機語言的程式基本要素書寫規範比較
7.4.2 用不同的計算機語言編寫程式示例
7.5 本章小結
第8章 利用典型計算機語言進行程式設計
8.1 典型編程環境簡介
8.1.1 Python編程環境簡介
8.1.2 熟悉編程環境
8.2 編制簡單計算器程式
8.2.1 圖形用戶界面
8.2.2 簡單計算器程式設計
8.3 編制猜數遊戲程式
8.3.1 簡單的猜數遊戲
8.3.2 系統隨機產生數並顯示試猜次數的猜數遊戲
8.3.3 多人猜數遊戲
8.4 編制分形樹的繪製程式
8.4.1 繪製“Y”形圖形
8.4.2 “Y”形分枝結點與角度的計算
8.4.3 分形樹的繪製
8.5 編制可視化漢諾塔移動程式
8.5.1 漢諾塔問題及其求解
8.5.2 繪製水平基線與三個柱子
8.5.3 繪製三個柱子上的盤子
8.5.4 漢諾塔盤子的自動移動
8.5.5 互動式控制遊戲參數
8.5.6 漢諾塔盤子移動的單步控制
8.6 本章小結
第三部分 算法思維
第9章 算法——程式與計算系統的靈魂
9.1 算法的基本概念
9.2 建立問題的數學模型——數學建模
9.3 算法策略選擇——算法思想
9.4 算法設計——算法思想的精確表達
9.4.1 算法的數據結構設計
9.4.2 算法的控制結構——算法的步驟設計
9.5 算法的實現——算法的程式設計
9.6 算法的模擬與分析
9.6.1 算法的正確性分析
9.6.2 算法的複雜性分析
9.7 本章小結
第10章 受限資源約束下的算法——排序問題求解示例
10.1 為什麼要研究排序問題——待求解問題的理解
10.1.1 結構化數據表的查找與統計需要排序
10.1.2 非結構化數據（文檔）的查找與搜尋也需要排序
10.2 基本排序算法
10.2.1 內排序算法——如果數據能夠全部裝入記憶體
10.2.2 外排序算法——如果數據太大不能一次性裝入記憶體
10.3 PageRank排序——排序問題的不同思考方法
10.3.1 問題背景
10.3.2 PageRank的基本概念——由問題語義挖掘求解思想
10.3.3 PageRank算法及實例——由問題到數學的典型示例
10.3.4 算法的複雜性及分析
10.4 本章小結
第11章 難解性問題求解——組合、隨機與近似解
11.1 可求解與難求解問題
11.1.1 P類問題和NP類問題
11.1.2 NP類問題的一種典型求解思想——求近似解
11.1.3 仿生學算法——理解自然界中生物的問題求解思維，設計NP問題的求解算法
11.2 從社會、自然中尋求問題求解的思想——生物學中的遺傳與進化
11.2.1 生物領域的遺傳（Heredity）
11.2.2 生物領域基本的遺傳方式——基因重組
11.2.3 生物界的進化——優勝劣汰，適者生存
11.3 將社會、自然思想套用於計算——遺傳算法的簡單示例
11.4 探討算法的本質——遺傳算法為什麼可以求解NP問題
11.5 算法研究的根本是問題求解——組合最佳化問題及遺傳算法求解
11.5.1 幾個典型組合最佳化問題的抽象
11.5.2 可能解的染色體編碼問題
11.5.3 交叉、變異與隨機處理——遺傳規則問題
11.5.4 遺傳算法設計的其他問題
11.5.5 遺傳算法的進一步思考
11.6 本章小結
第四部分 數據化思維與網際網路+思維
第12章 資料庫與大數據
12.1 資料庫與資料庫管理系統
12.1.1 資料庫、資料庫管理系統與資料庫系統
12.1.2 資料庫管理系統的基本功能——從用戶角度看
12.1.3 資料庫管理系統的基本功能——從系統角度看
12.2 結構化資料庫的基礎——關係模型
12.2.1 二維數據表——關係的通俗解釋
12.2.2 二維數據表——關係的數學定義
12.2.3 關係操作——關係代數
12.3 結構化資料庫語言——SQL
12.3.1 結構化資料庫語言概述
12.3.2 資料庫內容的基本查詢
12.3.3 資料庫內容的嵌套查詢
12.3.4 資料庫統計操作
12.4 大數據
12.4.1 大數據管理——NoSQL
12.4.2 大數據挖掘——“啤酒與尿布的故事”
12.4.3 大數據思維——全集與不精確，不求因果只看關係
12.5 本章小結
第13章 計算機網路、信息網路與網際網路+
13.1 網路基礎與網路問題抽象
13.1.1 形形色色的網路改變著社會與生活
13.1.2 網路通信基礎
13.1.3 網路抽象與基本網路計算問題
13.2 計算機網路——互聯互通之基礎
13.2.1 計算機組網與連線
13.2.2 網際網路與TCP/IP協定
13.2.3 理解網路傳輸過程
13.3 信息網路——技術與內容之融合
13.3.1 全球資訊網的基本思維
13.3.2 支撐內容與技術相互融合的語言——標記語言
13.3.3 搜尋引擎及其智慧型化
13.4 網際網路與網際網路+——層出不窮之創新
13.4.1 網際網路創新思維
13.4.2 “網際網路+”創新思維
13.4.3 智慧地球與國家人工智慧規劃
13.5 本章小結
第14章 信息安全、網路安全與國家安全
14.1 信息安全概述
14.1.1 信息安全與網路安全
14.1.2 信息安全的內涵、外延及發展
14.2 信息安全基礎——加密與解密
14.2.1 密碼學、加密與解密
14.2.2 典型的加密/解密方法
14.2.3 公開密鑰密碼與數字簽名
14.2.4 散列函式與訊息認證
14.3 信息安全與網路安全
14.3.1 網路威脅
14.3.2 計算機病毒
14.3.3 網路入侵
14.3.4 網路安全防禦
14.4 網路安全與國家安全
14.4.1 網路安全與國家安全概述
14.4.2 網路空間主權
14.4.3 網路安全法
14.5 本章小結
參考文獻
教學資源
- 課程資源
《大學計算機——計算思維與信息素養（第3版）》的數字課程與紙質教材一體化設計，數字課程中包括電子教案、視頻等資源。
《大學計算機——計算思維與信息素養（第3版）》配套有慕課——“大學計算機—計算思維導論”“計算機專業導論”。
課程名稱 | 類別 | 建設院校 | 授課平台 | 授課教師 |
|---|---|---|---|---|
大學計算機—計算思維導論 | 慕課、國家精品線上開放課程 | 哈爾濱工業大學 | 中國大學MOOC | 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 |
獲得榮譽
2021年9月26日，《大學計算機——計算思維與信息素養（第3版）》被國家教材委員會授予首屆全國教材建設獎全國優秀教材（高等教育類）二等獎。
