數據與計算——計算機科學基礎（第3版）

成書過程

修訂過程

《數據與計算——計算機科學基礎（第3版）》依據浙江大學計算機科學基礎課程的教學改革和實踐基礎編寫而成。

該教材由陸漢權擔任主編；浙江大學計算機學院的章文老師和馮曉霞老師閱讀了原稿，糾正了錯誤，並提出了建議；計算機教學研究中心的首席責任教授許端清老師、責任教授徐鏡春老師和沈睿老師給與了支持；還得到了浙江大學中一起教授該課程各位同事的幫助，並對書稿中提出了的建議和批評。

出版工作

2018年7月，該教材由電子工業出版社出版。

出版社工作人員名單

職務	姓名
策劃編輯	章海濤
責任編輯	章海濤
特約編輯	何雄

內容簡介

《數據與計算——計算機科學基礎（第3版）》分為9個章節，主要包括計算機系統概述、計算的基礎、數據表示、算法基礎、計算機語言和程式、資料庫、網路與網路計算、大數據、先進計算等內容。此外，每章後還附有本章小結與習題等欄目。

教材目錄

第1章計算機系統概述 1

1.1 計算機 1

1.1.1 計算機設備 2

1.1.2 程式和軟體 2

1.2 計算機簡史 3

1.2.1 硬體史 3

1.2.2 軟體進化 4

1.3 計算機模型 5

1.4 計算機組成 8

1.4.1 處理器系統 8

1.4.2 存儲器系統 9

1.4.3 輸入、輸出系統 11

1.4.4 計算機是如何運行的 12

1.5 作業系統 13

1.5.1 計算機系統的核心 13

1.5.2 作業系統的功能和結構 14

1.5.3 檔案系統 15

1.6 計算機網路 16

1.7 數據和信息 17

1.8 計算思維 18

本章小結 19

習題1 21

第2章計算的基礎 25

2.1 數和數據概述 25

2.2 數制 26

2.2.1 常用進制 26

2.2.2 二進制的基本運算 27

2.2.3 數制轉換 28

2.3 計算機中的數 30

2.2.1 機器數和原碼 30

2.2.2 反碼和補碼 31

2.2.3 定點和浮點數 32

2.4 計算機邏輯 33

2.4.1 數理邏輯 33

2.4.2 基本邏輯關係 34

2.4.3 邏輯代數 36

2.5 邏輯電路 37

2.5.1 門電路 37

2.5.2 加法器 38

2.5.3 存儲單元電路 39

2.5.4 積體電路 40

本章小結 41

習題2 41

第3章數據表示 46

3.1 數據表示概述 46

3.2 文本和文檔 47

3.2.1 ASCII 47

3.2.2 Unicode編碼 48

3.2.3 漢字編碼 49

3.2.4 文檔 49

3.3 數據壓縮 50

3.3.1 霍夫曼編碼 50

3.3.2 行程長度編碼 51

3.3.3 有損壓縮 52

3.4 音頻數據 52

3.4.1 音頻數據採集 53

3.4.2 音頻數據格式 54

3.4.3 MP3 55

3.4.4 計算機語音 55

3.5 圖形和圖像 56

3.5.1 圖像的表示 56

3.5.2 3D技術 59

3.6 視頻和動畫 59

3.6.1 視頻數據 60

3.6.2 動畫 60

本章小結 61

習題3 62

第4章算法基礎 66

4.1 算法概述 66

4.2 算法的三種結構 67

4.3 算法的表示和發現 68

4.4 算法舉例 70

4.4.1 基本算法 70

4.4.2 疊代 72

4.4.3 遞歸 72

4.4.4 排序 74

4.4.5 查找 75

4.5 算法的方法學 75

4.5.1 貪心法 76

4.5.2 分治法 76

4.5.3 動態規劃 77

4.5.4 回溯法 78

4.6 抽象數據表達 79

本章小結 81

習題4 82

第5章計算機語言和程式 85

5.1 概述 85

5.2 程式語言 86

5.2.1 機器語言 86

5.2.2 彙編語言 87

5.2.3 面向過程的高級語言 88

5.2.4 面向對象的程式設計語言 89

5.2.5 其他語言 90

5.3 程式的程式：翻譯系統 91

5.4 高級程式語言 92

5.4.1 數據類型 92

5.4.2 基本語句 94

5.4.3 分支語句 95

5.4.4 循環語句 96

5.4.5 函式和方法 97

5.5 怎樣編寫程式 98

5.6 軟體工程 99

本章小結 101

習題5 102

第6章資料庫 106

6.1 資料庫概述 106

6.1.1 非結構化數據 106

6.1.2 結構化數據 107

6.2 資料庫系統 108

6.3 關係資料庫 110

6.3.1 關係模型 110

6.3.2 關係運算 111

6.3.3 SQL 113

6.4 構建資料庫系統 114

6.4.1 資料庫設計 114

6.4.2 C/S結構 115

6.5 其他類型的資料庫 116

本章小結 117

習題6 118

第7章網路與網路計算 121

7.1 通信基礎 121

7.1.1 通信介質和傳輸 121

7.1.2 調製與解調 123

7.2 網路技術 124

7.2.1 網路傳輸 124

7.2.2 網路類型和設備 125

7.2.3 網路協定 128

7.2.4 網路伺服器 129

7.3 網際網路 130

7.3.1 TCP/IP 130

7.3.2 IP網 131

7.3.3 網際網路服務 134

7.3.4 未來的網路 137

7.4 網路數據 137

7.5 雲計算 140

7.6 網路安全 141

本章小結 142

習題7 143

第8章大數據 147

8.1 大數據概述 147

8.2 R簡介 148

8.3 大數據預處理 150

8.4 數據分析方法 151

8.4.1 聚類分析 151

8.4.2 關聯分析 153

8.4.3 回歸分析 156

8.5 數據挖掘 160

8.5.1 分類 160

8.5.2 時間序列分析 163

8.5.3 文本分析 164

8.6 大數據處理工具 166

8.6.1 Hadoop 167

8.6.2 MapRuduce 168

本章小結 169

習題8 169

第9章先進計算 171

9.1 高性能計算 171

9.2 人工智慧 173

9.2.1 圖靈測試 173

9.2.2 推理：知識表達 174

9.2.3 神經網路 175

9.2.4 機器人 177

9.2.5 自然語言處理 177

9.3 機器學習和深度學習 178

9.3.1 機器學習 178

9.3.2 深度學習 179

9.4 虛擬現實 180

9.5 可計算理論 181

9.5.1 可計算函式 181

9.5.2 哥德爾數 182

9.5.3 圖靈機 183

9.5.3 計算複雜性 184

9.5.4 停機問題 186

本章小結 186

習題9 187

附錄A ASCII表 190

（註：目錄排版順序為從左列至右列）

教學資源

配套教材

《數據與計算——計算機科學基礎（第3版）》有配套教材——《計算機科學基礎實驗指導（第3版）》。

書名	ISNB	出版社	出版時間	作者
《計算機科學基礎實驗指導（第3版）》	9787121322587	電子工業出版社	2017年8月	沈睿、馮曉霞

課程資源

該教材配套有相關教案、習題參考答案以及數據檔案。

教材特色

《數據與計算——計算機科學基礎（第3版）》在教學內容的編排上做了調整，以“計算機是數據的載體，計算機是計算的核心”為主線，強調數據是計算的對象，而數據的抽象表達、組織與存儲、傳輸與交換和作為資源使用是計算的目標，也是計算機實現這些功能的方法。

該教材具有基礎性課程所具有的知識體系的基本穩定性，介紹了各種類型的數據及其處理方法。該教材的目標是讓讀者理解計算機及其科學基礎，理解計算機的計算對象，以及計算機能夠做什麼、不能做什麼、如何做到等。

作者簡介

陸漢權：男，浙江大學計算機科學與技術學院教授，浙江大學計算機基礎教學部負責人，浙江省計算機學會副理事長。