《計算思維的結構》是2019年8月人民郵電出版社出版的圖書，作者是董榮勝。
基本介紹
- 書名：計算思維的結構
- 作者：董榮勝
- ISBN：9787115457653
- 頁數：173頁
- 定價：49.8元
- 出版社：人民郵電出版社
- 出版時間：2019年8月
- 裝幀：平裝
- 開本：16開
內容簡介,目錄,
內容簡介
這是一本講述計算思維的入門書，適合大學新生，以及所有希望提高問題求解、系統設計和人類行為理解能力的人閱讀。
本書的結構建立在計算機方法論的結構框架之上，重點放在計算機科學中的不同抽象層次的“自動有效進行”方面，著力於一般（類）問題的有效求解。這樣做的好處是：一方面，從類問題求解的思維模式上幫助大學新生順利過渡到大學學習中來；另一方面，強調計算機科學中抽象層次的概念，可以降低不同學科人們溝通的複雜程度，將問題集中到各自學科關鍵的元素上，進而促進各學科的深度交叉融合。
本書是中國大學MOOC“計算思維的結構”課程的配套教材，配合線上課程，會取得更好的學習效果。
目錄
第1章 緒論 1
1.1 計算思維概述 2
1.2 計算思維的結構 5
1.3 計算機方法論概述 8
習題1 10
第 2章 計算學科的基本問題 12
2.1 漢諾塔問題 12
2.2 算法複雜性中的難解性問題 14
2.3 證比求易算法 14
2.4 P=NP？ 15
2.5 RSA公開密鑰密碼系統 16
2.6 停機問題 19
2.7 旅行商問題與組合爆炸問題 21
2.8 找零問題、背包問題與貪婪算法 23
2.9 GOTO語句與程式的結構 24
2.10 哲學家共餐問題與計算機的
資源管理 26
2.11 兩軍問題與計算機網路 27
2.11.1 兩軍問題 27
2.11.2 網際網路軟體的分層結構 28
2.12 人工智慧中的若干哲學問題 29
2.12.1 圖靈測試 29
2.12.2 西爾勒的“中文屋子” 31
2.12.3 計算機中的博弈問題 31
習題2 33
第3章 計算學科的3個學科形態 34
3.1 一個關於“學生選課”的例子 34
3.1.1 對“學生選課”例子的
感性認識 34
3.1.2 對“學生選課”例子的
理性認識 36
3.1.3 “學生選課”系統的工程設計 37
3.2 抽象形態 38
3.3 理論形態 38
3.4 設計形態 39
3.5 3個學科形態的內在聯繫 40
3.6 計算機語言的發展及其3個學科
形態的內在聯繫 42
3.6.1 自然語言與形式語言 42
3.6.2 圖靈機與馮 諾依曼計算機 44
3.6.3 機器指令與彙編語言 50
3.6.4 虛擬機 52
3.6.5 高*語言 54
3.6.6 套用語言 55
3.6.7 自然語言 56
習題3 58
第4章 計算學科的核心概念 61
4.1 算法 61
4.1.1 算法的歷史簡介 61
4.1.2 算法的定義和特徵 62
4.1.3 算法實例 63
4.1.4 算法分析 66
4.1.5 常用的兩類算法：搜尋與排序 71
4.2 數據結構 77
4.2.1 數據結構的基本概念 77
4.2.2 基於Vcomputer機器的
數據結構概述 78
4.2.3 基於Vcomputer機器的
數據的邏輯結構 79
4.2.4 基於Vcomputer機器的
數據的存儲結構 83
4.3 數據的存儲和表示 86
4.3.1 補碼在計算機中的表示 87
4.3.2 圖像 89
4.4 數據的編碼、校驗 90
4.4.1 字元、字元串和漢字 91
4.4.2 奇偶校驗算法 92
4.5 CC1991報告提取的核心概念 93
習題4 95
第5章 計算學科中的數學方法 99
5.1 數學的基本特徵 99
5.2 數學方法的作用 100
5.3 計算學科中常用的數學
概念和術語 100
5.3.1 集合 100
5.3.2 函式和關係 102
5.3.3 代數系統 103
5.3.4 構造計算學科的邏輯電路的
基礎——布爾代數 104
5.3.5 一位加法器的設計 105
5.3.6 定義、定理和證明 108
5.3.7 必要條件和充分條件 109
5.4 證明方法 109
5.4.1 直接證明法和間接證明法 109
5.4.2 反證法 110
5.4.3 歸納法 111
5.4.4 構造性證明 112
5.5 計算學科構造性的基礎
——遞歸和疊代 112
5.5.1 遞歸 113
5.5.2 疊代 115
5.6 隨機數和蒙特卡洛方法 116
5.6.1 隨機數 116
5.6.2 蒙特卡洛方法 118
5.7 公理化方法 119
5.7.1 理論體系 119
5.7.2 公理化方法的基本概念 120
5.7.3 實例 121
5.8 計算學科的形式化方法 122
5.8.1 形式系統的組成、基本
特點和局限性 122
5.8.2 形式化方法概述 123
5.8.3 形式規格 124
5.8.4 形式驗證 125
習題5 126
第6章 計算學科中的系統
科學方法 128
6.1 系統科學與系統科學方法 128
6.1.1 系統科學的基本概念 128
6.1.2 系統科學遵循的一般原則 130
6.1.3 常用的幾種系統科學方法 131
6.1.4 實例 131
6.2 軟體開發中使用系統科學方法的原因 132
6.2.1 人固有能力的局限性以及
使用工具後產生的力量 132
6.2.2 複雜性 133
6.2.3 軟體系統的複雜性 134
6.2.4 軟體開發的系統化方法
需要遵循的基本原則 135
6.3 使用系統方法的思考 137
習題6 138
第7章 跨學科的計算問題案例 139
7.1 社會與職業中3個典型的計算問題 139
7.1.1 職業化 139
7.1.2 道德的選擇 140
7.1.3 檢舉 140
7.2 割圓術的計算問題 141
7.2.1 割圓術的形式化描述 142
7.2.2 割圓術的步驟 142
7.2.3 實例 143
7.2.4 使用Raptor模擬割圓術 144
7.3 森林火災的計算問題 145
7.3.1 森林火災的形式化描述 146
7.3.2 模擬森林火災的步驟 146
7.3.3 實例 147
7.4 都卜勒效應的計算問題 149
7.4.1 都卜勒效應的形式化描述 149
7.4.2 模擬都卜勒效應的步驟 150
7.4.3 實例 150
7.5 小世界網路模型的計算問題 151
7.5.1 小世界網路重連的形式化描述 151
7.5.2 模擬小世界網路重連的步驟 152
7.5.3 實例 152
7.6 科赫曲線 154
7.6.1 科赫曲線的形式化描述 154
7.6.2 模擬生成科赫曲線的步驟 155
7.6.3 實例 155
7.6.4 使用Raptor模擬科赫曲線 155
7.7 向日葵種子生長模擬 157
7.7.1 預備知識 158
7.7.2 向日葵種子生長模擬的
形式化描述 158
7.7.3 模擬向日葵種子生長的步驟 159
7.7.4 實例 159
7.7.5 使用Raptor模擬向日葵
種子生長 159
7.8 煙花模擬 161
7.8.1 煙花模擬的形式化描述 162
7.8.2 煙花模擬問題的粒子系統模型
中粒子運動的相關方程 163
7.8.3 煙花模擬的步驟 164
7.8.4 使用Raptor對煙花模型
進行仿真 164
7.9 俄羅斯方塊遊戲 167
7.9.1 俄羅斯方塊遊戲的形式化描述 167
7.9.2 構建一個俄羅斯方塊模型
的算法步驟 168
7.9.3 使用Raptor模擬俄羅斯
方塊遊戲 168
習題7 171
參考文獻 173
