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第1章　绪论1

本章导读1

知识要点1

1.1　科学与科学研究2

1.1.1　科学与科学理论2

1.1.2　科学研究方法3

1.1.3　学习与知识创新5

1.2　人类思维与逻辑学6

1.2.1　人类的思维活动6

1.2.2　逻辑思维与逻辑学8

1.3　信息社会与知识社会13

1.3.1　信息社会定义13

1.3.2　信息社会的特征14

1.3.3　个人素质与信息素养15

1.4　计算科学与计算思维17

1.4.1　计算与计算科学17

1.4.2　计算思维19

1.5　学科交叉与融合23

1.6　思想的力量与启示25

本章小结31

思考题31

第2章　计算与计算机33

本章导读33

知识要点33

2.1　数与计算问题34

2.1.1　数的起源34

2.1.2　计算工具36

2.2　计算的自动化42

2.2.1 电子计算机诞生前夜42

2.2.2　计算机的理论基础45

2.2.3　计算模型与图灵机50

2.2.4　电子计算机的诞生53

2.2.5　计算机的发展56

2.3　数据与数据编码60

2.3.1　数与进制60

2.3.2　数的原码、反码与补码表示64

2.3.3　数的定点表示和浮点表示65

2.3.4　字符数据与字符编码68

2.3.5　数据的存储单位73

2.4　计算机系统结构74

2.4.1　计算机体系结构74

2.4.2　计算机的组成77

2.4.3　微型计算机举例85

2.5　计算机系统管理88

2.5.1　计算机操作系统88

2.5.2　处理器管理90

2.5.3　存储器管理91

2.5.4　文件与外存管理92

2.5.5　设备管理95

2.5.6　人机界面96

2.5.7　几种典型的操作系统97

2.6　计算机的运行99

2.6.1　计算机是如何启动的100

2.6.2　计算机运行时的内存视图102

2.6.3　计算机的关闭103

2.7　计算机应用104

2.7.1　数值计算104

2.7.2　数据处理104

2.7.3　计算机辅助104

2.7.4　过程控制105

2.7.5　人工智能105

本章小结107

思考题107

第3章　问题求解与算法110

本章导读110

知识要点110

3.1　问题与问题求解111

3.1.1　领域问题及形式化描述111

3.1.2　问题抽象与数学建模115

3.1.3　计算机求解问题模型118

3.2　算法与算法分析121

3.2.1　算法及其描述121

3.2.2　算法复杂性分析125

3.3　算法设计及算法分类131

3.3.1　算法设计131

3.3.2　穷举法132

3.3.3　递推法134

3.3.4　递归法137

3.3.5　回溯法140

3.3.6　迭代法143

3.3.7　分治法145

3.3.8　贪心法147

3.3.9　动态规划法150

3.3.10　其他算法153

3.4　搜索问题与查找算法154

3.4.1　搜索问题155

3.4.2　顺序查找155

3.4.3　折半查找157

3.5　排序问题及排序算法159

3.5.1　排序问题160

3.5.2　选择排序160

3.5.3　交换排序161

3.5.4　插入排序165

3.5.5 归并排序166

3.5.6　基数排序167

3.6　网络搜索问题169

3.6.1　搜索引擎及其工作原理169

3.6.2　PageRank排序算法173

3.6.3　搜索引擎的启示174

本章小结175

思考题175

第4章　数据与数据结构177

本章导读177

知识要点177

4.1　数、数据及数据结构178

4.1.1　数与数据的概念178

4.1.2　数据抽象与数据类型180

4.1.3　数据结构182

4.2　线性结构183

4.2.1　排队问题183

4.2.2　线性表184

4.2.3　堆栈与队列188

4.3　树形结构190

4.3.1　博弈与决策问题190

4.3.2　树形结构193

4.3.3　二叉树194

4.3.4　常用操作及应用197

4.4　图结构199

4.4.1　图的概念199

4.4.2　图的存储202

4.4.3　图的遍历205

4.4.4　生成树和最小生成树206

4.5　应用举例208

4.5.1 网络与最短通路问题208

4.5.2　工程拓扑排序问题211

4.5.3　工程关键路径问题211

本章小结214

思考题214

第5章　计算机程序216

本章导读216

知识要点216

5.1　计算机程序概述217

5.1.1 自然语言与形式语言217

5.1.2　抽象与程序设计语言219

5.1.3　计算机程序及其分类223

5.1.4　问题约简与结构化编程224

5.1.5　计算机软件系统开发225

5.2　C/C＋＋程序设计语言227

5.2.1　C语言及C程序结构227

5.2.2　C语言基本符号229

5.2.3　数据与数据类型232

5.2.4　计算、运算符与表达式233

5.2.5　赋值语句和输入／输出234

5.2.6　分支语句235

5.2.7　循环控制语句239

5.2.8　函数244

5.3　面向对象的思维方式247

5.3.1　实体、对象及其抽象247

5.3.2　对象的创建及操作252

5.4　数据存储与管理254

5.4.1　数据文件及其操作254

5.4.2　数据库与数据库管理系统258

5.4.3　结构化查询语言SQL261

5.5　Web应用274

5.5.1 计算机应用模式的演变274

5.5.2　Web应用及其优势276

本章小结277

思考题277

第6章　计算机网络282

本章导读282

知识要点282

6.1　计算机网络技术283

6.1.1 计算机网络的产生与发展283

6.1.2　计算机网络的功能和分类284

6.1.3 开放系统互联与OSI参考模型287

6.1.4　网络协议的智慧290

6.1.5　TCP/IP网络模型291

6.1.6　网络设备及其功能297

6.2　互联网301

6.2.1　ARPA计划301

6.2.2　互联网的诞生304

6.2.3 维网305

6.2.4　连接到互联网308

6.3　网络服务309

6.3.1 计算机应用的客户／服务器模式309

6.3.2　域名与域名解析311

6.3.3　Web服务与浏览器／服务器模式315

6.3.4　电子邮件服务317

6.3.5　远程维护与远程控制319

6.4　网络与信息安全321

6.4.1 网络信息安全问题322

6.4.2　信息安全的主要威胁323

6.4.3　数据加密技术324

6.4.4　信息安全措施328

6.4.5 病毒与木马及其防范329

6.5　互联网社会效应331

6.5.1　新兴的传播媒介332

6.5.2　网络通信332

6.5.3　电子商务的兴起333

6.5.4　社交网络336

6.5.5　网络社会生态学339

本章小结340

思考题340

第7章　计算科学前沿342

本章导读342

知识要点342

7.1　计算的新模式343

7.1.1 并行计算与超级计算机343

7.1.2　分布式计算346

7.1.3　网格计算347

7.1.4　云计算348

7.1.5　无处不在的计算349

7.2　数字化生存352

7.2.1　数字化地球352

7.2.2　物联网355

7.2.3　智慧城市356

7.2.4　大数据技术358

7.2.5　个人隐私359

7.3　新型计算机360

7.3.1　超导计算机360

7.3.2　量子计算机362

7.3.3　光计算机366

7.3.4　神经网络计算机367

7.3.5　DNA生物计算机369

本章小结372

思考题372

参考文献373