本教材的目的是培養(yǎng)學生樹立計算思維的理論體系，掌握一些常見算法解決實際問題的能力。教材內(nèi)容圍繞什么是計算、什么是計算思維、計算機是如何計算的等中心問題，如何分析解決一些實際問題、如何構(gòu)思算法、解決復(fù)雜的工程問題，介紹程序設(shè)計中的基本概念、基本思想和基本方法。
社會信息化進程正以人們無法預(yù)測的速度突飛猛進地發(fā)展。信息技術(shù)的發(fā)展和日益豐富的社會需求對高校的計算機教育提出了新的挑戰(zhàn)，對當代大學生計算機能力的培養(yǎng)提出了更高的要求。為了滿足當前社會對計算機人才的需求，大學生計算機基礎(chǔ)課程不應(yīng)該只是注重技能和操作能力的培養(yǎng)，更應(yīng)該著眼于培養(yǎng)和提高學生的計算機科學素養(yǎng)。目前，以“增強計算思維能力培養(yǎng)，提高計算機科學素養(yǎng)”為目的的大學計算機基礎(chǔ)教育成為改革方向。針對普通院校非計算機專業(yè)學生的特點和培養(yǎng)定位，從培養(yǎng)學生建立計算思維理論體系、促進學生的計算思維與各專業(yè)思維交叉融合的角度出發(fā)，我們編寫了這本適合非計算機專業(yè)學生的計算思維導論教材。
“計算思維導論”是學生進入大學的第一門計算機課程。針對課程學習對象的特點和課程的教學要求，本書設(shè)計了9個章節(jié)，分別是緒論、計算基礎(chǔ)、計算平臺、計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)基礎(chǔ)、邏輯思維、問題求解、數(shù)據(jù)挖掘基礎(chǔ)、計算機新技術(shù)。通過本書的學習，學生能夠了解利用計算手段求解社會問題或自然問題的基本思維模式，理解網(wǎng)絡(luò)的原理與構(gòu)建，從而形成網(wǎng)絡(luò)化思維，了解抽象復(fù)雜系統(tǒng)或復(fù)雜問題的基本思維模式，了解由問題到算法再到程序的問題求解思維模式，了解數(shù)據(jù)管理和挖掘的手段，并體驗基于數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)挖掘的數(shù)據(jù)運用方法，理解大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的社會影響。
本書旨在為各專業(yè)學生今后設(shè)計、構(gòu)造和應(yīng)用各種計算系統(tǒng)求解學科問題奠定思維基礎(chǔ)，幫助學生提高解讀真實世界系統(tǒng)并解決復(fù)雜問題的能力。本書會為學生學習后續(xù)的計算機應(yīng)用課程及其他相關(guān)課程奠定基礎(chǔ)，并且為他們擁有走向工作崗位應(yīng)具備的技能提供有力保障。
為了便于教師使用本教材，本書配有電子教案和實驗指導書等教學資料，電子教案可從華章官網(wǎng)ww.hzbook.com免費下載。本書適合作為普通高等學校非計算機專業(yè)計算機基礎(chǔ)課程教材，也可作為成人高等教育或其他培訓機構(gòu)的培訓教材或自學參考書。
本書源于大學計算機基礎(chǔ)教育工作者的教學和實踐，凝聚了一線任課教師的教學經(jīng)驗與科研成果。本書在編寫過程中得到了機械工業(yè)出版社的大力支持和幫助，在此表示衷心的感謝。同時，對書末所列參考文獻的作者表示謝意。
由于時間倉促，書中難免有不足之處，敬請讀者批評指正。
編 者
2019年7月
前言
第1章 緒論 1
1.1 計算的概念 1
1.1.1 什么是計算 1
1.1.2 普適計算與計算無所不在 2
1.2 計算思維概述 2
1.2.1 計算思維的概念 2
1.2.2 計算思維的本質(zhì) 3
1.2.3 計算思維示例 4
1.2.4 計算思維的特征 5
1.2.5 計算思維的思維模式 6
1.2.6 日常生活中的計算思維 6
1.3 計算工具與計算機 7
1.3.1 計算機的產(chǎn)生 7
1.3.2 計算機的分代與分類 11
1.3.3 計算機的局限性 13
1.3.4 計算機的發(fā)展趨勢 14
1.3.5 計算機的應(yīng)用 16
習題 18
第2章 計算基礎(chǔ) 19
2.1 數(shù)制 19
2.1.1 數(shù)制的概念 19
2.1.2 數(shù)制的轉(zhuǎn)換 21
2.2 數(shù)據(jù)的存儲 23
2.2.1 數(shù)據(jù)的組織形式 23
2.2.2 計算機中數(shù)據(jù)的運算 23
2.3 數(shù)據(jù)在計算機中的表示形式 25
2.3.1 計算機中數(shù)值型數(shù)據(jù)的表示 25
2.3.2 計算機中西文字符的表示 28
2.3.3 計算機中中文字符的表示 29
2.3.4 聲、圖信息的表示 31
習題 33
第3章 計算平臺 35
3.1 計算機硬件系統(tǒng)概述 35
3.1.1 計算機系統(tǒng)構(gòu)成 35
3.1.2 馮·諾依曼計算機的基本組成 36
3.2 計算機基本工作原理 37
3.2.1 指令和指令系統(tǒng) 37
3.2.2 程序的執(zhí)行過程 38
3.3 微型計算機硬件組成 39
3.3.1 微型計算機的主要性能指標 39
3.3.2 主板 39
3.3.3 中央處理器 43
3.3.4 存儲器 45
3.3.5 輸入/輸出設(shè)備 53
3.3.6 其他設(shè)備 56
3.4 計算機軟件系統(tǒng)分類 57
3.4.1 系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件 57
3.4.2 本地軟件和在線軟件 58
3.4.3 商業(yè)軟件、免費軟件、自由軟件和開源軟件 58
3.4.4 軟件許可證 59
3.5 操作系統(tǒng)的功能和分類 59
3.5.1 操作系統(tǒng)的概念 59
3.5.2 操作系統(tǒng)的分類 60
3.5.3 操作系統(tǒng)的引導 61
3.5.4 操作系統(tǒng)的功能 61
習題 66
第4章 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 68
4.1 計算機網(wǎng)絡(luò)概述 68
4.1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)的定義和功能 68
4.1.2 計算機網(wǎng)絡(luò)的形成和發(fā)展 69
4.1.3 計算機網(wǎng)絡(luò)的組成 70
4.1.4 計算機網(wǎng)絡(luò)的分類 71
4.2 計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu) 76
4.2.1 OSI參考模型 76
4.2.2 TCP/IP參考模型 78
4.3 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識 79
4.3.1 網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備 79
4.3.2 傳輸介質(zhì) 81
4.3.3 網(wǎng)絡(luò)地址和域名 83
4.4 因特網(wǎng)概述 85
4.4.1 因特網(wǎng)簡介 85
4.4.2 因特網(wǎng)的接入方式 87
4.4.3 因特網(wǎng)的基本服務(wù)功能 89
4.5 計算機局域網(wǎng) 93
4.5.1 局域網(wǎng)的組成 94
4.5.2 局域網(wǎng)的組建步驟 94
4.5.3 局域網(wǎng)的組建實例 94
4.6 無線局域網(wǎng) 98
4.6.1 無線局域網(wǎng)的特點 98
4.6.2 無線局域網(wǎng)協(xié)議標準 98
4.6.3 身份驗證方式 98
4.6.4 無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 99
4.6.5 無線局域網(wǎng)的組建模式 100
4.6.6 無線局域網(wǎng)的組建實例 101
4.7 網(wǎng)絡(luò)安全及防護 104
4.7.1 網(wǎng)絡(luò)安全 104
4.7.2 網(wǎng)絡(luò)安全面臨的威脅 105
4.7.3 網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù) 107
習題 110
第5章 數(shù)據(jù)庫技術(shù)基礎(chǔ) 112
5.1 數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展 112
5.1.1 人工管理階段 112
5.1.2 文件系統(tǒng)階段 113
5.1.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段 114
5.2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本概念 114
5.2.1 數(shù)據(jù)庫的基本概念 114
5.2.2 數(shù)據(jù)模型的基本概念 116
5.2.3 關(guān)系模型的基本概念 118
5.3 Access 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 123
5.3.1 Access 數(shù)據(jù)庫的建立和維護 124
5.3.2 查詢 131
5.3.3 SQL語句 134
5.3.4 窗體設(shè)計 141
5.3.5 報表設(shè)計 144
習題 150
第6章 邏輯思維 152
6.1 邏輯思維相關(guān)概念 152
6.1.1 邏輯思維的概念 152
6.1.2 邏輯思維的特征 153
6.1.3 數(shù)理邏輯的概念 153
6.2 命題及命題判斷 154
6.2.1 命題的概念 154
6.2.2 命題的類型 154
6.2.3 命題的判斷方法 155
6.3 命題符號化和聯(lián)結(jié)詞 156
6.3.1 命題符號化 156
6.3.2 聯(lián)結(jié)詞 156
6.4 邏輯代數(shù)與真值表 160
6.4.1 邏輯代數(shù) 160
6.4.2 邏輯代數(shù)的應(yīng)用 160
6.4.3 真值表及其構(gòu)建方法 161
6.5 等值演算與邏輯推理 163
6.5.1 等值演算 163
6.5.2 主析取范式與主合取范式 165
6.5.3 邏輯推理 167
習題 171
第7章 問題求解 172
7.1 算法和算法描述 172
7.1.1 計算思維與傳統(tǒng)思維 172
7.1.2 算法的定義 174
7.1.3 程序設(shè)計的三大結(jié)構(gòu) 174
7.1.4 算法的描述 175
7.1.5 算法的程序?qū)崿F(xiàn) 184
7.2 常用算法 186
7.2.1 枚舉法 186
7.2.2 遞推法 188
7.2.3 遞歸法 189
7.2.4 迭代法 190
7.2.5 查找法 192
7.2.6 排序法 194
7.2.7 分治法 198
7.2.8 動態(tài)規(guī)劃法 199
7.2.9 貪心法 200
7.2.10 回溯法 201
習題 202
第8章 數(shù)據(jù)挖掘基礎(chǔ) 204
8.1 數(shù)據(jù)挖掘概述 204
8.1.1 數(shù)據(jù)挖掘的背景 204
8.1.2 數(shù)據(jù)挖掘的定義 205
8.1.3 數(shù)據(jù)挖掘的步驟 206
8.2 數(shù)據(jù)采集 207
8.2.1 數(shù)據(jù)來源 207
8.2.2 數(shù)據(jù)采集方法 209
8.3 數(shù)據(jù)探索 210
8.3.1 數(shù)據(jù)質(zhì)量分析 210
8.3.2 數(shù)據(jù)特征分析 212
8.4 數(shù)據(jù)預(yù)處理 215
8.4.1 數(shù)據(jù)清洗 216
8.4.2 數(shù)據(jù)集成 217
8.4.3 數(shù)據(jù)變換 218
8.4.4 數(shù)據(jù)歸約 219
8.5 分類和預(yù)測 220
8.5.1 分類 220
8.5.2 預(yù)測 226
8.6 聚類算法 228
8.6.1 聚類的概念 228
8.6.2 系統(tǒng)聚類法 229
8.6.3 K-means聚類法 231
8.7 關(guān)聯(lián)規(guī)則 233
8.7.1 關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘的基本概念 233
8.7.2 Apriori算法 234
習題 236
第9章 計算機新技術(shù) 237
9.1 大數(shù)據(jù)技術(shù) 237
9.1.1 大數(shù)據(jù)的概念與特點 237
9.1.2 大數(shù)據(jù)的度量 238
9.1.3 大數(shù)據(jù)生態(tài)圈 238
9.1.4 大數(shù)據(jù)典型應(yīng)用 240
9.1.5 大數(shù)據(jù)的發(fā)展趨勢 242
9.2 人工智能 242
9.2.1 人工智能的概念 242
9.2.2 人工智能的發(fā)展 243
9.2.3 人工智能的主要研究領(lǐng)域 244
9.2.4 人工智能的主要實現(xiàn)技術(shù) 245
9.2.5 人工智能典型應(yīng)用 246
9.3 量子計算機 247
9.3.1 量子計算機的概念 247
9.3.2 量子計算機的發(fā)展 248
9.3.3 量子計算機典型應(yīng)用 249
9.4 BIM 250
9.4.1 BIM的概述與意義 250
9.4.2 BIM的代表軟件 250
9.4.3 BIM典型應(yīng)用 251
9.5 其他計算機新技術(shù) 253
9.5.1 云計算 253
9.5.2 物聯(lián)網(wǎng) 253
9.5.3 智能家居 254
9.5.4 智慧建筑 254
9.5.5 智慧城市 254
9.5.6 VR、AR 和MR 255
習題 256
參考文獻 257
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