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第一部分 计算机与计算2

第1章 计算机、计算与计算思维2

1.1计算机2

1.2什么是计算4

1.3怎样进行自动计算5

1.3.1机械计算的探索历程5

1.3.2基于二进制的电子计算的探索历程6

1.3.3计算系统的探索历程8

1.4计算系统的进一步发展10

1.5计算机科学与计算科学12

1.6计算之树——大学计算思维教育空间13

1.6.1计算之树的树根——计算技术与计算系统的奠基性思维14

1.6.2计算之树的树干——通用计算环境的进化思维14

1.6.3计算之树的双色枝干——交替促进与共同进化的问题求解思维15

1.6.4计算之树的树枝——计算与社会/自然环境的融合思维15

1.6.5计算之树的另外两个维度——网络化思维与数据化思维16

1.7本章小结16

第2章 0和1——语义符号化、符号计算化与计算自动化19

2.1自然/社会现象被表达成符号，就可以推演和计算19

2.2任何信息都可以被表示成0，1，也就都能被计算21

2.2.1数值信息表达成0和1——二进制21

2.2.2数值信息的符号也可以表达成0和1——机器数22

2.2.3数值信息的小数点的表达——定点数与浮点数22

2.2.4英文字母符号等非数值性信息表达成0和1——编码23

2.2.5中文汉字等非数值性信息表达成0和1——汉字编码及处理24

2.2.6多媒体信息表达成0和1——图像、声音及视频编码26

2.3任何计算都可以转换为逻辑运算来实现27

2.3.1 0和1与逻辑——思维方式与逻辑运算27

2.3.2二进制四则运算与逻辑运算的统一29

2.4 0和1及其逻辑运算可以被自动执行——基本门电路30

2.5分层构造与构造集成——由简单系统构造复杂系统32

2.6本章小结34

第3章 程序与递归：组合、抽象与构造36

3.1计算系统与程序36

3.2程序的构造——组合与抽象39

3.2.1数值与运算组合式39

3.2.2通过名字使用计算对象——命名组合式40

3.2.3通过名字使用计算对象——命名新运算41

3.2.4运算组合式的计算43

3.2.5带条件的计算规则及其构造44

3.3程序构造的基本手段——递归与迭代44

3.3.1递归的感性认识——具有自相似性重复的事物45

3.3.2数学中的递推式与数学归纳法46

3.3.3计算中的递归及递归函数——构造47

3.3.4递归的运用——用有限的语句定义对象的无限集合50

3.3.5程序的递归构造——自身调用自身，高阶调用低阶52

3.3.6递归与迭代和循环的关系54

3.4本章小结57

第二部分 计算系统60

第4章冯·诺依曼计算机——机器级程序及其执行60

4.1通用计算机器的核心——指令、程序及其执行60

4.1.1图灵机的基本思想——数据、指令、程序及其自动执行60

4.1.2基本图灵机模型——以状态变换表达程序及其执行61

4.2冯·诺依曼计算机——存储程序与自动执行63

4.3机器指令与机器级程序与算法64

4.4存储器——可按地址自动存取内容的部件66

4.5运算器和控制器暨CPU——可自动执行机器指令和程序的部件70

4.6机器级程序的存储与执行72

4.7本章小结75

第5章 现代计算机——复杂环境下分工、合作与协同执行程序78

5.1现代计算机的基本构成78

5.2现代计算机的神经中枢——操作系统79

5.3存储体系——不同性能资源的组合优化思维80

5.4存储体系环境下的分工、合作与协同83

5.5操作系统对不同资源的管理84

5.5.1磁盘与文件管理——化整为零，零存整取84

5.5.2内存管理与处理机管理88

5.6操作系统管理和控制着程序的执行——合作与协同89

5.7操作系统对资源的高效协同利用——分时与并行控制91

5.8现代计算机的演进与发展93

5.9现代计算机的工作过程94

5.10本章小结96

第6章 由机器语言到高级语言——程序设计98

6.1由机器语言到高级语言98

6.1.1机器语言、汇编语言与汇编程序（编译器）98

6.1.2高级语言与编译器99

6.1.3计算机语言与编译器——不同层级语言与编译器/虚拟机器102

6.2计算机语言（程序）的基本构成要素105

6.2.1常量、变量与表达式105

6.2.2语句与程序控制107

6.2.3函数与函数调用111

6.2.4高级语言程序示例113

6.2.5关于常量和变量的进一步说明116

6.3利用可视化编程语言进行程序设计119

6.3.1一种可视化编程语言环境Visual Basic简介119

6.3.2 Visual Basic编程方法121

6.3.3 Visual Basic编程过程123

6.3.4利用Visual Basic进行程序设计125

6.4本章小结132

第三部分 算法思维136

第7章 算法——程序与计算系统的灵魂136

7.1算法的基本概念136

7.2建立问题的数学模型——数学建模139

7.3算法策略选择——算法思想141

7.4算法设计——算法思想的精确表达142

7.4.1算法的数据结构设计142

7.4.2算法的控制结构——算法的步骤设计146

7.5算法的实现——算法的程序设计149

7.6算法的模拟与分析150

7.6.1算法的正确性分析150

7.6.2算法的复杂性分析150

7.7本章小结152

第8章 怎样研究算法——排序算法研究示例154

8.1为什么要研究排序算法——待求解问题的理解154

8.1.1结构化数据表的查找与统计需要排序154

8.1.2非结构化数据（文档）的查找与搜索也需要排序157

8.2基本排序算法158

8.2.1内排序算法——如果数据能够全部装入内存158

8.2.2外排序算法——如果数据太大不能一次性装入内存162

8.3 PageRank排序——排序问题的不同思考方法165

8.3.1问题背景165

8.3.2 PageRank的基本概念——由问题语义挖掘求解思想166

8.3.3 PageRank算法及实例——由问题到数学的典型示例168

8.3.4算法的复杂性及分析171

8.4本章小结171

第9章 怎样研究算法——遗传算法研究示例173

9.1可求解与难求解问题173

9.1.1 P类问题和NP类问题173

9.1.2 NP类问题的一种典型求解思想——求近似解174

9.1.3仿生学算法——理解自然界中生物的问题求解思维，设计NP问题的求解算法174

9.2从社会/自然中寻求问题求解的思想——生物学中的遗传与进化175

9.2.1生物领域的遗传175

9.2.2生物领域基本的遗传方式——基因重组方式176

9.2.3生物界的进化——优胜劣汰，适者生存176

9.3将社会/自然思想应用于计算——遗传算法的简单示例177

9.4探讨算法的本质——遗传算法为什么可以求解NP问题179

9.5算法研究的根本是问题求解——组合优化问题及遗传算法求解180

9.5.1几个典型组合优化问题的抽象180

9.5.2可能解的染色体编码问题183

9.5.3交叉、变异与随机处理——遗传规则问题184

9.5.4遗传算法设计的其他问题187

9.5.5遗传算法的进一步思考187

9.6本章小结188

第四部分 信息素养192

第10章 怎样管理和利用数据192

10.1数据为什么要管理192

10.2什么是数据库193

10.2.1数据库系统193

10.2.2数据库管理系统的基本功能——从用户角度看194

10.2.3数据库管理系统的基本功能——从系统角度看196

10.3结构化数据库的核心——关系模型197

10.3.1现实世界到数据世界的转换桥梁——数据模型197

10.3.2二维数据表——关系的通俗解释198

10.3.3二维数据表——关系的数学定义200

10.3.4关系数据操作——关系代数201

10.3.5关系模型205

10.4结构化数据库语言——SQL206

10.4.1利用SQL定义数据库的结构207

10.4.2利用SQL进行数据库内容的添加、修改与删除208

10.4.3利用SQL进行数据库内容的查询209

10.4.4利用SQL进行数据库统计操作——集函数216

10.5数据库的社会影响218

10.5.1各种资源聚集成库218

10.5.2数据库的运用及相关问题219

10.6本章小结220

第11章 怎样连接和利用网络223

11.1为什么要连接和利用网络223

11.1.1电子邮件223

11.1.2网络搜索与浏览224

11.1.3更多的网络应用226

11.2计算机网络226

11.2.1网络通信基础226

11.2.2计算机组网与连接231

11.2.3 TCP/IP协议及计算机网络传输过程238

11.3网络运用及其社会影响248

11.3.1网络运用基础——HTML语言与XML语言248

11.3.2网络自动搜索——搜索引擎252

11.3.3群体智慧的魔力254

11.3.4分散化资源的整合集中与整合资源的分散化利用255

11.4本章小结256

第12章 怎样编排和出版258

12.1信息出版258

12.1.1传统媒介出版与电子媒介出版258

12.1.2电子媒介出版：多媒体、动态性与非线性259

12.2信息出版物的基本要素及其属性260

12.2.1认识“文字”及其属性260

12.2.2认识“段落”及其属性261

12.2.3认识“版面”及其属性264

12.3期刊文章与图书的构成要素与编排要求266

12.3.1概述266

12.3.2标题与文档结构268

12.3.3插图、表格与公式269

12.3.4目录与索引272

12.3.5引用与参考文献、页眉与页脚273

12.3.6版面及风格的一致性及其保证方法273

12.4电子讲演稿的基本构成要素及要求274

12.4.1电子讲演稿274

12.4.2电子讲演稿的条目化处理：蕴涵着层次逻辑关系274

12.4.3电子讲演稿的形象化处理：用视觉形象表达抽象概念275

12.4.4电子讲演稿的动画处理：体现思维的过程性276

12.4.5电子讲演稿的规整化处理：整齐与不整齐带来不同的感受277

12.5非线性媒介出版物的内容组织方法277

12.6本章小结279

第13章 怎样保护信息与网络的安全281

13.1什么是信息安全281

13.1.1信息安全及其重要意义281

13.1.2信息安全领域的内涵、外延及发展282

13.1.3认识一下真正的黑客284

13.2如何防治计算机病毒286

13.2.1什么是计算机病毒286

13.2.2了解计算机病毒的机理287

13.2.3如何防治计算机病毒291

13.3如何防范网络入侵293

13.3.1什么是网络入侵293

13.3.2了解网络入侵的机理294

13.3.3第一道网络防线——防火墙300

13.3.4入侵者的噩梦：入侵检测系统302

13.4信息安全法律法规及道德规范303

13.4.1信息犯罪303

13.4.2信息安全道德规范304

13.4.3信息安全法律法规305

13.5本章小结306