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内容简介

本书依据浙江大学计算机科学基础课程的教学改革和实践基础编写而成。本书围绕相关数据和处理方法，通过计算系统、计算基础、数据表示、算法基础、语言和程序、数据库、大数据及先进计算等内容，以“计算系统”的全新视角介绍计算机科学基础知识。本书较为全面地介绍了各种类型的数据及其处理方法。本书的目标仍然是让读者系统地、全面地理解计算机及其科学基础，理解计算机的计算对象，以及计算机能够做什么、不能做什么、如何做到等，让读者站在一个新的高度去认识作为科学的计算机学科和作为工具的计算机的特点，领略计算机科学的无穷魅力。本书有配套的实验指导，以帮助读者通过自主学习提升使用计算机的技能。本书为教师和学生提供相关教案、习题参考答案以及书中用到的数据文件，可以在华信教育资源网的相关网页中进行下载。本书既可以作为大学本科的计算机科学基础课程的教材，也可以作为计算机专业的导论课教材，也希望能够为更全面了解计算机及计算系统的读者所参考。

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ISBN：9787121316692

开本：16开

页数：200

字数：320.0

本书目录

目  录

第1章  计算机系统概述	1
1.1  计算机	1
1.1.1  计算机设备	2
1.1.2  程序和软件	2
1.2  计算机简史	3
1.2.1  硬件史	3
1.2.2  软件进化	4
1.3  计算机模型	5
1.4  计算机组成	8
1.4.1  处理器系统	8
1.4.2  存储器系统	9
1.4.3  输入、输出系统	11
1.4.4  计算机是如何运行的	12
1.5  操作系统	13
1.5.1  计算机系统的核心	13
1.5.2  操作系统的功能和结构	14
1.5.3  文件系统	15
1.6  计算机网络	16
1.7  数据和信息	17
1.8  计算思维	18
本章小结	19
习题1	21
第2章  计算的基础	25
2.1  数和数据概述	25
2.2  数制	26
2.2.1  常用进制	26
2.2.2  二进制的基本运算	27
2.2.3  数制转换	28
2.3  计算机中的数	30
2.2.1  机器数和原码	30
2.2.2  反码和补码	31
2.2.3  定点和浮点数	32
2.4  计算机逻辑	33
2.4.1  数理逻辑	33
2.4.2  基本逻辑关系	34
2.4.3  逻辑代数	36
2.5  逻辑电路	37
2.5.1  门电路	37
2.5.2  加法器	38
2.5.3  存储单元电路	39
2.5.4  集成电路	40
本章小结	41
习题2	41
第3章  数据表示	46
3.1  数据表示概述	46
3.2  文本和文档	47
3.2.1  ASCII	47
3.2.2  Unicode编码	48
3.2.3  汉字编码	49
3.2.4  文档	49
3.3  数据压缩	50
3.3.1  霍夫曼编码	50
3.3.2  行程长度编码	51
3.3.3  有损压缩	52
3.4  音频数据	52
3.4.1  音频数据采集	53
3.4.2  音频数据格式	54
3.4.3  MP3	55
3.4.4  计算机语音	55
3.5  图形和图像	56
3.5.1  图像的表示	56
3.5.2  3D技术	59
3.6  视频和动画	59
3.6.1  视频数据	60
3.6.2  动画	60
本章小结	61
习题3	62
第4章  算法基础	66
4.1  算法概述	66
4.2  算法的三种结构	67
4.3  算法的表示和发现	68
4.4  算法举例	70
4.4.1  基本算法	70
4.4.2  迭代	72
4.4.3  递归	72
4.4.4  排序	74
4.4.5  查找	75
4.5  算法的方法学	75
4.5.1  贪心法	76
4.5.2  分治法	76
4.5.3  动态规划	77
4.5.4  回溯法	78
4.6  抽象数据表达	79
本章小结	81
习题4	82
第5章  计算机语言和程序	85
5.1  概述	85
5.2  编程语言	86
5.2.1  机器语言	86
5.2.2  汇编语言	87
5.2.3  面向过程的高级语言	88
5.2.4  面向对象的程序设计语言	89
5.2.5  其他语言	90
5.3  程序的程序：翻译系统	91
5.4  高级编程语言	92
5.4.1  数据类型	92
5.4.2  基本语句	94
5.4.3  分支语句	95
5.4.4  循环语句	96
5.4.5  函数和方法	97
5.5  怎样编写程序	98
5.6  软件工程	99
本章小结	101
习题5	102
第6章  数据库	106
6.1  数据库概述	106
6.1.1  非结构化数据	106
6.1.2  结构化数据	107
6.2  数据库系统	108
6.3  关系数据库	110
6.3.1  关系模型	110
6.3.2  关系运算	111
6.3.3  SQL	113
6.4  构建数据库系统	114
6.4.1  数据库设计	114
6.4.2  C/S结构	115
6.5  其他类型的数据库	116
本章小结	117
习题6	118
第7章  网络与网络计算	121
7.1  通信基础	121
7.1.1  通信介质和传输	121
7.1.2  调制与解调	123
7.2  网络技术	124
7.2.1  网络传输	124
7.2.2  网络类型和设备	125
7.2.3  网络协议	128
7.2.4  网络服务器	129
7.3  互联网	130
7.3.1  TCP/IP	130
7.3.2  IP网	131
7.3.3  互联网服务	134
7.3.4  未来的网络	137
7.4  网络数据	137
7.5  云计算	140
7.6  网络安全	141
本章小结	142
习题7	143
第8章  大数据	147
8.1  大数据概述	147
8.2  R简介	148
8.3  大数据预处理	150
8.4  数据分析方法	151
8.4.1  聚类分析	151
8.4.2  关联分析	153
8.4.3  回归分析	156
8.5  数据挖掘	160
8.5.1  分类	160
8.5.2  时间序列分析	163
8.5.3  文本分析	164
8.6  大数据处理工具	166
8.6.1  Hadoop	167
8.6.2  MapRuduce	168
本章小结	169
习题8	169
第9章  先进计算	171
9.1  高性能计算	171
9.2  人工智能	173
9.2.1  图灵测试	173
9.2.2  推理：知识表达	174
9.2.3  神经网络	175
9.2.4  机器人	177
9.2.5  自然语言处理	177
9.3  机器学习和深度学习	178
9.3.1 机器学习	178
9.3.2  深度学习	179
9.4  虚拟现实	180
9.5  可计算理论	181
9.5.1  可计算函数	181
9.5.2  哥德尔数	182
9.5.3  图灵机	183
9.5.3  计算复杂性	184
9.5.4  停机问题	186
本章小结	186
习题9	187
附录A  ASCII表	190

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前言

前    言
几年前，我在一次全国性的计算机教学研讨会上提出了个人的观点，应该客观地分析相关计算机基础课程的学生群体，他们是互联网的“原住民”：他们对计算机、信息和技术的认知程度远远高出他们的父辈，因为他们一出生就生活在“信息社会”。今天看来，这个观点仍然是保守了，他们是信息社会的真正的推动者。今天这一代人，生活、学习、工作自然而然地与计算机、智能手机密切联系在一起，就像我们这一代和电视机联系在一起一样。
回到本书书名的构想。
本书的读者对“机器（硬件）”具有本能的认知，对APP（Application，应用程序）更有天然的亲和力，这几年发展极为迅速的“大数据（Big Data）”更是脍炙人口，他们已经耳熟能详。因此，我们需要站在一个新的角度看待本书的读者，需要给他们一个适合当下信息社会发展特点的视角，与他们分享相关的知识和技术。毫无疑问，“数据”与“计算”是主题。尽管过去计算机科学基础也一直讨论数据与计算，只是没有像今天的形势所要求的那样必须给出一个清晰的路线图和系统性的介绍。几年前，我在浙江大学竺可桢（浙江大学历史上最具影响的校长，1936—1949）学院的“计算机科学基础”课程教学中就进行了相关尝试，因此本书也是教学过程的体会和总结，希望对使用本书的教师和学生们有所帮助。
科学的精神就在于知道是什么、为什么以及如何做到，不需赘述的是，作为一门学科，计算机学科与数学、物理差不多，尽管学习它们并不意味着就以此为职业，但你们已经无从选择：计算机或者与计算机相关的产品将伴随你们成长，将成为你们新一代不可或缺的工具，甚至成为你们的一个不可或缺的“器官”。因此，你们需要掌握“计算科学”的相关知识，使得计算机这个工具能够发挥更有效的作用。
尽管本书目标是明确的，但要达到这个目标绝非易事：现在人人都是计算机方面的“专家”，很多人对计算机的认识是不同的。为了适合教学，本书在教学内容的编排上做了较大幅度的调整，以“计算机是数据的载体，计算机是计算的核心”为主线，强调数据是计算的对象，而数据的抽象表达、组织与存储、传输与交换和作为资源使用是计算的目标，也是计算机实现这些功能的方法。
本书应该具有基础性课程所具有的知识体系的基本稳定性。尽管计算机技术发展很快，人们每天都在使用它，每天都在谈论它，好像每天都有令人耳目一新的新的技术，实际上它的科学基础并没有变，至少在可预见的未来也不会有多大变化。计算机科学的基础就是数制、逻辑、体系、数据组织和表达、算法、语言、软件原理等。新技术，如Web、即时通信等，都不是新的，“新”的只是与市场相关，无关乎技术。

希望读者能够领会本书希望传达的意思：计算机是科学，也是数据处理的工具，而且是一个不可或缺的科学工具，计算机改变着我们、改变着社会。好好地了解它吧，它能更好地帮助你！
本书围绕相关数据和处理方法，通过计算系统、计算基础、数据表示、算法基础、语言和程序、数据库、大数据及先进计算等内容，以“计算系统”的全新视角介绍计算机科学基础知识。计算系统是指承担计算功能的计算机和计算对象的数据。数据是现实世界的抽象的表达，是信息之源。本书较为全面地介绍了各种类型的数据及其处理方法。
同许多计算机书籍一样被诟病的是，与前面出版并勘误过的多个版本一样，本书也有各种失误和错误，也有很多不完善的地方。如果给自己找理由，则是计算机发展太快，许多概念随着时间而改变，我们还不能完全跟上这种改变。前面几版收到了许多读者的指正，也真诚希望读者再次帮助我们纠正书中的各种错误。再次深谢你们的宽容和帮助。
本书能够出版并多次修订（从2002年开始至今已经有数个版本），得益于浙江大学中一起教授本课程的各位同事的大力帮助。他们对书稿中有很多建设性的建议和批评，限于时间限制还不能一一加以修正，将在再版时全面修订。抱歉的是，由于人数太多，限于篇幅不能一一列出他们的名字，但是有几位老师是本书的最大贡献者，特别感谢浙江大学计算机教学研究中心的现任首席责任教授许端清老师、责任教授徐镜春老师和沈睿老师，是他们的大力支持，本书才得以进行修改并出版。计算机学院的章文老师和冯晓霞老师仔细阅读了原稿，纠正了很多错误，也提出了很多很好的建议。

本书为任课教师提供配套的教学资源（包含电子教案、习题参考答案、书中用到的数据文件），需要者可登录华信教育资源网站（http://www.hxedu.com.cn），注册之后进行免费下载。

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