面向计算思维的大学计算机基础

本书借鉴运用计算思维 解决科学问题的思路，构 建了一个贯穿计算思维的 大学计算机课程体系。从 问题抽象建模开始，通过 从自然语言描述的问题， 到形式语言描述的模型， 再到算法和程序实现的逐 层映射，以计算思维为核 心建立学生解决实际问题 的导航图，通过系列案例 建模、典型算法设计的讲 解和分析，打开一扇利用 计算机解决实际问题的科 学艺术之门。全书主要内 容包括计算思维与计算机 模型、问题抽象与建模、 程序设计基础与数据结构 、算法设计与优化、科学 计算与数据处理等。 作者结合各个知识点和 重要概念，精心设计了具 有趣味性和实用性、能够 激发学生思考的若干教学 案例，使抽象的概念具体 化，从而启发和开拓学生 的思维。书中大部分案例 均采用Python语言编程实 现，使学生更好地理解运 用“计算思维”求解问题的思 想，掌握其方法。书中淡 化操作，强调的是分析和 解决问题的思路和方法。 同时，本书具有内容新颖 、层次清晰、详略得当、 突出应用和图文并茂等特 色。 通过学习本书，读者将 系统了解计算机基础知识 ，逐步理解计算思维含义 及其思维方法，进而能够 运用计算思维的一般方法 分析问题和解决实际问题 ，为各专业的后续计算能 力和素养的需求提供必要 的计算思维和能力储备， 为专业领域的创新活动奠 定基础。 本书可作为高等学校非 计算机专业学生的大学计 算机基础教材，也可作为 计算机基础。

第1章 计算思维与计算机模型 1.1 理论思维、实验思维和计算思维 1.1.1 理论思维、实验思维、计算思维的基本概念 1.1.2 计算思维的本质和主要方法 1.2 计算的基础 1.2.1 信息的概念 1.2.2 什么是计算 1.2.3 逻辑代数与逻辑运算 1.2.4 数据的0和1表示与物理实现 1.3 计算机的理论模型与物理实现 1.3.1 图灵机模型 1.3.2 现代电子计算机 1.4 信息在计算机中的表示 1.4.1 计算机中的数据及其单位 1.4.2 进位记数制及其转换 1.4.3 字符的编码 1.5 计算机系统基本结构 1.5.1 计算机硬件系统 1.5.2 计算机软件系统 1.6 计算思维方法的案例 1.6.1 从两军问题看通信与协作的思维 1.6.2 计算机网络访问过程蕴含的计算思维 1.6.3 从RSA算法看计算效率的思维 本章小结 习题 第2章 问题抽象与建模 2.1 科学抽象过程与方法 2.1.1 抽象与科学抽象 2.1.2 科学抽象的过程 2.1.3 科学抽象的逻辑思维 2.1.4 科学抽象的非逻辑思维 2.1.5 科学抽象的量化思维 2.2 数学模型的定义和分类 2.2.1 数学模型的定义 2.2.2 数学模型的分类 2.3 数学建模的基本过程和方法 2.3.1 数学建模的基本过程 2.3.2 数学建模的一般步骤 2.3.3 数学建模的基本方法 2.4 建模的综合案例分析 2.4.1 地铁自动购票机找零 2.4.2 学生选课 2.4.3 导航地图中的短路径 本章小结 习题 第3章 程序设计基础与数据结构 3.1 程序与程序设计语言 3.1.1 引例 3.1.2 程序设计语言 3.1.3 两大类程序设计方法