计算机科学导论——计算思维程序实践

本书是教育部计算机领 域本科教育教学改革试点工 作（“101计划”）核心课程“ 计算概论（计算机科学导论 ）”之配套教材，也是面向 所有大学生的第一门计算机 课程的配套教材，由哈尔滨 工业大学牵头，东南大学、 南京航空航天大学、湖南大 学、北京大学等五所高校的 优秀教师组成的课程建设组 共同编写。 大学生的第一门计算机 类专业核心课程应是计算机 类专业的一门纲领性课程， 也是所有专业学生必修的计 算思维教育课程，旨在培养 学生的科学与工程思维—— 计算思维，为学生今后深入 学习设计、构造和应用各种 计算系统求解学科问题奠定 思维基础。关于如何培养计 算思维，本书试图通过进阶 化的程序实践项目，为读者 提供可研读、可体验、可实 践的实现计算思维的程序， 使其能够构建关于计算系统 /工具的思维体系，是通过 程序实践培养计算思维的一 种新探索。 本书由16章内容构成： 第1章介绍计算思维教育教 学内容体系以及进阶化程序 实践项目的总体设计方法； 第2章简要介绍程序设计语 言Python及其编程实践环境 ；第3～16章，每章介绍一 个程序实践项目，包括项目 涉及的典型计算思维、项目 总体设计方案、编程任务分 解及其说明、关键编程任务 的源代码等。本书的实践项 目包括函数曲线绘制、曲线 拟合、扫雷、CPU仿真、文 件存储仿真、分形图案绘制 、二十四点计算、数独、旅 行商问题求解、五子棋、网 络构建、网络数据传输、应 用数据库、神经网络建模与 训练。本书中所有项目的编 程任务源代码以开源的形式 供读者索取和研究。 本书可作为不同类型高 校计算机类专业第一门计算 机教育课程的教材，也可作 为各层次高校所有专业学生 第一门计算机教育课程的教 材。对于各类计算机教育工 作者、从事计算机各领域工 作的人员，本书也是一本极 具价值的参考书。

第1章 计算与计算思维 1.1 为什么要学习计算思维 1.1.1 计算与社会/自然深度融合 1.1.2 新工科、新医科、新农科与新文科 1.2 什么是计算思维 1.3 有哪些典型的计算思维——计算之树 1.4 怎样学习计算思维 1.4.1 联想体验式学习计算思维 1.4.2 编程项目式实践计算思维 1.5 本教材的基本思想与内容组织思路 思考题 第2章 计算机语言与基本编程环境 2.1 Python语言及其语法要素 2.1.1 计算机语言与Python语言简介 2.1.2 常量、变量与表达式 2.1.3 语句与程序控制 2.1.4 函数定义与函数调用 2.1.5 多元素变量——数组与列表 2.1.6 Python内置函数及其调用 2.2 一种支持Python的编程环境关的简介 2.3 Python语言的标准类库资源 2.3.1 资源库、模块、类/对象与函数的概念 2.3.2 os模块——操作系统功能调用模块 2.3.3 sys模块——系统环境编程控制模块 2.3.4 math模块——常用数学函数计算模块 2.3.5 random模块——伪随机数处理模块 2.3.6 time模块——时间相关处理模块 …… 第3章 数值计算与曲线绘制 第4章 数据预测与曲线拟合 第5章 面向对象与扫雷程序 第6章 系统思维与机器程序执行仿真 第7章 化整为零思维与文件存储仿真 第8章 递归思维与分形图案绘制 第9章 表达式解析思维与二十四点游戏 第10章 回溯思维与数独程序 第11章 非精确解求解思维与旅行商问题求解仿真 第12章 博弈思维与五子棋游戏 第13章 网络化思维和网络构建与连通仿真 第14章 网络协议与数据传输过程仿真 第15章 数据库思维与关系数据库系统仿真 第16章 机器学习思维与卷积神经网络建模与训练