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计算机科学导论

本书从计算思维的四种具体表现形——计算逻辑思维、算法思维、网络思维、计算系统思维来介绍计算机导论,体系完整,方便作为教材

作者:徐志伟、孙晓明
定价:45
印次:1-2
ISBN:9787302489634
出版日期:2018.03.01
印刷日期:2018.08.07

本书从计算思维角度讲解计算机科学最基础的概念和入门知识,讨论计算思维的四种具体表现形式: 计算逻辑思维、算法思维、网络思维、计算系统思维。为了足够精准地描述信息变换过程,必须用信息的方式定义并推导信息变换过程涉及的“对”与“错”,哪些能计算,哪些不能计算。这是计算逻辑思维,它往往需要精确地定义计算模型。我们还需要从信息的角度发现和发明解决各类问题的精确方法,并评价什么是有效的方法。这是算法思维。有很多问题不是由单个算法解决,而是由多个算法形成网络来描述和解决。研究有效的网络需要网络思维。信息变换过程往往通过具体的计算设备与系统得以体现。如何设计、评价并使用计算抽象和实用的计算系统涉及计算系统思维。

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献给我的母亲: 教书育人四十余年的彭老师。 徐志伟 献给我爱人Tracy和女儿Lulu,感谢你们的支持! 孙晓明···························································· 前言Foreword大学计算机基础课程,往往称为“计算机科学导论”,正在经历一场变革,主要体现在三个方面。第一,课程的受众正在扩大。例如,美国著名大学的“计算机科学导论”课程每学期的学生数过去10年增长了50%,一门课程的学生数往往超过700人。第二,课程的内容正在从传统的讲历史发展、讲入门工具使用、讲初阶编程,过渡到讲计算思维。第三,课程的形式正在变得更加丰富,包括课堂讲授、动手动脑实践、慕课、翻转课堂等各种组合。 本书是为中国大学的“计算机科学导论”课程设计的,考虑了全球发展趋势与中国的实际情况,具备下述四个特点。 (1) 强调计算思维。本书试图突出计算机科学最本质的特征: 计算机科学是研究计算过程的科学,计算过程是通过操作数字符号变换信息的过程。最本质的解决问题方法是计算思维,包括逻辑思维、算法思维、网络思维和系统思维。 (2) 强调基础知识。本书并不追求覆盖众多的时髦名词或新概念,而是突出计算机科学不过时的最基础的知识点,并将它们组织成对计算思维的10个理解: 自动执行、正确性、通用性、构造性、复杂度、连通性、协议栈、抽象化、模块化、无缝衔接。 (3) 鼓励主动学习。本书的设计鼓励同学们自学,但教师讲解与课堂互动有利于揭示要点、提高学习效率。本书还提供了一些动手动脑的大作业和编程练习,对应于逻辑、算法、网络和系统四大内容。 (4) 鼓励扩展眼界。除了理论内容外,本书提供了较多的实例,涵盖计算机科学及其应用和社会影响。本书花了大约三分之一的篇幅讲解计算机领域的真实的创新故事,让同学们了解前人如何通过计算思维认识世界、提出问题、解决问题。这些创新故事对同学们形成计算机科学领域的学术道德和职业精神也有裨益。 本书的构思与写作持续了五年时间,主要的难点是如何体现计算思维。作者要感谢北京大学李晓明教授,他多年来一直鼓励和敦促我们写一本计算机科学导论教科书。感谢时任美国国家科学基金会副主任的周以真(Jeannette M. Wing)博士,她多次与我们讨论计算思维的要点。感谢中国科技大学陈国良教授与合肥工业大学李廉教授,以及他们领导的教育部大学计算机基础课程教学指导委员会。这些老师花了很多精力在中国推动计算思维改革,为本书提供了很多经验。特别感谢中国科学院大学的同学们,他们是本书的第一批读者,也是本书作为教科书的“计算机科学导论”课程的第一批实践者。感谢中国科学院计算技术研究所的博士生朝鲁和李春典,他们担任了课程的助教并撰写了课程实践部分的内容。 本书引用了业界的大量素材,在此一并致谢。我们要感谢开源社区,尤其是LAMP(Linux、Apache、MySQL、Python)社区。感谢学术社区,尤其是ACM(Association for Computing Machinery)、IEEE Computer Society、CCF(中国计算机学会)。ACM与IEEE Computer Society是全球最大的计算机科学技术领域的国际学术社区,分别有10万与6万多名会员。CCF有3万多名会员,是全球第三大计算机学会。 我们还要感谢众多的公司,本书合理使用了它们的素材(例如公司名称、技术和产品名称、logo标志),这些名称和标志都是这些公司的知识产权。这些公司包括曙光、联想、龙芯、华为、腾讯、百度、IBM、英特尔、谷歌、脸谱网、领英、AT&T、思科、红帽、通用电气、微软、甲骨文、乐高等。免责声明: 除了已经公开发表的材料外,本书使用这些公司的例子都做了抽象加工,没有泄露这些公司的隐私。 孙晓明徐志伟 2017年夏于北京中关村 ◆计算机科学导论

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  • (1)深度教育与职业素质教育相结合,从计算思维角度深入讲解计算机科学的最基础的概念和入门知识,更多的实例与职业素养则通过创新故事体现。
    (2)课堂讲授与学生动手动脑相结合,提供了习题、编程练习与大作业系统地培养实践能力。
    (3)适应32学时至64学时的“大学计算机基础”课程安排,教师可通过不同的裁减和深入讨论,适应不同的学时计划。

  • (1)深度教育与职业素质教育相结合,从计算思维角度深入讲解计算机科学的最基础的概念和入门知识,更多的实例与职业素养则通过创新故事体现。
    (2)课堂讲授与学生动手动脑相结合,提供了习题、编程练习与大作业系统地培养实践能力。
    (3)适应32学时至64学时的“大学计算机基础”课程安排,教师可通过不同的裁减和深入讨论,适应不同的学时计划。

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  • ···························································· 目录Contents第1章计算机科学概貌1 1.1什么是计算机科学2 1.1.1计算思维4 1.1.2步骤、符号、操作与计算过程8 1.1.3能够自动执行的抽象16 1.2计算机科学的发展实例18 1.2.1巴贝奇问题——计算机系统实例19 1.2.2布什问题——计算机使用模式实例21 1.2.3图灵问题——智能应用实例24 1.2.4计算机科学的三个奇妙之处29 1.3计算机科学的创新故事36 1.3.1文王演周易36 1.3.2自由软件的故事41 1.3.3为什么未来不需要我们46 1.4编程练习49 1.5习题53 第2章计算模型与逻辑思维54 2.1从一个实例看逻辑思维54 2.2逻辑思维要点55 2.2.1布尔逻辑55 2.2.2图灵机模型62 2.2.3悖论与不完备定理66 2.2.4能够自动执行的精准逻辑67 2.3计算逻辑的创新故事69 2.3.1布尔的故事69 2.3.2图灵的故事72◆计算机科学导论目录2.3.3臭虫与病毒73 2.4习题79 第3章算法思维81 3.1从一个实例看算法81 3.2算法思维的要点与实例83 3.2.1分治算法83 3.2.2其他算法实例90 3.2.3算法复杂度浅介96 3.3算法的创新故事98 3.3.1平稳复杂度98 3.3.2红帽的故事101 3.3.3创业公司五步曲103 3.4编程练习111 3.5习题113 第4...

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