前言 大学计算机基础(第4版)习近平总书记在党的二十大报告中指出: 教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑。必须坚持科技是第一生产力、人才是第一资源、创新是第一动力，深入实施科教兴国战略、人才强国战略、创新驱动发展战略，这三大战略共同服务于创新型国家的建设。报告同时强调: 推动战略性新兴产业融合集群发展，构建新一代信息技术、人工智能、生物技术、新能源、新材料、高端装备、绿色环保等一批新的增长引擎。 人要成功融入社会所必备的思维能力，是由其所处时代能够获得的工具决定的。计算机是推动战略性新兴产业融合集群发展，构建新一代信息技术、人工智能、生物技术、新能源、新材料、高端装备、绿色环保等一批新的增长引擎的必备工具之一，有效利用计算机分析和解决问题，将与阅读、写作和算术一样，成为 21 世纪每个人的基本技能，而这不仅仅属于计算机专业人员。计算机正在对人们的生活、工作，甚至思维产生深刻的影响。 “大学计算机基础”是大学本科教育的第一门计算机公共基础课程，它的改革越来越受到人们的关注。本课程的主要目的是从使用计算机、理解计算机系统和计算思维3个方面培养学生的计算机应用能力。从2008年开始，以“计算思维”的培养为主线开展计算科学通识教育，逐渐成为国内外计算机基础教育界的共识。 基于这种认识，第4版对第3版教材进行了较大幅度的修改，增加了计算思维所占的比重。指导思想是兼顾计算机基础知识和计算思维，选择Python作为实践语言，将信息表示与处理、计算机系统、计算机网络、数据库、多媒体等知识既作为教学内容，又作为计算思维求解问题的研究对象，加以实践，教材内容更偏重于如何将计算思维应用于各领域求解问题。最终，通过这种问题求解的学习和实践，希望学生在理解计算机基础知识的同时，能主动在各自的专业学习中利用计算思维的方法和技能，进行问题求解，能动手解决具有一定难度的实际问题。 经过近4年的实践，综合各方面的反馈，对第3版教材进行了改版，目标是使教材内容更贴近实际，能落地。 (1) 对计算思维内容进行了重新梳理，去除了第3版中难以深入阐述的算法设计、程序语言等内容，调整为运用计算思维进行问题求解时，如何预防、减缓、发现和修正错误，这对初学者来说更有意义。 (2) 对Python基础知识进行了微调，引入了递归与递归函数，介绍了数学归纳法与递归的关系，以及如何用数学归纳法设计递归算法的原理。 (3) 在第3版利用Python模拟冯·诺依曼体系结构来理解其工作原理的基础上，在横向与纵向上进行了扩展。在横向上，通过模拟操作系统进程调度策略、构建简单的数据库管理系统，展示了以计算机系统知识为研究对象时，计算思维的运用方法。在纵向上，向底层延伸，结合敏捷微处理器设计研究进展，展现了实际数字电路、微处理器核的设计描述与实现。 第4版教材包含9章内容，大致可分为如下部分: 计算与社会(第1章);Python简介(第2章);计算思维(第3章);信息、编码及数据表示(第4章);计算机系统、计算机网络及应用、数据库技术应用基础(第5、6、7章);科学计算(第8章);以及计算机发展新技术(第9章)。 本书内容涉及计算机专业多门课程的知识，概念庞杂，术语繁多。表面上看，章与章之间的联系松散。对于初学者来说，学好这门课程不容易，融会贯通就更加困难。如何把握全书的脉络?作者建议以 “信息表示和信息处理”“计算思维与计算机问题求解”作为理解章节内容联系的两条主要线索。 计算机系统是信息处理的工具，而信息处理依赖于某种形式的信息表示。本书中主要介绍了用01符号串表示数值信息、字符信息、声音信息和图像信息的方法；介绍了以文件和数据库形式组织信息的技术；介绍了计算机系统处理信息的工作原理。每个计算机系统功能都涉及某类或某几类信息，每个计算机系统功能都可以转换为信息处理过程。读者应该思考: 这些信息是怎样表示的?为什么要使用这种表示方法?计算机系统的功能由哪些信息处理过程组成?这些处理过程包含哪些步骤?处理步骤是如何(自动)实现的? 在理解信息表示和信息处理的基础上，学习计算思维，是为了更好地发挥计算机的作用，解决具体问题。读者在学习计算思维时，应该考虑: 以计算机基础知识为研究内容，用计算思维如何思考问题和解决问题?如何类比其他领域的问题?碰到具体问题时，可以思考该问题是否有计算的解?解是什么?如何实现解?如何让计算机帮助求解? 同时，这两条线索又是统一的，本书的案例以计算机系统本身作为对象，展示了用计算思维与计算机问题求解来研究计算机系统的方法。为读者将计算思维扩展到其他学科领域做了良好的示范。 如果这些问题都明晰了，对融会贯通全书内容有很大帮助。 本书适用于计算机专业和非计算机专业一年级新生，不要求有计算机程序设计经验，并且也不是以程序设计为主要内容，而是要求学生专注于理解计算思维求解问题的方法和技能。一些Python语言基础知识的介绍，是帮助读者阅读和理解教材中给出的Python程序。希望读者能在理解的基础上，对这些程序进行小修改，来实践自己的问题求解方法。同时建议与本书配套的《大学计算机基础实验教程》（第2版）配合使用，效果更好。 本书的第 1～7章主要由李暾编写或在前两版基础上进行了更新，第8章由刘万伟编写，第9章由陈立前编写。各章案例及新增内容由李暾、毛晓光、刘万伟、周海芳、周竞文等编写。全书由李暾、毛晓光负责统稿。王志英、宁洪、陈怀义、王保恒等教授对本书的编写给予了许多指导，陈立前、周竞文为本书的文字整理和校对做了大量工作。此外，本书还参考了很多文献资料和网络素材，在此一并表示衷心的感谢。 本书的写作集体根据多年的教学实践，在内容的甄选、全书组织形式等方面，既借鉴了同类书的成功经验，也做出了自己的努力。但是改进的空间还很大，热切希望广大读者能够予以斧正。 编者 2023年1月

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