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| 編輯推薦： |
内容覆盖了ACM/IEEE-CS CS2013中提出的计算科学核心课程知识点。
强调用计算思维的方法讨论和分析问题。
对算法说明和实现采用Python编程语言。
提供大量课程教学资源，如教学大纲、PPT教学课件、习题参考答案、程序代码、技术资料等。
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| 內容簡介： |
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本书覆盖了ACM/IEEECS CS2013中提出的计算科学核心课程知识点。内容分为两部分： 第一部分主要讨论计算技术的发展历程、程序语言的基本结构、软件工程的基本方法、计算思维的基本概念、常用算法思想、计算科学基本理论等； 第二部分讨论计算机的主要技术和工作原理，以及计算科学的热门技术等。本书介绍的内容是计算科学专业人员都应当掌握的基本核心知识。 本书在保持学科广度的同时，兼顾不同专业领域计算科学应用技术的讨论。本书力图使读者对计算科学有一个总体认识，并希望在此基础上，使读者可以了解和掌握计算思维的方法，并与他们的专业课程结合，理解和解决各自专业领域的问题。 本书可以作为高等院校计算科学基础课程的教材，主要读者对象是理工科专业学生。
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| 關於作者： |
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易建勋，大本，教授，2020年主编《Python应用程序设计》，清华大学出版社；2019年参编《现代计算机原理与工业应用》，清华大学出版社；2018年主编《计算机导论——计算思维和应用技术》第2版，清华大学出版社；2012年主编《计算机维修技术 第3版》，清华大学出版社；2011年主编《计算机硬件技术——结构与性能》，清华大学出版社；等等；1989年湖南大学计算机系，计算机应用专业毕业，本科
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| 目錄：
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第一部分核 心 知 识
第1章计算工具和计算科学
1.1计算机的发展
1.1.1早期的计算工具
1.1.2中世纪的计算机
1.1.3现代计算机的发展
1.1.4微型计算机的发展
1.2计算机的类型
1.2.1类型与特点
1.2.2大型计算机
1.2.3微型计算机
1.2.4嵌入式计算机
1.3计算技术的特征
1.3.1计算技术的发展
1.3.2软件特征与类型
1.3.3计算机人机界面
1.3.4计算机技术指标
1.4计算科学的特征
1.4.1计算学科的形态
1.4.2学科的核心课程
1.4.3计算科学的影响
1.4.4知识产权保护
1.4.5职业道德规范
1.4.6职业卫生健康
习题1
第2章程序语言和软件开发
2.1程序语言的特征
2.1.1程序语言的演化
2.1.2程序语言的类型
2.1.3编程环境与平台
2.1.4程序解释与编译
2.2Python编程基础
2.2.1编程环境
2.2.2程序组成
2.2.3基本语法
2.2.4数据类型
2.2.5控制结构
2.2.6函数设计
2.3程序语言介绍
2.3.1经典程序设计语言C
2.3.2面向对象编程语言Java
2.3.3数据统计编程语言R
2.3.4逻辑推理编程语言Prolog
2.3.5函数式编程语言Haskell
2.3.6并行程序设计概述
2.3.7事件驱动程序设计
2.4软件开发方法
2.4.1软件工程特征
2.4.2程序设计原则
2.4.3程序异常原因
2.4.4软件测试方法
2.4.5软件开发模型
习题2
第3章计算思维和学科基础
3.1计算思维
3.1.1计算思维的特征
3.1.2数学思维的概念
3.1.3工程思维的概念
3.1.4问题求解的方法
3.1.5数学模型的构建
3.2建模案例
3.2.1囚徒困境： 博弈策略建模
3.2.2机器翻译： 统计语言建模
3.2.3平均收入： 安全计算建模
3.2.4网页搜索： 布尔检索建模
3.2.5生命游戏： 细胞自动机建模
3.3计算科学基础： 可计算性
3.3.1图灵机计算模型
3.3.2停机问题： 理论上不可计算的问题
3.3.3汉诺塔： 现实中难以计算的问题
3.3.4不完备性与可计算性
3.3.5P=NP？计算科学难题
3.4学科经典问题： 计算复杂性
3.4.1哥尼斯堡七桥问题： 图论
3.4.2哈密尔顿回路： 计算复杂性
3.4.3旅行商问题： 计算组合爆炸
3.4.4单向函数： 公钥密码的基础
3.4.5哲学家就餐问题： 死锁控制
3.4.6两军通信： 信号不可靠传输
习题3
第4章常用算法和数据结构
4.1算法的特征
4.1.1算法的定义
4.1.2算法的表示
4.1.3算法的评估
4.1.4算法复杂度
4.2常用算法
4.2.1迭代法
4.2.2递归法
4.2.3枚举法
4.2.4分治法
4.2.5贪心法
4.2.6动态规划
4.2.7筛法求素数
4.2.8随机化算法
4.2.9遗传算法
4.3排序与查找
4.3.1冒泡排序
4.3.2插入排序
4.3.3快速排序
4.3.4二分查找
4.3.5分块查找
4.4数据结构
4.4.1基本概念
4.4.2线性结构
4.4.3树形结构
4.4.4图形结构
习题4
第二部分基 础 知 识
第5章信息编码和逻辑运算
5.1数值信息编码
5.1.1二进制数的编码
5.1.2不同数制的转换
5.1.3二进制整数编码
5.1.4二进制小数编码
5.1.5二进制补码运算
5.2非数值信息编码
5.2.1字符的早期编码
5.2.2国际字符统一码Unicode
5.2.3音频数据编码
5.2.4点阵图像编码
5.2.5矢量图形编码
5.3压缩与纠错编码
5.3.1信息熵的度量
5.3.2无损压缩编码
5.3.3有损压缩技术
5.3.4信号纠错编码
5.3.5信道传输编码
5.4数理逻辑与应用
5.4.1数理逻辑概述
5.4.2基本逻辑运算
5.4.3命题逻辑演算
5.4.4谓词逻辑演算
5.4.5逻辑运算应用
习题5
第6章组成原理和操作系统
6.1计算机系统结构
6.1.1计算机层次模型
6.1.2冯·诺依曼结构
6.1.3计算机集群结构
6.2计算机工作原理
6.2.1数据存储
6.2.2数据传输
6.2.3数据运算
6.2.4指令系统
6.3计算机硬件组成
6.3.1主机结构
6.3.2CPU部件
6.3.3主板部件
6.3.4存储设备
6.3.5集成电路
6.4计算机操作系统
6.4.1操作系统概述
6.4.2操作系统功能
6.4.3桌面操作系统Windows
6.4.4网络操作系统Linux
6.4.5移动操作系统Android
6.4.6系统引导过程
习题6
第7章网络通信和信息安全
7.1网络原理
7.1.1网络的基本类型
7.1.2网络通信协议
7.1.3网络体系结构
7.1.4互联网通信技术
7.1.5软件定义网络
7.1.6无线局域网技术
7.1.7移动通信技术
7.2安全防护
7.2.1安全问题
7.2.2黑客攻击
7.2.3安全体系
7.2.4物理隔离
7.2.5防火墙技术
7.3信息加密
7.3.1加密原理
7.3.2RSA加密
7.3.3密码破解
7.3.4数字认证
7.3.5安全计算
习题7
第8章计算领域的技术热点
8.1人工智能技术
8.1.1图灵测试
8.1.2研究流派
8.1.3机器学习
8.1.4核心技术
8.1.5存在的问题
8.2大数据技术
8.2.1大数据的特点
8.2.2数据获取技术
8.2.3数据清洗技术
8.2.4数据挖掘技术
8.2.5大数据的应用案例
8.3数据库技术
8.3.1数据库的组成
8.3.2数据库的操作
8.3.3数据库语言SQL
8.3.4新型数据库NoSQL
8.3.5嵌入式数据库SQLite
8.4计算领域的新技术
8.4.1物联网技术
8.4.2云计算技术
8.4.3量子计算机
8.4.4区块链技术
8.4.5计算社会学
习题8
附录A常用数学运算符号
附录B常用英文缩写及说明
参考文献
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| 內容試閱：
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“计算科学导论”是理工科学生的专业基础课程，本书全面介绍了计算科学核心课程的基础知识，这些内容是每个计算科学从业人员都应当了解和掌握的基本核心知识。
写作目标
本书的写作原则是： 介绍基础知识，开阔专业视野。作者期望达成以下目标。
（1） 说明计算无所不在。本书尽量从商业领域、社会科学领域和日常生活中选取不同的案例讨论计算的普遍性。例如，囚徒困境问题、热门检索词排名、平均工资计算问题等，从不同侧面讨论了计算的普遍性。
（2） 讨论解决问题的方法。本书强调用计算思维的方法讨论和分析问题。如数学建模讨论中，重点讲解利用计算思维进行建模的方法，而不是数学模型的理论推导和技术实现细节。在程序设计、信息编码、体系结构、操作系统、网络通信、信息安全等内容中，尽量结合计算思维来讨论问题。
（3） 介绍专业知识框架。ACM/IEEECS在CS2013中提出了计算科学的18门核心课程，本书覆盖了这些课程最基本的核心知识点。受教学课时的限制，一些核心课程的内容不会专门开课讲授。例如，本书介绍了10种程序设计语言，虽然很多编程语言读者可能不会用到，但是了解它们的技术特点可以开阔读者的专业视野。
主要内容
第一部分（第1～4章）是课程最基本的核心知识。第1章主要介绍计算机的发展历程、计算技术的特征、计算学科的核心课程、计算领域的知识产权、职业道德和规范等内容； 第2章主要介绍程序语言的演变过程、程序语言的基本语法、不同程序语言的设计风格、软件工程的基本方法等内容； 第3章主要介绍计算思维的基本概念、数学建模的典型案例、可计算理论的基本概念、计算的复杂性、计算学科的经典问题等内容； 第4章主要介绍算法分析的基本方法、常用的经典算法、数据结构基本概念等内容。
第二部分(第5~8章)是相关核心课程的基础知识。第5章主要介绍信息编码、数理逻辑； 第6章主要介绍组成原理、操作系统； 第7章主要介绍网络通信、信息安全等； 第8章讨论了目前计算领域的热门技术，如人工智能、大数据、数据库、区块链技术、计算社会学等内容。教师可以根据不同专业的需要，选择部分内容进行教学。
几点说明
（1） 明确概念。ACM/IEEE发布的《2020年计算课程： 全球计算教育范例》建议采用“计算”（Computing）一词作为计算工程、计算科学等所有计算领域的统一术语。本书缩小了名词计算机（Computer）的概念范围，计算机专指与具体机器相关的概念，如个人计算机、计算机程序、计算机网络等。名词计算（Computing）用来表示抽象或整体概念，如计算科学、计算学科、计算领域、计算技术等。计算一词的内涵和外延都大于计算机。
（2） 内容编排。尽管本书有自己的结构体系，但各个主题在很大程度上相对独立。教师完全可以根据不同专业的教学要求，重新调整讲授内容和讲授顺序。本书每章大致讨论两个或更多的核心课程内容。本书对一些理论性问题尽量用图、表、案例的形式加以说明，试图帮助读者加深对所述内容的理解，但是作者也会存在力有不逮的情况。
（3） 一家之言。本书写作中，作者力图以严肃认真的态度分析和讨论，但是难免会掺杂一些作者不成熟的看法与意见。如计算工具的发展、计算机类型的划分、第一台电子计算机的发明、软件的分类、对冯·诺依曼计算机结构的阐述、程序控制计算机的思想、并行传输与串行传输的性能比较、电子信号的传输速度、大型计算机集群系统的设计等，这些内容可能与目前的主流技术观点有所不同。这都是作者一些不成熟的看法，仅仅是一家之言，期望专家学者们批评指正。
（4） 教学建议。本书遵循ACM/IEEECS倡导的“广度优先”原则，讨论范围涉及计算科学的核心知识点。对没有形成计算科学整体观念的读者来说，有些内容不易理解很正常。如可计算理论、计算复杂性、数据结构、程序编译、组成原理、数理逻辑、机器学习等内容中，很多名词、概念、算法、程序等理解起来都有一定的难度。作者建议教学中讲授计算科学的核心知识“有什么”，不要讨论“为什么”，这是后续专业课程的要求。
（5） 编程语言。本书对算法的说明和实现采用Python编程语言。考虑到读者不一定学习过Python编程语言，书中的程序案例都进行了详细的语法注释和算法说明，这些注释的目的是帮助读者快速理解程序。在实际工程中，程序注释不需要说明语法规则和算法思想，而是说明程序意图或语句参数，增强程序的易读性和可维护性。
（6） 教学资源。本书提供了大量课程教学资源，如教学大纲、PPT教学课件、习题参考答案、程序代码、技术资料、教学参考文档等，这些教学资源可在清华大学出版社网站下载： http://www.tup.tsinghua.edu.cn/。
致谢
本书由易建勋（长沙理工大学）、刘珺（河南工程学院）编著，邓江沙、唐良荣、廖寿丰、周玮等老师在本书写作中提供了很多帮助，作者非常感谢他们的帮助。
尽管作者非常认真努力地写作，但水平有限，书中难免有疏漏之处，或者存在以偏概全的讨论，恳请各位同仁和读者批评指正。
作者
2021年10月22日
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