**章 引論 001
1.1 什么是計算 002
1.2 計算機科學(xué)與計算科學(xué) 002
1.3 來自計算機發(fā)展史的啟示 003
1.3.1 來自計算工具發(fā)展的啟示 003
1.3.2 來自元器件發(fā)展的啟示 005
1.3.3 來自計算機硬件發(fā)展的啟示 007
1.3.4 來自計算機軟件發(fā)展的啟示 009
1.3.5 一些重要思想/重要事件及其帶來的影響 011
1.4 計算機應(yīng)用 013
1.5 計算機發(fā)展趨勢 015
1.5.1 高性能計算：無所不能的計算 015
1.5.2 普適計算：無所不在的計算 016
1.5.3 服務(wù)計算與云計算：萬事皆服務(wù)的計算 017
1.5.4 智能計算 018
1.5.5 生物計算 019
1.5.6 未來互聯(lián)網(wǎng)與智慧地球 020
思考題 022
參考文獻 023
第2章 計算系統(tǒng)的基本思維 025
2.1 理解0和1的思維 026
2.1.1 語義符號化的典型案例：0/1與《易經(jīng)》 026
2.1.2 思維方式與邏輯運算：0/1與邏輯 027
2.1.3 二進制與算術(shù)運算：0/1與數(shù)值信息 028
2.1.4 編碼與符號運算：0/1與非數(shù)值信息 031
2.1.5 0和1與電子元器件 034
2.1.6 0和1思維小結(jié) 038
2.2 圖靈機與馮·諾依曼計算機 039
2.2.1 圖靈機：關(guān)于通用機器及指令、程序及其自動執(zhí)行 039
2.2.2 馮·諾依曼計算機 041
2.2.3 存儲器：可按地址自動存取內(nèi)容的部件 042
2.2.4 機器指令與機器級程序與算法 045
2.2.5 機器級程序的存儲與執(zhí)行 047
2.2.6 關(guān)于馮·諾依曼計算機的貫通性思維小結(jié) 050
2.3 現(xiàn)代計算機 051
2.3.1 現(xiàn)代計算機的構(gòu)成 051
2.3.2 存儲體系：不**能資源的組合優(yōu)化思維 052
2.3.3 為什么要有操作系統(tǒng)——硬件功能擴展的基本思維 055
2.3.4 化整為零的基本思維——磁盤與文件管理 057
2.3.5 任務(wù)-作業(yè)與內(nèi)存管理：分工合作與協(xié)同求解復(fù)雜系統(tǒng)問題的基本思維 059
2.3.6 分時-并行控制思維：任務(wù)-作業(yè)管理與處理機管理 062
2.3.7 現(xiàn)代計算機的工作過程 064
2.3.8 現(xiàn)代計算機的發(fā)展 065
2.3.9 關(guān)于現(xiàn)代計算機的貫通性思維小結(jié) 067
2.4 不同抽象層級的計算機（軟件） 067
2.4.1 人-機交互層面的計算機——計算機語言與編譯器 068
2.4.2 機-機交互層級的計算機：協(xié)議與編碼器/解碼器/轉(zhuǎn)換器/處理器 075
2.4.3 分層抽象進行復(fù)雜問題化簡的示例：操作系統(tǒng)對設(shè)備的分層控制 078
2.4.4 關(guān)于不同抽象層級計算機的思維小結(jié) 085
思考題 085
參考文獻 087
第3章 問題求解框架 089
3.1 傳統(tǒng)程序的基本構(gòu)成要素 090
3.1.1 常量、變量、表達式 090
3.1.2 語句與程序控制 092
3.1.3 函數(shù)與函數(shù)調(diào)用 097
3.1.4 常量/變量、數(shù)據(jù)存儲與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 098
3.1.5 程序構(gòu)造及其表達方法 102
3.2 算法類問題求解框架 105
3.2.1 算法的基本概念 105
3.2.2 數(shù)學(xué)建模：建立問題的數(shù)學(xué)模型 108
3.2.3 算法思想：算法策略選擇 109
3.2.4 算法設(shè)計：算法思想的**表達 110
3.2.5 算法的模擬與分析 113
3.2.6 算法的復(fù)雜性 114
3.2.7 算法類問題求解框架 115
3.3 現(xiàn)代程序的基本構(gòu)成要素 116
3.3.1 對象與類的概念——通俗示例 116
3.3.2 類與對象的概念——面向?qū)ο蟮某绦?119
3.3.3 面向?qū)ο蟪绦驑?gòu)造的一個例子——可視化編程的思維模式 121
3.3.4 現(xiàn)代程序構(gòu)造及其表達方法 123
3.4 系統(tǒng)類問題求解框架 126
3.4.1 什么是系統(tǒng) 126
3.4.2 建立問題域/業(yè)務(wù)模型 130
3.4.3 建立軟件域模型 135
3.4.4 軟件模塊的構(gòu)造與實現(xiàn) 141
3.4.5 軟件系統(tǒng)的構(gòu)造與實現(xiàn) 145
3.4.6 軟件系統(tǒng)的測試、部署與運行 147
3.4.7 軟件體系結(jié)構(gòu)與軟件模式問題 150
3.4.8 系統(tǒng)的可靠性和安全性問題 156
3.4.9 小結(jié) 158
思考題 159
參考文獻 161
第4章 算法與復(fù)雜性 163
4.1 排序問題及其算法 164
4.1.1 排序問題 164
4.1.2 基本排序算法 167
4.1.3 PageRank排序：排序問題的不同思考方法 174
4.2 遞歸及遞歸算法 180
4.2.1 遞歸：用有限的語句定義對象的無限集合 180
4.2.2 遞歸算法：自身調(diào)用自身，高階調(diào)用低階 187
4.3 遺傳算法：計算復(fù)雜性與仿生學(xué)算法示例 194
4.3.1 可求解與難求解問題 194
4.3.2 遺傳算法：仿生學(xué)算法的簡單示例 196
4.3.3 遺傳算法暨問題求解算法的進一步探討 202
思考題 210
參考文獻 211
第5章 數(shù)據(jù)抽象、設(shè)計與挖掘 213
5.1 數(shù)據(jù)與大數(shù)據(jù) 214
5.2 數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)庫：數(shù)據(jù)聚集的核心 216
5.2.1 數(shù)據(jù)聚集成“庫”——數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)庫管理 216
5.2.2 數(shù)據(jù)庫的基本結(jié)構(gòu)形式——數(shù)據(jù)表 217
5.2.3 數(shù)據(jù)表的操作——關(guān)系操作 220
5.2.4 用數(shù)學(xué)定義數(shù)據(jù)表及其操作——關(guān)系模型 223
5.2.5 數(shù)據(jù)庫語言——用計算機語言表達數(shù)據(jù)表及其操作 226
5.2.6 DBMS——數(shù)據(jù)庫語言的執(zhí)行或者數(shù)據(jù)表操作的自動實現(xiàn) 231
5.3 數(shù)據(jù)分析的核心——聯(lián)機數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘 232
5.3.1 例子——超市數(shù)據(jù)庫 232
5.3.2 超市數(shù)據(jù)分析方法——二維交叉表 234
5.3.3 數(shù)據(jù)倉庫聯(lián)機數(shù)據(jù)分析（OLAP）：由二維數(shù)據(jù)分析到多維數(shù)據(jù)分析 235
5.3.4 數(shù)據(jù)也是生產(chǎn)力——數(shù)據(jù)挖掘 240
5.4 抽象、理論和設(shè)計 248
5.4.1 抽象：理解→區(qū)分→命名→表達 249
5.4.2 理論：定義→性質(zhì)（公理和定理）→證明 254
5.4.3 設(shè)計：形式→構(gòu)造→自動化 257
5.4.4 抽象—理論—設(shè)計之間的關(guān)系 259
思考題 260
參考文獻 261
第6章 計算機網(wǎng)絡(luò)、信息網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)化社會 263
6.1 網(wǎng)絡(luò)與社會 264
6.2 計算機網(wǎng)絡(luò) 264
6.2.1 網(wǎng)絡(luò)通信的基本原理 264
6.2.2 計算機網(wǎng)絡(luò)連接：不同類別的機器網(wǎng)絡(luò) 269
6.3 因特網(wǎng)與Web——信息網(wǎng)絡(luò) 279
6.3.1 由計算機網(wǎng)絡(luò)走向文檔/信息網(wǎng)絡(luò)Web 279
6.3.2 超文本/超媒體的表達與解析 280
6.3.3 超文本/超媒體的組織與管理 284
6.3.4 無限資源庫的發(fā)掘和利用：搜索引擎 286
6.3.5 互動網(wǎng)絡(luò)與群體網(wǎng)絡(luò)：互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新*重要的是思維的創(chuàng)新 287
6.4 網(wǎng)絡(luò)化社會與網(wǎng)絡(luò)計算：用科學(xué)方法研究網(wǎng)絡(luò)問題 290
6.4.1 形形的網(wǎng)絡(luò) 290
6.4.2 網(wǎng)絡(luò)問題抽象與基本網(wǎng)絡(luò)計算問題 291
6.4.3 網(wǎng)絡(luò)計算示例：社會網(wǎng)絡(luò)的一個問題研究 297
思考題 302
參考文獻 304