计算思维与Python编程基础

作者2021年5月

本书是高等学校非计算机专业的计算机基础课程的理论教材，根据高等学校大学计算机课程教学指导委员会提出的“以计算思维为切入点的计算机基础教学改革”的思路编写而成，以培养学生计算思维能力为目标。 全书分上下两篇，共11章。上篇为计算思维，有5章，主要内容为计算思维的理论基础，包括计算思维与计算机、计算机的信息表示、计算机系统、计算机网络、计算思维与算法。下篇为Python编程基础，有6章，主要内容为Python 编程基础，包括Python绘图、选择结构、循环结构、函数、算法实现、综合实例。全书提供了大量应用实例，每章后均附有习题。 本书可作为高等院校非计算机专业的大学计算机基础课教材，也可作为计算机入门学习的参考书。

黄晓平，讲师，浙江理工大学信息学院计算机系，一直从事计算机基础教学工作，讲授过“大学计算机基础”“计算机与计算思维”“C语言程序设计”等课程。

上篇计 算 思 维
第1章计算思维与计算机31.1计算思维概述3
1.1.1计算思维的定义3
1.1.2计算思维的过程4
1.1.3计算思维的特征4
1.2计算思维的应用5
1.2.1计算思维在生活中的应用5
1.2.2计算思维在其他学科上的应用6
1.3计算机概述8
1.3.1计算工具的发展8
1.3.2现代计算机的理论基础10
1.3.3现代计算机的基本框架和特点10
1.3.4现代计算机的发展11
1.3.5计算机的发展趋势13
1.3.6计算机的应用15
1.4人工智能时代下的计算思维17
1.4.1人工智能简介17
1.4.2人工智能的应用领域17
1.4.3人工智能时代的挑战22
1.4.4人工智能与计算思维22
1.5本章小结23
1.6习题24
第2章计算机的信息表示25
2.1进位记数制25
2.1.1数制的基本概念25
2.1.2基数25
2.1.3位权25
2.2常见的各种数制及转换26
2.2.1十进制26
2.2.2二进制26
2.2.3八进制和十六进制27
2.2.4不同进制数的转换27
2.3二进制及其运算29
2.3.1计算机中的数据单位30
2.3.2二进制的算术运算30
2.3.3二进制的逻辑运算31
2.4数值在计算机中的表示31
2.4.1整数在计算机中的表示31
2.4.2实数在计算机中的表示32
2.5文本在计算机中的表示33
2.5.1键盘上的符号34
2.5.2中文字符35
2.5.3扩展符号——Unicode编码37
2.6图像在计算机中的表示37
2.6.1图像的种类38
2.6.2图像的数字化过程38
2.6.3图像的基本属性41
2.6.4图像格式41
2.7声音在计算机中的表示42
2.7.1声音的数字化42
2.7.2音频的技术指标43
2.8本章小结43
2.9习题44
第3章计算机系统46
3.1计算机系统概述46
3.1.1计算机的体系结构46
3.1.2计算机系统的组成48
3.2计算机的硬件系统48
3.2.1中央处理器48
3.2.2主存储器50
3.2.3辅助存储器52
3.2.4主板53
3.2.5总线与接口55
3.2.6基本输入设备56
3.2.7基本输出设备56
3.3计算机的软件系统57
3.3.1指令和程序57
3.3.2程序设计语言58
3.3.3计算机软件的分类59
3.4计算机的操作系统60
3.4.1操作系统的定义60
3.4.2操作系统的功能60
3.4.3操作系统的载入64
3.4.4操作系统的分类65
3.5本章小结67
3.6习题68
第4章计算机网络69
4.1计算机网络基础69
4.1.1计算机网络的形成和发展69
4.1.2计算机网络的定义和功能70
4.2计算机网络的分类71
4.2.1按覆盖的地域范围分类72
4.2.2按拓扑结构分类73
4.3网络设备74
4.3.1传输介质74
4.3.2互联设备75
4.4Internet76
4.4.1Internet的发展76
4.4.2Internet的工作原理76
4.4.3IP地址与域名78
4.4.4接入方式80
4.5网络安全81
4.5.1网络安全的定义81
4.5.2网络安全面临的威胁82
4.5.3网络安全防范技术83
4.6计算机网络前沿技术84
4.6.1云计算84
4.6.2物联网87
4.6.3区块链90
4.6.4互联网 92
4.7本章小结93
4.8习题95
第5章计算思维与算法96
5.1算法的概述96
5.1.1算法的定义和由来96
5.1.2算法的特征97
5.1.3算法的描述97
5.1.4算法的评价99
5.2常用经典算法100
5.2.1穷举算法100
5.2.2贪心算法101
5.2.3递推算法102
5.2.4递归算法103
5.2.5回溯算法104
5.2.6动态规划算法105
5.3排序算法106
5.3.1冒泡排序106
5.3.2选择排序107
5.3.3快速排序108
5.4查找算法109
5.4.1顺序查找109
5.4.2二分查找109
5.4.3插值查找110
5.5本章小结111
5.6习题111
下篇Python编程基础
第6章Python绘图1156.1走近Python115
6.1.1认识Python115
6.1.2安装Python116
6.1.3运行Python117
6.2Python绘图120
6.2.1turtle库语法元素分析121
6.2.2绘制正多边形122
6.2.3绘制正多边形花124
6.3Python绘图实例126
6.3.1绘制美丽的螺旋花126
6.3.2绘制多彩花129
6.3.3绘制颜色填充图案130
6.4本章小结131
6.5习题132
第7章选择结构135
7.1数值类型135
7.1.1数值类型概述135
7.1.2整数类型135
7.1.3浮点数类型136
7.1.4复数类型137
7.2数值类型的操作138
7.2.1基本运算138
7.2.2内置数值运算函数141
7.3输入和输出142
7.3.1input()函数142
7.3.2print（）函数144
7.3.3格式化输出145
7.4选择结构149
7.4.1单分支结构149
7.4.2双分支结构150
7.4.3多分支结构151
7.4.4选择结构的嵌套153
7.5本章小结154
7.6习题155
第8章循环结构157
8.1字符串类型157
8.1.1字符串类型的表示157
8.1.2基本的字符串操作159
8.1.3内置字符串处理函数159
8.2组合数据类型160
8.2.1组合数据类型概述160
8.2.2列表类型及其操作162
8.2.3元组类型及其操作163
8.2.4字典类型及其操作164
8.3range()函数165
8.4循环结构166
8.4.1for循环语句166
8.4.2for循环实例168
8.4.3while循环语句169
8.4.4break和continue170
8.4.5猜数游戏171
8.5random库的使用173
8.6本章小结175
8.7习题176
第9章函数178
9.1函数的基本使用178
9.1.1函数的定义178
9.1.2函数的调用过程180
9.1.3函数实例181
9.2函数的参数传递183
9.2.1可选参数和可变参数183
9.2.2参数的位置传递和名称传递183
9.2.3函数的返回值184
9.3datetime库184
9.3.1datetime库概述185
9.3.2datetime库解析185
9.4代码复用和模块化设计186
9.5本章小结187
9.6习题188
第10章算法实现189
10.1猜车牌号问题——穷举法189
10.2猜班级人数问题——二分法190
10.301背包问题——贪心法192
10.4爬楼梯问题——递推法195
10.5汉诺塔问题——递归法196
10.6凑零钱问题——动态规划算法200
10.7短路径问题——广度优先搜索算法201
10.8本章小结205
10.9习题206
第11章综合实例207
11.1Python第三方库的安装207
11.1.1pip工具安装207
11.1.2自定义安装209
11.1.3文件安装209
11.2音频处理210
11.2.1pydub库210
11.2.2查看音频文件信息211
11.2.3音频文件剪辑和拼接212
11.2.4pydub的常见用法213
11.3图像处理214
11.3.1图像旋转214
11.3.2图像缩放215
11.3.3图像裁剪215
11.4文本词频统计217
11.4.1英文词汇量统计217
11.4.2英文词频统计217
11.4.3中文词频统计220
11.5网络爬虫222
11.5.1获取网页内容222
11.5.2处理网页内容223
11.6本章小结225
11.7习题226
参考文献227