計算思維導論

內(nèi)容概要

　　《計算思維導論》是計算機入門課程的最新教材。全書以計算思維為主線，著重培養(yǎng)學生的問題求解能力、系統(tǒng)設計能力和人類行為理解能力。《計算思維導論》是在南方科技大學和深圳大學教學實踐的基礎上，經(jīng)過多次討論、修改并擴充而成，期望拋磚引玉，促進計算思維更加深入地討論與發(fā)展。　　全書包含三大部分，一是計算思維與計算理論，二是算法基礎和通用語言，三是計算機硬件和軟件最小知識集。在內(nèi)容上共分七章，包括計算思維基礎知識、計算理論與計算模型、算法基礎、程序設計語言、計算機硬件基礎、計算機軟件基礎、計算文化與計算機職業(yè)道德教育等。　　《計算思維導論》取材豐富，內(nèi)容深入淺出，既可作為高等學校計算機專業(yè)的計算機導論教材，又可作為非計算機專業(yè)的計算機基礎教材，還可作為社會各類培訓的計算機公共教材。

書籍目錄

第一章計算思維基礎知識 1.1科學與計算科學 1.1.1科學的概念 1.1.2計算科學與計算學科 1.1.3計算機科學與計算機學科 1.2思維與科學思維 1.2.1思維基礎 1.2.2科學思維 1.2.3科學思維的分類 1.3計算思維的概念 1.3.1計算思維的定義 1.3.2計算思維的特征 1.3.3計算思維的本質(zhì) 1.3.4計算思維與計算機的關系 1.4計算思維的應用領域 1.4.1生物學 1.4.2腦科學 1.4.3化學 1.4.4經(jīng)濟學 1.4.5藝術 1.5計算學科的典型問題 1.5.1排序問題 1.5.2漢諾塔問題 1.5.3國王的婚姻 1.5.4旅行商問題 本章小結(jié) 思考題 參考文獻 第二章計算理論與計算模型 2.1計算的幾種視角 2.1.1計數(shù)與計算 2.1.2邏輯與計算 2.1.3算法與計算 2.2計算理論 2.2.1計算與計算過程 2.2.2可計算性理論 2.2.3停機問題 2.2.4計算復雜性理論 2.2.5問題求解的過程 2.3計算模型 2.3.1圖靈機 2.3.2馮·諾依曼機 2.3.3量子計算機 2.3.4生物計算機 2.4計算科學的數(shù)學基礎 2.4.1數(shù)理邏輯 2.4.2集合論 2.4.3代數(shù)系統(tǒng) 2.4.4圖論 本章小結(jié) 思考題 參考文獻 第三章算法基礎 3.1算法的概念 3.1.1算法的起源 3.1.2算法的定義和特征 3.2算法的描述 3.2.1自然語言 3.2.2流程圖 3.2.3偽代碼 3.2.4程序設計語言 3.3算法的設計 3.3.1窮舉法 3.3.2回溯法 3.3.3遞歸 3.3.4分治法 3.3.5貪心法 3.3.6動態(tài)規(guī)劃 3.4算法的評價和分析 3.4.1算法的正確性 3.4.2算法的復雜度 3.5算法中的常用數(shù)學工具 3.5.1求和 3.5.2遞歸方程求解 本章小結(jié) 思考題 參考文獻 第四章程序設計語言 4.1程序設計語言簡介 4.1.1機器語言 4.1.2匯編語言 4.1.3高級語言 4.2程序設計語言發(fā)展歷程 4.3命令式程序設計語言 4.3.1結(jié)構(gòu)化程序設計 4.3.2面向?qū)ο蟪绦蛟O計 4.4函數(shù)式程序設計語言 4.5邏輯式程序設計語言 4.6標記語言和Web開發(fā)語言 4.6.1標記語言 4.6.2Web開發(fā)語言 4.7SQL語言 本章小結(jié) 思考題 參考文獻 第五章計算機硬件基礎 5.1數(shù)制與運算 5.1.1數(shù)制的概念 5.1.2常用的數(shù)制 5.1.3各種數(shù)制的轉(zhuǎn)換 5.1.4計算機為什么采用二進制 5.2數(shù)據(jù)的存儲與表示 5.2.1存儲容量單位及地址 5.2.2數(shù)值的表示 5.2.3字符的表示 5.2.4漢字的表示 5.2.5聲音的表示 5.2.6圖像的表示 5.3布爾邏輯與門電路 5.3.1布爾邏輯和運算 5.3.2門電路 5.3.3組合邏輯電路舉例 5.4計算機硬件組成 5.4.1計算機硬件結(jié)構(gòu) 5.4.2中央處理器 5.4.3存儲系統(tǒng) 5.4.4輸入設備 5.4.5輸出設備 5.5指令系統(tǒng)及執(zhí)行 5.5.1指令和程序 5.5.2計算機的工作過程 5.6組網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng) 5.6.1網(wǎng)絡基礎知識 5.6.2網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu) 5.6.3因特網(wǎng)及應用 5.6.4網(wǎng)絡安全基礎 5.6.5物聯(lián)網(wǎng)與云計算 本章小結(jié) 思考題 參考文獻 第六章計算機軟件基礎 6.1計算機軟件概述 6.1.1計算機軟件的概念 6.1.2計算機軟件的發(fā)展歷史 6.1.3計算機軟件的層次結(jié)構(gòu) 6.1.4計算機軟件與硬件的關系 6.2操作系統(tǒng) 6.2.1操作系統(tǒng)的概念 6.2.2常用操作系統(tǒng) 6.2.3協(xié)調(diào)機器的活動 6.2.4競爭控制 6.2.5操作系統(tǒng)的計算思維 6.3辦公軟件 6.3.1文字處理 6.3.2電子表格 6.3.3演示文稿 6.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 6.4.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)基礎 6.4.2關系模型 6.4.3數(shù)據(jù)挖掘 6.5軟件工程 6.5.1軟件危機 6.5.2軟件工程定義 6.5.3軟件生存周期 6.5.4軟件工程方法 6.6人工智能 6.6.1人工智能基礎 6.6.2人工神經(jīng)網(wǎng)絡 6.6.3機器人學 本章小結(jié) 思考題 參考文獻 第七章計算文化與計算機職業(yè)道德教育 7.1計算文化 7.1.1計算文化與專業(yè)素質(zhì) 7.1.2人類對計算本質(zhì)的認識 7.1.3計算文化歷史：其人其事 7.1.4計算機發(fā)展的啟示 7.2網(wǎng)絡文化 7.2.1網(wǎng)絡文化概述 7.2.2網(wǎng)絡文化消費 7.2.3人肉搜索與自組織理論 7.2.4網(wǎng)絡輿情分析與引導 7.2.5社會計算與平行系統(tǒng) 7.3計算機職業(yè)道德教育 7.3.1道德和職業(yè)道德 7.3.2計算機倫理與網(wǎng)絡倫理 7.3.3計算機知識產(chǎn)權 7.3.4網(wǎng)絡隱私與自由 7.3.5計算機犯罪 本章小結(jié) 思考題 參考文獻 索引

章節(jié)摘錄

版權頁：   插圖：   當然，死鎖的出現(xiàn)是一種巧合，但是只要出現(xiàn)了就會影響整個操作系統(tǒng)的運行，為了避免死鎖，我們必須弄清楚死鎖出現(xiàn)的原因。只有滿足以下全部條件才會出現(xiàn)死鎖： ①互斥條件：存在對不可共享資源的競爭。 ②請求和保持條件：一個進程接受了某些資源后，稍后還將請求其他的資源。 ③不剝奪條件：進程已獲得的資源，在使用完之前，不被外力剝奪。 ④環(huán)路等待條件：進程推進順序不當，出現(xiàn)互相等待其他進程已獲得資源。 確定這些死鎖必要條件的意義在于只要其中任何一個條件不成立，就可以避免死鎖的發(fā)生。比如一次將資源全部分配（摒棄“請求和保持條件”），或者當請求的資源得不到滿足時，釋放已分配的資源（摒棄“不剝奪條件”），或者對資源的申請必須按一定順序進行（摒棄“環(huán)路等待條件”），通過上述措施可預防死鎖。 將不可共享的資源轉(zhuǎn)變?yōu)榭晒蚕淼馁Y源也是解決死鎖問題的方法之一。例如，假定出問題的資源是打印機上，各種進程都請求使用它。每當一個進程請求打印機時，操作系統(tǒng)都批準這個請求。但是，操作系統(tǒng)不是把這個進程連接到打印機的設備驅(qū)動程序上，而是連接到一個“虛構(gòu)”的設備驅(qū)動程序上，該驅(qū)動程序?qū)⒁蛴〉男畔⒋娣旁诤Ａ看鎯ζ髦?，而不把它們發(fā)送到打印機上。于是每個進程都認為它訪問了打印機，所以能正常工作。當打印機可用時，操作系統(tǒng)可以把數(shù)據(jù)從海量存儲器傳送到打印機。這樣，操作系統(tǒng)通過建立多個虛構(gòu)的打印機把不可共享的資源變成好像是可共享的了。這種保存數(shù)據(jù)供以后在合適的時候輸出的技術稱為假脫機，它在各種規(guī)模的機器里都很流行。 在應對死鎖的策略上，通常采用不予理睬、檢測修復、靜態(tài)防止和動態(tài)避免四種?？傮w說來，檢測修復與動態(tài)避免兩種策略成本（指實現(xiàn)的程序復雜性成本和運行時的時間成本）過高，很難在實際系統(tǒng)中采用。而不予理睬與靜態(tài)防止是較為合理的策略。例如，通過對CPU、內(nèi)存實施可搶占的靜態(tài)防止策略，對磁盤、打印機等實施假脫機的共享，有效防止了在CPU、內(nèi)存、磁盤和打印機上因競爭而產(chǎn)生死鎖的可能。對于一些軟件資源，則實施按照規(guī)定順序請求，從而防止在這些資源上發(fā)生死鎖，而對剩下的其他資源因競爭造成的死鎖就不予理睬了。 現(xiàn)代操作系統(tǒng)發(fā)生死鎖的頻率相對人們的期望值來說還是比較高的。例如，用過Windows和Linux操作系統(tǒng)的用戶幾乎沒有不遇上死鎖的。解決死鎖的辦法也很簡單：重新啟動系統(tǒng)或者停止部分進程，至于重啟或停止進程所造成的不良后果則由用戶自己承擔。

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《計算思維導論》取材豐富，內(nèi)容深入淺出，既可作為高等學校計算機專業(yè)的計算機導論教材，又可作為非計算機專業(yè)的計算機基礎教材，還可作為社會各類培訓的計算機公共教材。

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