計算思維導論

第1章 計算思維概論
1.1 科學研究的三大方法--理論、實驗和計算
1.1.1 理論、實驗和計算
1.1.2 科學計算與計算方法
1.2 關(guān)于計算思維
1.2.1 科學思維
1.2.2 什么是計算思維？
1.2.3 思維科學與計算思維
1.3 狹義計算思維與廣義計算思維
1.3.1 狹義計算思維
1.3.2 廣義計算思維
1.3.3 計算思維的應(yīng)用
1.4 計算思維的研究現(xiàn)狀
1.5 計算思維的學習方法
【閱讀材料】 第1章 計算思維概論
1.1 科學研究的三大方法--理論、實驗和計算
1.1.1 理論、實驗和計算
1.1.2 科學計算與計算方法
1.2 關(guān)于計算思維
1.2.1 科學思維
1.2.2 什么是計算思維？
1.2.3 思維科學與計算思維
1.3 狹義計算思維與廣義計算思維
1.3.1 狹義計算思維
1.3.2 廣義計算思維
1.3.3 計算思維的應(yīng)用
1.4 計算思維的研究現(xiàn)狀
1.5 計算思維的學習方法
【閱讀材料】
原始計算方法及其演化
第2章 計算思維之計算（理論）基礎(chǔ)
2.1 揭開數(shù)據(jù)表示的面紗
2.1.1 計算機為什么采用二進制而不是十進制？
2.1.2 數(shù)據(jù)和符號的機器內(nèi)部表示法
2.1.3 鴻溝與代價
2.2 “九九歸一”的加法運算
2.3 圖靈機及其計算思想
2.3.1 阿蘭•圖靈其人
2.3.2 圖靈機模型
2.3.3 圖靈機的工作原理
2.3.4 圖靈機的計算能力
2.4 馮諾依曼機及其工作原理
2.4.1 馮•諾依曼其人
2.4.2 馮•諾依曼型計算機的組成
2.4.3 馮•諾依曼型計算機的特點
2.4.4 現(xiàn)代計算機的演化
2.5 馮•諾依曼計算機特點及其局限性
2.5.1 馮•諾依曼計算機的局限性
2.5.2 馮•諾依曼型計算機的改進
2.6 非傳統(tǒng)計算方法與技術(shù)
2.6.1 光計算機
2.6.2 超導計算機
2.6.3 生物計算機
2.6.4 智能計算機
2.6.5 大規(guī)模并行計算技術(shù)
2.7 計算機系統(tǒng)之哲學與計算機之系統(tǒng)哲學
2.7.1 RISC與CISC
2.7.2 存儲器分級及其多級存儲體系
2.7.3 內(nèi)存與外存
2.7.4 串行與并行
2.7.5 硬件與軟件——相互依賴，相補相成
2.8 計算機什么都能計算嗎？
2.8.1 事實勝于雄辯
2.8.2 可計算性與計算復(fù)雜性
【閱讀材料】
PC機系統(tǒng)的硬件組成
第3章 計算思維之邏輯基礎(chǔ)
3.1 邏輯與思維
3.1.1 邏輯是什么
3.1.2 邏輯形式的表示
3.1.3 邏輯與思維
3.1.4 邏輯思維形式的基本規(guī)律
3.1.5 語言、思維與程序
3.2 布爾邏輯、命題邏輯與謂詞邏輯
3.2.1 布爾與布爾邏輯
3.2.2 命題邏輯
3.2.3 謂詞邏輯
3.3 邏輯運算與邏輯推理
3.3.1 位層次上的邏輯運算
3.3.2 模式層次上的邏輯運算
3.3.3 邏輯表達式與求值
3.3.4 歸納邏輯與推理
3.3.5 邏輯推理與人工智能
3.4 邏輯思維與算法（程序）設(shè)計
3.5 邏輯思維的實例化訓練
【閱讀材料】
計算機軟件及其軟件系統(tǒng)
第4章 計算思維之方法學
4.1 問題求解過程
4.1.1 人類解決客觀世界問題的思維過程
4.1.2 借助于計算機的問題求解過程
4.1.3 兩種問題求解過程的對比
4.2 數(shù)學模型——問題的抽象表示
4.3 數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)
4.3.1 順序存儲結(jié)構(gòu)
4.3.2 鏈式存儲結(jié)構(gòu)
4.3.3 索引存儲結(jié)構(gòu)
4.3.4 散列存儲結(jié)構(gòu)
4.4 程序設(shè)計方法論
4.4.1 面向過程的結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法學
4.4.2 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計方法學
4.5 時空及其轉(zhuǎn)換
4.6 抽象
4.6.1 什么是抽象？
4.6.2 計算學科中的抽象
4.6.3 抽象的層次性
4.6.4 程序中的抽象
4.6.5 抽象與模型
4.6.6 抽象與計算機語言
4.7 局部化與信息隱藏
4.7.1 局部化
4.7.2 信息隱藏
4.8 精確、近似與模糊
4.9 折衷與中庸之道
4.10 問題描述與甚高級語言
【閱讀材料】
MATLAB問題表示與計算
第5章 計算思維之算法基礎(chǔ)
5.1 算法
5.1.1 什么是算法？
5.1.2 算法的性質(zhì)
5.1.3 算法的種類
5.1.4 算法的表示（描述）
5.1.5 算法與程序
5.1.6 算法的比較與分析
5.2 算法設(shè)計的基本思想與方法
5.2.1 窮舉法（也稱枚舉法）
5.2.2 遞推法
5.2.3 遞歸法
5.2.4 回溯法*
5.2.5 分治法
5.2.6 仿生法*——蟻群算法
5.2.7 并行算法*
5.2.8 小結(jié)
5.3 幾個常用的經(jīng)典算法
5.3.1 累加和、連乘積與最大（小）值
5.3.2 查找
5.3.3 排序
5.3.4 其他
【閱讀材料】
計算機語言概述
第6章 程序設(shè)計中的特定思維
6.1 數(shù)據(jù)的類型與本質(zhì)
6.1.1 我們熟悉的數(shù)與數(shù)據(jù)
6.1.2 計算機世界中的數(shù)據(jù)
6.1.3 數(shù)據(jù)的類型與本質(zhì)
6.2 變量的特定含義
6.2.1 “先定義，后使用”
6.2.2 變量得有自己“好聽”的名字
6.2.3 變量是有類型的
6.2.4 變量的作用域
6.2.5 變量的生命周期
6.3 有窮與無窮
6.3.1 數(shù)據(jù)的有窮性
6.3.2 程序的有窮性
6.4 程序的基本控制結(jié)構(gòu)
6.4.1 順序結(jié)構(gòu)
6.4.2 條件選擇結(jié)構(gòu)
6.4.3 循環(huán)結(jié)構(gòu)
6.5 問題求解的本質(zhì)過程
6.6 效率與可讀性
6.7 程序的構(gòu)造特性
6.8 上下文無關(guān)文法
6.9 二義性
6.10 嚴謹性
【閱讀材料】
Python語言
第7章 其他學科中的計算思維
7.1 方程求根
7.1.1 二分法
7.1.2 簡單迭代法
7.1.3 牛頓(Newton)法
7.1.4 其它求根方法
7.2 定積分的計算
7.2.1 問題求解的基本思路與方法
7.2.2 求解算法
7.3 求解圓周率π
7.3.1 關(guān)于圓周率的計算
7.3.2 圓周率的計算史
7.3.3 圓周率的計算方法
7.3.4 圓周率的計算永無止境
7.3.5 研究圓周率的意義
7.4 有限元計算
7.4.1 有限元方法的誕生
7.4.2 什么是有限元法？
7.4.3 有限元方法的基本思想
7.4.4 有限元法求解問題的步驟
7.4.5 有限元方法的應(yīng)用
7.4.6 有限元方法中的計算思維
7.5 數(shù)值天氣預(yù)報
7.5.1 天氣預(yù)報的發(fā)展
7.5.2 現(xiàn)代數(shù)值天氣預(yù)報原理
7.5.3 天氣預(yù)報對計算技術(shù)永無止境的需求
7.6 蒙特•卡羅法
7.6.1 蒙特•卡羅方法導引
7.6.2 蒙特•卡羅方法的基本思想與過程
7.6.3 蒙特•卡羅方法的應(yīng)用與分析
7.7 巡航導彈制導系統(tǒng)
7.7.1 制導方法分類
7.7.2 “戰(zhàn)斧”式巡航導彈
【閱讀材料】
《紅樓夢》作者之爭


附錄
附錄A ASCII碼字符集
附錄B 幾種常用進位制數(shù)值對照表
附錄C 計算機發(fā)展史大事記
參考文獻



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