数据与计算——计算机科学基础（第3版）

目 录

第1章 计算机系统概述 1
1.1 计算机 1
1.1.1 计算机设备 2
1.1.2 程序和软件 2
1.2 计算机简史 3
1.2.1 硬件史 3
1.2.2 软件进化 4
1.3 计算机模型 5
1.4 计算机组成 8
1.4.1 处理器系统 8
1.4.2 存储器系统 9
1.4.3 输入、输出系统 11
1.4.4 计算机是如何运行的 12
1.5 操作系统 13
1.5.1 计算机系统的核心 13
1.5.2 操作系统的功能和结构 14
1.5.3 文件系统 15
1.6 计算机网络 16
1.7 数据和信息 17
1.8 计算思维 18
本章小结 19
习题1 21
第2章 计算的基础 25
2.1 数和数据概述 25
2.2 数制 26
2.2.1 常用进制 26
2.2.2 二进制的基本运算 27
2.2.3 数制转换 28
2.3 计算机中的数 30
2.2.1 机器数和原码 30
2.2.2 反码和补码 31
2.2.3 定点和浮点数 32
2.4 计算机逻辑 33
2.4.1 数理逻辑 33
2.4.2 基本逻辑关系 34
2.4.3 逻辑代数 36
2.5 逻辑电路 37
2.5.1 门电路 37
2.5.2 加法器 38
2.5.3 存储单元电路 39
2.5.4 集成电路 40
本章小结 41
习题2 41
第3章 数据表示 46
3.1 数据表示概述 46
3.2 文本和文档 47
3.2.1 ASCII 47
3.2.2 Unicode编码 48
3.2.3 汉字编码 49
3.2.4 文档 49
3.3 数据压缩 50
3.3.1 霍夫曼编码 50
3.3.2 行程长度编码 51
3.3.3 有损压缩 52
3.4 音频数据 52
3.4.1 音频数据采集 53
3.4.2 音频数据格式 54
3.4.3 MP3 55
3.4.4 计算机语音 55
3.5 图形和图像 56
3.5.1 图像的表示 56
3.5.2 3D技术 59
3.6 视频和动画 59
3.6.1 视频数据 60
3.6.2 动画 60
本章小结 61
习题3 62
第4章 算法基础 66
4.1 算法概述 66
4.2 算法的三种结构 67
4.3 算法的表示和发现 68
4.4 算法举例 70
4.4.1 基本算法 70
4.4.2 迭代 72
4.4.3 递归 72
4.4.4 排序 74
4.4.5 查找 75
4.5 算法的方法学 75
4.5.1 贪心法 76
4.5.2 分治法 76
4.5.3 动态规划 77
4.5.4 回溯法 78
4.6 抽象数据表达 79
本章小结 81
习题4 82
第5章 计算机语言和程序 85
5.1 概述 85
5.2 编程语言 86
5.2.1 机器语言 86
5.2.2 汇编语言 87
5.2.3 面向过程的高级语言 88
5.2.4 面向对象的程序设计语言 89
5.2.5 其他语言 90
5.3 程序的程序：翻译系统 91
5.4 高级编程语言 92
5.4.1 数据类型 92
5.4.2 基本语句 94
5.4.3 分支语句 95
5.4.4 循环语句 96
5.4.5 函数和方法 97
5.5 怎样编写程序 98
5.6 软件工程 99
本章小结 101
习题5 102
第6章 数据库 106
6.1 数据库概述 106
6.1.1 非结构化数据 106
6.1.2 结构化数据 107
6.2 数据库系统 108
6.3 关系数据库 110
6.3.1 关系模型 110
6.3.2 关系运算 111
6.3.3 SQL 113
6.4 构建数据库系统 114
6.4.1 数据库设计 114
6.4.2 C/S结构 115
6.5 其他类型的数据库 116
本章小结 117
习题6 118
第7章 网络与网络计算 121
7.1 通信基础 121
7.1.1 通信介质和传输 121
7.1.2 调制与解调 123
7.2 网络技术 124
7.2.1 网络传输 124
7.2.2 网络类型和设备 125
7.2.3 网络协议 128
7.2.4 网络服务器 129
7.3 互联网 130
7.3.1 TCP/IP 130
7.3.2 IP网 131
7.3.3 互联网服务 134
7.3.4 未来的网络 137
7.4 网络数据 137
7.5 云计算 140
7.6 网络安全 141
本章小结 142
习题7 143
第8章 大数据 147
8.1 大数据概述 147
8.2 R简介 148
8.3 大数据预处理 150
8.4 数据分析方法 151
8.4.1 聚类分析 151
8.4.2 关联分析 153
8.4.3 回归分析 156
8.5 数据挖掘 160
8.5.1 分类 160
8.5.2 时间序列分析 163
8.5.3 文本分析 164
8.6 大数据处理工具 166
8.6.1 Hadoop 167
8.6.2 MapRuduce 168
本章小结 169
习题8 169
第9章 先进计算 171
9.1 高性能计算 171
9.2 人工智能 173
9.2.1 图灵测试 173
9.2.2 推理：知识表达 174
9.2.3 神经网络 175
9.2.4 机器人 177
9.2.5 自然语言处理 177
9.3 机器学习和深度学习 178
9.3.1 机器学习 178
9.3.2 深度学习 179
9.4 虚拟现实 180
9.5 可计算理论 181
9.5.1 可计算函数 181
9.5.2 哥德尔数 182
9.5.3 图灵机 183
9.5.3 计算复杂性 184
9.5.4 停机问题 186
本章小结 186
习题9 187
附录A ASCII表 190