【编辑推荐】
本书特色：（1）突出计算思维的培养，兼顾新时代下互联网思维、大数据思维、智能化思维的启迪。（2）注重经典与前沿的结合。本书不仅包含计算机科学发展中的经典问题和理论，而且融合学科新进展与新应用，从不同层次和角度展现和学科核心概念和问题。（3）内容安排由浅入深。本书从与学生易于产生共鸣的主题：计算机的发展、计算对社会的影响、数据表示及存储、计算机系统工作原理等入手，由浅入深地过渡到较抽象的内容如问题求解、计算机领域经典问题、计算理论等，引导学生在掌握知识的过程中，领会计算思维的本质和理念。
【内容简介】
本书是学习计算机专业知识的导引教材，以计算思维为导向，从不同层次和角度体现计算思维和计算机科学的核心概念与问题 。通过本书，学生可以在掌握知识的过程中，以知识、技能、能力为载体，逐步理解和掌握计算思维的基本内容和方法，领会知识背后对学科发展有深刻作用的伟大思想，激发学习兴趣； 同时可以了解完整的专业知识体系、较深入地了解计算机学科的根本问题、核心概念和方法论，在后续课程中，自觉搭建整个知识体系，为提高综合素质和能力奠定良好的基础。 本书可以作为高等学校计算机科学与技术专业及相关专业“计算机导论”课程的教材，也可以作为对计算机专业感兴趣的教师和学生的自学教材。
【作者简介】
王文剑，女，博士，教授，博导，山西大学计算机与信息技术学院/大数据学院院长。长期从事计算机专业相关课程的教学工作，承担“计算机导论”、“新生研讨课”、“人工智能”,“高级人工智能”、“机器学习”等本科生、研究生课程的教学任务；指导、省级大学生创新性实验项目多项；承担山西省高校教改项目6项,发表教改论文多篇；出版专著2部、教材4部；获山西省教学成果一等奖(当年奖)1项，是《人工智能》山西省研究生教育精品课程负责人；在全国人才培养论坛中做大会报告2次。近年来主要从事人工智能、机器学习与数据挖掘等方面的研究，先后主持国家自然科学基金项目5项、联合基金重点项目子课题1项，省部级项目及企事业委托项目20余项，作为主要成员参与国家自然科学基金重点项目1项、国家863计划项目2项。在《Journal of Machine Learning Research》、《IEEE Trans. on Knowledge and Data Engineering》、《IEEE Trans. on Service Computing》、《Pattern Recognition》、《中国科学》等国内外学术期刊发表学术论文190余篇；作为主要成员获山西省自然科学一等奖2项、科技进步二等奖1项。
【目录】
第1章计算科学概貌
1.1计算科学的定义
1.2计算工具的发展
1.2.1手动式计算工具
1.2.2机械式计算工具
1.2.3机电式计算工具
1.2.4电子计算机
1.2.5新型计算工具
1.3计算模式的演变
1.4计算的泛在化
1.4.1计算 X学科
1.4.2计算的延伸
1.5计算技术的应用
1.5.1搜索
1.5.2**
1.5.3智能驾驶
1.5.4机器人
1.5.5智慧出行
习题1
第2章IT产业、社会与职业道德
2.1著名的IT公司
2.1.1著名的计算机公司
2.1.2著名的互联网公司
2.1.3其他著名IT公司
2.2著名的计算机科学家
2.3计算机领域著名的学术组织与奖项
2.3.1著名的学术组织
2.3.2著名的计算机奖项
2.4计算机的社会影响
2.4.1计算机相关的知识产权
2.4.2隐私问题
2.4.3计算机系统的安全和防护
2.4.4社会职业的影响
2.5职业道德
习题2
第3章数据表示
3.1数据的分层表示
3.2物理层的数据表示
3.2.1数字信号
3.2.2数字系统
3.3机器层的数据表示
3.3.1数值型数据的表示
3.3.2非数值型数据的表示
3.4高级语言层的数据表示
3.4.1常量
3.4.2变量
3.4.3函数
3.4.4表达式
3.4.5数据类型
3.5信息世界层的数据表示
3.5.1数据结构的定义
3.5.2数据抽象
3.5.3线性结构
3.5.4树形结构
3.5.5图形结构
习题3
第4章计算机系统
4.1计算机组成及工作原理
4.2计算机的主要硬件组成
4.2.1CPU
4.2.2存储器
4.2.3输入输出设备
4.2.4总线
4.2.5主板
4.3计算机主要软件组成
4.3.1软件定义与分类
4.3.2软件安装、升级和卸载
4.4操作系统与文件
4.4.1操作系统
4.4.2文件
4.5软件开发基础
4.5.1语言
4.5.2平台及组件开发
4.5.3软件生命周期
4.6并行计算系统
4.6.1分布式系统
4.6.2机群系统
4.6.3云计算平台
习题4
第5章问题求解
5.1问题求解的一般过程
5.2计算机领域的典型问题
5.2.1图论问题
5.2.2算法复杂性问题
5.2.3计算智能问题
5.2.4并发控制问题
5.2.5分布式计算问题
5.2.6搜索排序问题
习题5
第6章计算与算法理论
6.1计算理论
6.1.1计算的定义
6.1.2计算模型
6.2算法理论
6.2.1算法的基本概念
6.2.2算法的表示
6.2.3算法分析
6.3程序设计
6.3.1程序设计的基本概念
6.3.2程序的基本结构
6.3.3程序的过程单元
6.4常用算法
习题6
第7章计算机科学中的思维方式
7.1计算思维
7.1.1计算思维的产生
7.1.2计算思维的定义
7.1.3计算思维的特性和作用
7.1.4计算思维的培养
7.2新时代的思维方式
7.2.1互联网思维
7.2.2大数据思维
7.2.3智能化思维
习题7
第8章计算机专业知识体系
8.1计算机专业大学生应具备的素质和能力
8.2计算机专业理论知识体系和实践教学体系
8.2.1计算机学科的发展
8.2.2计算机学科教学规范
8.2.3计算机专业理论知识体系
8.2.4计算机科学与技术专业实践教学体系
习题8
第9章计算机学科方法论
9.1计算机学科的根本问题和核心概念
9.1.1计算的本质
9.1.2计算机学科的根本问题
9.2计算机学科的方法论
9.2.1计算机学科方法论的定义
9.2.2计算机学科方法论的主要内容
9.3计算机学科的三个过程
9.4计算机学科的核心概念
9.5计算机学科中的数学方法
9.5.1数学的基本特征
9.5.2数学方法的作用
9.5.3递归方法和迭代方法
9.5.4形式化方法
9.5.5公理化方法
9.5.6其他数学方法
9.6计算机学科中的系统科学方法
9.6.1系统科学的基本概念
9.6.2系统科学遵循的一般原则
9.6.3常用的几种系统科学方法
习题9
参考文献
【前言】
随着当代信息产业的蓬勃发展，以计算机、互联网为代表的新一代信息技术，与智能制造、生物医学工程、新材料、新能源、纳米技术、量子物理等新技术相结合，计算机科学也渗透到各个学科领域，计算机教育乃至更广泛意义上的计算教育，关系到国家未来的科技竞争力，被世界各国广泛重视。在这种时代背景下，我们结合时代特点与计算机学科发展的动态，对2016年出版的《计算机科学导论》进行了改版，对第1版内容进行调整、修改和完善。
为了突出计算学科的核心特点与重要概念，第2版去掉了第5章“网络基础”，因此全书由十章变成了九章，每章的内容也做了扩充与完善，分别如下。
第1章计算科学概貌。发布的CC2020中，采用计算(Computing)一词统一覆盖计算机工程、计算机科学和信息技术等所有相关领域。因此，本章将“计算机科学”修改为“计算科学”。此外，为了更有利于读者从计算的视角下理解学科
的内涵与意义，又对本章内容进行了重新规划与扩充，增加了1.1节“计算科学的定义”、1.4节“计算的泛在化”，
原来的“1.2.4计算模式的演变”调整为1.3节，增加了普适计算、服务计算和群智计算等内容，
将原来的“1.2.5计算机的应用”调整为1.5节，并结合发展(如自动驾驶、机器人和智慧出行)做了补充与调整。
第2章IT产业、社会与职业道德。结合IT界的发展，在2.1节“著名的IT公司”部分，增加了对苹果、亚马逊、阿里巴巴、Oracle、英伟达、华为等公司的介绍。在2.2节“著名的计算机科学家”部分，增加了对华裔科学家姚期智的介绍。在2.3
节“计算机领域著名的学术组织与奖项”部分，增加了对中国人工智能学会及其相关奖项的介绍。在2.4.2
节“隐私问题”部分，补充了生物特征信息的隐私问题。在2.4.3节“计算机系统的安全和防护”部分，增加了信息系统等级保护的内容。在2.4节“计算机的社会影响”部分，增加了2.4.4
节“社会职业的影响”，主要介绍计算机在社会职业方面带来的影响。
在2.5节“职业道德”部分，增加了IEEECS/ACM软件工程职业道德规范、计算机从业者的科技伦理两部分内容。此外，还对其他原有内容进行了更新。
第3章数据表示。调整了章节内的结构和顺序，在3.1节“数据的分层表示”中补充了具体例子解释数据在每层的表示，增加了3.2节“物理层的数据表示”的相关内容。
第4章计算机系统。增加了4.6节“并行计算系统”，具体包括4.6.1
节“分布式系统”、4.6.2节“机群系统”、4.6.3节“云计算平台”。
第5章问题求解。为原书第7章内容，但是增加了5.2.6节“搜索排序问题”的相关内容。
第6章计算与算法理论。增加了堆排序、基数排序等内容，替换了部分例题。
第7章计算机科学中的思维方式。为原书第8章内容，但增加了7.2节“新时代的思维方式”部分，具体包括7.2.1
节“互联网思维”、7.2.2节“大数据思维”、7.2.3节“智能化思维”。
第8章计算机专业知识体系。为原书第9章内容，但内容做了补充与完善。主要为： 在8.1
节“计算机专业大学生应具备的素质和能力”部分，按照工程教育认证内容，补充了相应的素质与能力，使内容更加标准权威。在8.2.2节“计算机学科教学规范”部分，对CC2004、CC2005的内容进行了少量修改，增加了发布的CC2020的核心内容，并且对中国计算机学科教学规范的内容进行了补充完善。
第9章计算机学科方法论。为原书第10章内容，主要对9.5节“计算机学科中的数学方法”部分做了修改与完善，并替换了部分示例。
此外，参考文献和习题也做了相应更新。
编者2021年5月
第1版前言
“计算机导论”是计算机学科一门重要的入门课程，是学生了解学科概貌，理解学科核心概念，领会学科内涵，掌握学科各课程之间联系和特点的一门重要基础课程。本书致力于集思维性、方法性、知识性和实时性于一体，以训练良好的计算思维意识和方法、建立计算机科学的整体框架为主要目标，为学生后续课程的学习奠定坚实的基础。
本书的编写遵循以下3个原则：
（1） 突出计算思维的培养。本书结合国际国内计算机科学课程大纲体系，以计算思维的培养为主线，自始至终凝练贯穿计算机学科核心概念点，不断地引导学生体验和领悟计算思维。
（2） 注重经典理论与前沿研究的结合。本书不仅注重计算科学发展历史中的经典问题和理论，而且注重融合计算机学科的研究进展和计算思维在跨学科领域的应用，从不同层次和角度体现计算思维和计算机科学的核心概念和问题。
（3） 内容安排深入浅出，由浅入深。本书围绕计算、抽象、算法与形式化、程序、问题求解和计算思维等概念，从与学生易于产生共鸣的主题如计算机的发展、计算机对社会的影响、数据表示及存储、计算机系统工作原理、操作系统和计算机网络等入手，由浅入深地过渡到较抽象的内容，如问题求解、计算机领域经典问题和计算理论等，引导学生在掌握知识的过程中，领会计算思维的本质和理念。
本书具体包括4部分内容： 文化与社会篇、系统基础篇、计算理论篇、知识体系和方法论篇。
第1篇文化与社会篇，包括第1和第2章。
第1章主要讲述计算工具的发展、计算机的发明和发展、计算模式的演变，使学生了解对计算机发展起到重要推动作用的技术，从整体上把握计算机的发展脉络，从而以发展的眼光看待计算机。
第2章首先介绍为计算机的发展做出不懈努力的著名IT公司、科学家和重要的学术组织，激发学生的学习兴趣； 然后讲述计算机发展对现代社会的影响如知识产权、数字版权、隐私、安全等社会问题，以及计算机专业人员应具备的职业素养，使学生了解计算机在造福人类的同时，也可能给人类带来灾难，教育学生遵守职业道德规范和法律准则。
第2篇系统基础篇，包括第3~5章。
第3章主要讲述数据的表示，分别从现实世界层、信息世界层、高级语言层、机器层和物理层等几个层次介绍数据的表示，使学生领会不同层次如何对计算机要处理的数据进行抽象和表示。
第4章重点叙述计算机系统的工作原理、硬件与软件的关系等相关知识，从计算机的主要硬件组成、软件、操作系统与文件、软件开发基础知识等方面对计算机系统进行介绍。
第5章讲述计算机网络方面的知识，主要从计算机网络（Network）、因特网（Internet）和万维网（Web）3个层面介绍网络分类、工作原理、因特网技术和主要应用以及Web核心技术。
第4和第5章的内容结合紧密实际生活中的计算机应用，不仅可以兼顾计算机能力和素质不同的学生，而且可与学生产生共鸣。通过这两章的学习，可以解决困扰他们很长时间的一些疑惑和问题。
第3篇计算理论篇，包括第6~8章。
第6章主要介绍计算理论、算法理论和程序设计的相关知识，为学生进行后续的“高级语言程序设计”“算法设计与分析”等课程的学习奠定基础。
第7章主要讲述问题求解的过程和计算机领域的典型问题，将对图论问题、算法复杂性问题、机器智能问题、并发控制和分布式计算等经典问题进行分析讨论。学生通过本章的学习，不仅有助于深刻地理解计算机学科中一些关键问题的本质，而且对学科的进一步深入研究和发展具有十分重要的促进作用。
第8章围绕计算思维，讲述计算学科引入的技术和学科交叉案例，如物联网、群体智慧、服务计算，以及计算社会、计算生物学、计算社会学等“计算 X”的新兴交叉学科，引导学生进一步体验计算思维。
第4篇知识体系和方法论篇，包括第9和第10章。
第9章主要介绍计算机专业理论知识体系和实践教学体系，第10章着重讲述计算机学科的核心概念和方法论。通过这两章的学习使学生尽早了解完整的专业知识体系，较深入地了解计算机学科的根本问题、核心概念和方法论，在后续课程中，自觉搭建整个知识体系，循序渐进地认识和感悟计算机学科，避免“只见树木，不见森林”。
编者2015年12月
