計算思維與Python編程基礎

黃曉平，講師，浙江理工大學信息學院計算機系，一直從事計算機基礎教學工作，講授過“大學計算機基礎”“計算機與計算思維”“C語言程序設計”等課程。

目錄
上篇計 算 思 維
第1章計算思維與計算機31.1計算思維概述3
1.1.1計算思維的定義3
1.1.2計算思維的過程4
1.1.3計算思維的特徵4
1.2計算思維的應用5
1.2.1計算思維在生活中的應用5
1.2.2計算思維在其他學科上的應用6
1.3計算機概述8
1.3.1計算工具的發展8
1.3.2現代計算機的理論基礎10
1.3.3現代計算機的基本框架和特點10
1.3.4現代計算機的發展11
1.3.5計算機的發展趨勢13
1.3.6計算機的應用15
1.4人工智能時代下的計算思維17
1.4.1人工智能簡介17
1.4.2人工智能的應用領域17
1.4.3人工智能時代的挑戰22
1.4.4人工智能與計算思維22
1.5本章小結23
1.6習題24

第2章計算機的信息表示25
2.1進位記數制25
2.1.1數制的基本概念25
2.1.2基數25
2.1.3位權25
2.2常見的各種數制及轉換26
2.2.1十進制26
2.2.2二進制26
2.2.3八進制和十六進制27
2.2.4不同進制數的轉換27
2.3二進制及其運算29
2.3.1計算機中的數據單位30
2.3.2二進制的算術運算30
2.3.3二進制的邏輯運算31
2.4數值在計算機中的表示31
2.4.1整數在計算機中的表示31
2.4.2實數在計算機中的表示32
2.5文本在計算機中的表示33
2.5.1鍵盤上的符號34
2.5.2中文字符35
2.5.3擴展符號——Unicode編碼37
2.6圖像在計算機中的表示37
2.6.1圖像的種類38
2.6.2圖像的數字化過程38
2.6.3圖像的基本屬性41
2.6.4圖像格式41
2.7聲音在計算機中的表示42
2.7.1聲音的數字化42
2.7.2音頻的技術指標43
2.8本章小結43
2.9習題44

第3章計算機系統46
3.1計算機系統概述46
3.1.1計算機的體系結構46
3.1.2計算機系統的組成48
3.2計算機的硬件系統48
3.2.1中央處理器48
3.2.2主存儲器50
3.2.3輔助存儲器52
3.2.4主板53
3.2.5總線與接口55
3.2.6基本輸入設備56
3.2.7基本輸出設備56
3.3計算機的軟件系統57
3.3.1指令和程序57
3.3.2程序設計語言58
3.3.3計算機軟件的分類59
3.4計算機的操作系統60
3.4.1操作系統的定義60
3.4.2操作系統的功能60
3.4.3操作系統的載入64
3.4.4操作系統的分類65
3.5本章小結67
3.6習題68

第4章計算機網絡69
4.1計算機網絡基礎69
4.1.1計算機網絡的形成和發展69
4.1.2計算機網絡的定義和功能70
4.2計算機網絡的分類71
4.2.1按覆蓋的地域範圍分類72
4.2.2按拓撲結構分類73
4.3網絡設備74
4.3.1傳輸介質74
4.3.2互聯設備75
4.4Internet76
4.4.1Internet的發展76
4.4.2Internet的工作原理76
4.4.3IP地址與域名78
4.4.4接入方式80
4.5網絡安全81
4.5.1網絡安全的定義81
4.5.2網絡安全面臨的威脅82
4.5.3網絡安全防範技術83
4.6計算機網絡前沿技術84
4.6.1雲計算84
4.6.2物聯網87
4.6.3區塊鏈90
4.6.4互聯網+92
4.7本章小結93
4.8習題95

第5章計算思維與算法96
5.1算法的概述96
5.1.1算法的定義和由來96
5.1.2算法的特徵97
5.1.3算法的描述97
5.1.4算法的評價99
5.2常用經典算法100
5.2.1窮舉算法100
5.2.2貪心算法101
5.2.3遞推算法102
5.2.4遞歸算法103
5.2.5回溯算法104
5.2.6動態規划算法105
5.3排序算法106
5.3.1冒泡排序106
5.3.2選擇排序107
5.3.3快速排序108
5.4查找算法109
5.4.1順序查找109
5.4.2二分查找109
5.4.3插值查找110
5.5本章小結111
5.6習題111

下篇Python編程基礎
第6章Python繪圖1156.1走近Python115
6.1.1認識Python115
6.1.2安裝Python116
6.1.3運行Python117
6.2Python繪圖120
6.2.1turtle庫語法元素分析121
6.2.2繪製正多邊形122
6.2.3繪製正多邊形花124
6.3Python繪圖實例126
6.3.1繪製美麗的螺旋花126
6.3.2繪製多彩花129
6.3.3繪製顏色填充圖案130
6.4本章小結131
6.5習題132

第7章選擇結構135
7.1數值類型135
7.1.1數值類型概述135
7.1.2整數類型135
7.1.3浮點數類型136
7.1.4複數類型137
7.2數值類型的操作138
7.2.1基本運算138
7.2.2內置數值運算函數141
7.3輸入和輸出142
7.3.1input()函數142
7.3.2print（）函數144
7.3.3格式化輸出145
7.4選擇結構149
7.4.1單分支結構149
7.4.2雙分支結構150
7.4.3多分支結構151
7.4.4選擇結構的嵌套153
7.5本章小結154
7.6習題155

第8章循環結構157
8.1字符串類型157
8.1.1字符串類型的表示157
8.1.2基本的字符串操作159
8.1.3內置字符串處理函數159
8.2組合數據類型160
8.2.1組合數據類型概述160
8.2.2列表類型及其操作162
8.2.3元組類型及其操作163
8.2.4字典類型及其操作164
8.3range()函數165
8.4循環結構166
8.4.1for循環語句166
8.4.2for循環實例168
8.4.3while循環語句169
8.4.4break和continue170
8.4.5猜數遊戲171
8.5random庫的使用173
8.6本章小結175
8.7習題176

第9章函數178
9.1函數的基本使用178
9.1.1函數的定義178
9.1.2函數的調用過程180
9.1.3函數實例181
9.2函數的參數傳遞183
9.2.1可選參數和可變參數183
9.2.2參數的位置傳遞和名稱傳遞183
9.2.3函數的返回值184
9.3datetime庫184
9.3.1datetime庫概述185
9.3.2datetime庫解析185
9.4代碼復用和模塊化設計186
9.5本章小結187
9.6習題188

第10章算法實現189
10.1猜車牌號問題——窮舉法189
10.2猜班級人數問題——二分法190
10.301背包問題——貪心法192
10.4爬樓梯問題——遞推法195
10.5漢諾塔問題——遞歸法196
10.6湊零錢問題——動態規划算法200
10.7最短路徑問題——廣度優先搜索算法201
10.8本章小結205
10.9習題206

第11章綜合實例207
11.1Python第三方庫的安裝207
11.1.1pip工具安裝207
11.1.2自定義安裝209
11.1.3文件安裝209
11.2音頻處理210
11.2.1pydub庫210
11.2.2查看音頻文件信息211
11.2.3音頻文件剪輯和拼接212
11.2.4pydub的常見用法213
11.3圖像處理214
11.3.1圖像旋轉214
11.3.2圖像縮放215
11.3.3圖像裁剪215
11.4文本詞頻統計217
11.4.1英文詞彙量統計217
11.4.2英文詞頻統計217
11.4.3中文詞頻統計220
11.5網絡爬蟲222
11.5.1獲取網頁內容222
11.5.2處理網頁內容223
11.6本章小結225
11.7習題226

參考文獻227