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| 編輯推薦： |
详细讲解计算思维和Python编程基础知识。
实例丰富，深入浅出，循序渐进，激发读者兴趣。
配套微课视频，教学大纲，教学课件，习题答案，方便教学和自学。
作为非计算机专业的基础教材，适合理工类专业的计算机入门学习参考书。
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| 內容簡介： |
本书是高等学校非计算机专业的计算机基础课程的理论教材，根据高等学校大学计算机课程教学指导委员会提出的“以计算思维为切入点的计算机基础教学改革”的思路编写而成，以培养学生计算思维能力为目标。
全书分上下两篇，共11章。上篇为计算思维，有5章，包括计算思维与计算机、计算机的信息表示、计算机系统、计算机网络、计算思维与算法。下篇为Python编程基础，有6章，包括Python绘图、数据类型、程序控制结构、函数、算法实现、综合实例。全书提供了大量应用实例，每章后均附有习题。为重难点内容配备了微课视频，供读者使用。
本书可作为高等院校非计算机专业的大学计算机基础课教材，也可作为计算机入门学习的参考书。
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| 目錄：
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上篇计 算 思 维
第1章计算思维与计算机3
1.1计算思维概述3
1.1.1计算思维的定义3
1.1.2计算思维的特征4
1.1.3计算思维的过程5
1.2计算思维的应用5
1.2.1计算思维在生活中的应用5
1.2.2计算思维在其他学科上的应用6
1.3计算机概述8
1.3.1计算工具的发展8
1.3.2现代计算机的理论基础10
1.3.3现代计算机的基本框架和特点10
1.3.4现代计算机的发展11
1.3.5计算机的发展趋势13
1.3.6计算机的应用16
1.4人工智能时代下的计算思维17
1.4.1人工智能简介17
1.4.2人工智能的应用领域18
1.4.3人工智能时代的挑战24
1.4.4人工智能与计算思维24
1.5习题24
第2章计算机的信息表示26
2.1进位记数制26
2.1.1数制的基本概念26
2.1.2基数26
2.1.3位权26
2.2常见的各种数制及转换27
2.2.1十进制27
2.2.2二进制27
2.2.3八进制和十六进制28
2.2.4不同进制数的转换29
2.3二进制及其运算31
2.3.1计算机中的数据单位31
2.3.2二进制的算术运算32
2.3.3二进制的逻辑运算32
2.4数值在计算机中的表示33
2.4.1整数在计算机中的表示33
2.4.2实数在计算机中的表示34
2.5文本在计算机中的表示35
2.5.1键盘上的符号35
2.5.2中文字符36
2.5.3扩展符号——Unicode编码38
2.6图像在计算机中的表示39
2.6.1图像的种类39
2.6.2图像的数字化过程39
2.6.3图像的基本属性42
2.6.4图像格式42
2.7声音在计算机中的表示43
2.7.1声音的数字化43
2.7.2音频的技术指标44
2.8习题45
第3章计算机系统47
3.1计算机系统概述47
3.1.1计算机的体系结构47
3.1.2计算机系统的组成48
3.2计算机的硬件系统49
3.2.1中央处理器49
3.2.2主存储器51
3.2.3辅助存储器53
3.2.4主板54
3.2.5总线与接口55
3.2.6基本输入设备56
3.2.7基本输出设备57
3.3计算机的软件系统58
3.3.1指令、指令系统和程序58
3.3.2程序设计语言59
3.3.3计算机软件的分类 59
3.4计算机的操作系统60
3.4.1操作系统的定义60
3.4.2操作系统的功能61
3.4.3操作系统的载入65
3.4.4操作系统的分类66
3.5习题68
第4章计算机网络70
4.1计算机网络基础70
4.1.1计算机网络的形成和发展70
4.1.2计算机网络的定义和功能71
4.2计算机网络的分类72
4.2.1按覆盖的地域范围分类73
4.2.2按拓扑结构分类74
4.3网络设备75
4.3.1传输介质75
4.3.2互联设备76
4.4Internet77
4.4.1Internet的发展77
4.4.2Internet的工作原理77
4.4.3IP地址与域名79
4.4.4接入方式81
4.5网络安全82
4.5.1网络安全的定义82
4.5.2网络安全面临的威胁83
4.5.3网络安全防范技术84
4.6计算机网络前沿技术85
4.6.1云计算85
4.6.2物联网 88
4.6.3区块链91
4.6.4互联网 93
4.6.5边缘计算94
4.7习题97
第5章计算思维与算法99
5.1算法的概述99
5.1.1算法的定义和由来99
5.1.2算法的特征99
5.1.3算法的描述100
5.1.4算法的评价103
5.2常用经典算法104
5.2.1穷举算法104
5.2.2贪心算法105
5.2.3递推算法107
5.2.4递归算法109
5.2.5回溯算法110
5.2.6动态规划算法111
5.3排序算法112
5.3.1冒泡排序112
5.3.2选择排序113
5.3.3快速排序113
5.4查找算法114
5.4.1顺序查找114
5.4.2二分查找115
5.4.3插值查找116
5.5习题116
下篇Python编程基础
第6章Python绘图121
6.1走近Python121
6.1.1认识Python121
6.1.2安装Python 122
6.1.3运行Python 123
6.2Python基本语法知识126
6.2.1常量和变量126
6.2.2程序注释127
6.2.3input()函数 127
6.2.4print()函数129
6.2.5格式化输出130
6.3Python绘图134
6.3.1turtle库语法元素分析134
6.3.2绘制正多边形135
6.3.3绘制正多边形花138
6.4Python绘图实例139
6.4.1绘制美丽的螺旋花139
6.4.2绘制多彩花142
6.4.3绘制颜色填充图案143
6.5习题144
第7章数据类型147
7.1数值类型147
7.1.1整数类型147
7.1.2浮点数类型148
7.1.3复数类型149
7.1.4基本运算150
7.1.5内置数值运算函数153
7.2字符串类型154
7.2.1字符串类型的表示154
7.2.2基本的字符串操作156
7.2.3内置字符串处理函数156
7.3组合数据类型157
7.3.1列表类型及其操作159
7.3.2元组类型及其操作160
7.3.3字典类型及其操作161
7.4习题162
第8章程序控制结构164
8.1程序基础164
8.1.1Python程序的构成164
8.1.2Python中的缩进165
8.1.3程序基本结构分类165
8.2顺序结构165
8.3选择结构166
8.3.1单分支结构167
8.3.2双分支结构167
8.3.3多分支结构168
8.3.4嵌套分支结构170
8.4循环结构172
8.4.1range()函数172
8.4.2for循环语句173
8.4.3循环实例175
8.4.4while循环语句176
8.4.5break和continue177
8.4.6猜数游戏178
8.5random库的使用179
8.6习题181
第9章函数184
9.1函数的基本使用184
9.1.1函数的定义184
9.1.2函数的调用过程186
9.1.3函数实例187
9.2函数的参数传递189
9.2.1可选参数和可变参数189
9.2.2参数的位置传递和名称传递189
9.2.3函数的返回值190
9.3datetime库190
9.3.1datetime库概述191
9.3.2datetime库解析191
9.4代码复用和模块化设计192
9.5习题193
第10章算法实现195
10.1猜车牌号问题——穷举法195
10.2猜班级人数问题——二分法196
10.3背包问题——贪心法 198
10.4爬楼梯问题——递推法200
10.5汉诺塔问题——递归法201
10.6凑零钱问题——动态规划算法204
10.7最短路径问题——广度优先搜索算法206
10.8习题210
第11章综合实例211
11.1Python第三方库的安装211
11.1.1pip工具安装211
11.1.2自定义安装213
11.1.3文件安装213
11.2音频处理214
11.2.1Pydub库214
11.2.2查看音频文件信息215
11.2.3音频文件剪辑和拼接216
11.2.4Pydub的常见用法217
11.3图像处理218
11.3.1图像旋转218
11.3.2图像缩放219
11.3.3图像裁剪219
11.4文本词频统计221
11.4.1英文词汇量统计221
11.4.2英文词频统计 221
11.4.3中文词频统计224
11.5网络爬虫226
11.5.1获取网页内容226
11.5.2处理网页内容227
11.6图形化编程——tkinter库使用229
11.6.1tkinter库简介229
11.6.2tkinter的基本窗口229
11.6.3tkinter控件231
11.6.4布局管理器239
11.6.5MessageBox的应用243
11.6.6综合实例应用244
11.7习题247
参考文献248
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| 內容試閱：
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计算思维与Python编程基础（第2版·微课视频版）近年来，以高速互联、泛在移动、天地一体、智能便捷、综合集成为特征的新一代信息基础设施正在加速形成并不断完善，以大数据、云计算、人工智能为代表的新一轮信息技术创新浪潮席卷全球，技术创新强力推动着人类社会发展。计算机不仅仅是运行应用软件的工具，还蕴含着一种科学的方法论——计算思维。计算思维能力，就是“像计算机科学家一样去思考问题、解决问题”，计算思维已被明确倡导为与读、写、算并列的第四种基本技能。计算思维的内涵并不仅仅停留在计算机科学的基础上，而是一系列运用计算机科学的基础概念进行求解问题、设计系统和理解人类行为的思维活动。计算思维是每个学生都应掌握的能力，计算思维的培养成为贯穿各个学段的核心思想。也要求大学计算机教学的总体建设目标定位在“普及计算机文化，培养专业应用能力，训练计算思维”上。
“计算思维”是非计算机专业学生进入大学的第一门计算机基础课程。将计算思维与计算机基础教育相结合，根据学生专业类别和知识能力水平精准定位计算思维的学习，已经得到计算机基础教育工作者的认可。本书作者团队长年扎根计算机基础教学第一线，明确学生的实际需求，希望能探索出最适合、最有针对性的计算机基础教育新模式。
计算思维的培养，不仅包括计算机系统理论知识学习，还包括计算思维活动能力的实践。计算思维实践的核心精神在于以问题求解为牵引，以程序设计为载体。如何选择适合的编程语言来设计程序呢？大数据时代帮我们选择了Python。Python语言简洁易学，功能强大，跨越各种平台，很适合各专业（特别是非计算机专业）的学生快速入门。以本书为例，直接利用Python 语言第三方库（turtle 库）进行编程实践，让学生结合特定编程模式不断拓展思路，层层递进式地更改参数，得到越来越丰富的输出效果。不仅能让学生改变了编程抽象、枯燥的固有观念，对实践产生了兴趣，还能让其切身体会利用计算工具解决问题的过程。
全书共分上下两篇。上篇主要介绍计算思维和计算机相关的知识概念，包含计算思维的概念、经典的计算机科学知识、最新的计算机科技的发展及计算机求解问题的基本方法。下篇主要通过Python语言程序的实例分析和语法结构介绍切实解决了计算思维“落地”的问题，还涵盖了Python的跨学科应用——第三方库的使用。全书主要特色如下。
（1） 内容全面。全书力求涵盖计算机、计算思维、Python语言等主要知识点，并且与时俱进地融入了当今主流的计算机科学技术——人工智能、云计算、物联网、边缘计算等，确保知识体系的完整性、实用性。
（2） 理论与实践结合。上下两篇的侧重点各有不同，但联系紧密。上篇理论部分通俗易懂，简洁朴素；下篇程序语言实践案例简单，极易上手，并在程序解决过程中全程融入“计算思维”理念。
（3） 配套微课视频。每章重要知识点都配有微课视频，读者扫描封底刮刮卡注册，即可扫码观看学习。
（4） 每章配有习题，教材提供配套的课件、例题案例、章节案例和综合案例的源码。
经过3年的教学实践，结合最新的技术发展和科研成果，对本书第1版的有关章节和内容进行了调整或补充，主要体现在如下方面：
（1） 第1章添加了人工智能发展的最新成果。近几年人工智能特别是大语言模型的出现，使人工智能进入新的发展时代。其代表成果ChatGPT作为一种人工智能对话模型，展现了令人瞩目的语言理解和生成能力。
（2） 第4章添加了计算机网络的前沿技术——边缘计算。随着物联网设备的迅速增长和海量数据的产生，传统的云计算模式遇到挑战。边缘计算模式应运而生，它将计算和存储资源直接部署到离数据源头更近的边缘设备上，使数据可以在其上实时处理，进一步降低延迟，提高效率，更好地保护了数据隐私。
（3） 第5章添加了部分算法实现的Python代码，便于读者理解算法和代码的关系，也可以运行这些代码深入理解相应的算法思想。
（4） 第6章在turtle绘图之前添加了Python基本语法介绍。便于读者在阅读Python绘图程序时查阅和理解代码功能，尝试自己模仿写出程序。
（5） 调整了第7章和第8章。第7章调整为数据类型，包含所有数据类型，第8章调整为程序控制结构，包含顺序结构、选择结构和循环结构，使逻辑更加清晰。
（6） 第11章添加了图形化编程——tkinter库的使用。使用带有图形界面的用户接口更加友好，代码的功能呈现更加直观。选取的案例是生活中常见的功能或工具，读者编程实现这些功能会更具亲和力，大大提高编程成就感。
本书由黄晓平、方翠、王亿首和吴呈瑜共同编写。其中，黄晓平编写了第2、8、9、11章并统稿，方翠编写了第1、3、6章，王亿首编写了第4、7章，吴呈瑜编写了第5、10章。本书在出版过程中，还得到了清华大学出版社的大力支持，在此表示诚挚的感谢。
由于作者水平有限，书中难免有不妥和疏漏之处，恳请各位专家、同仁和读者不吝赐教。
作者2024年5月计算思维与Python编程基础（第2版·微课视频版）第2版前言
第1版前言
计算思维与Python编程基础（第2版·微课视频版）近年来，以高速互联、天地一体、智能便捷、综合集成为特征的新一代信息基础设施正在加速形成并不断完善，以大数据、云计算、人工智能为代表的新一轮信息技术创新浪潮席卷全球，技术创新强力推动着人类社会由工业社会向信息化社会转型。在信息化社会，计算机无处不在，智能化、海量数据与人类生活密切相关。对人类而言，计算机绝不仅仅是运行应用软件的工具，而且蕴含着一种科学的方法论。那么，提高自身的计算机技术水平，更好地利用计算机自动化地解决问题，更大程度地进行创业创新，就需要全面培养计算思维能力。计算思维能力就是像计算机科学家一样去思考问题，解决问题，已被明确倡导为是与读、写、算并列的第四种基本技能。计算思维的内涵并不仅仅停留在计算机科学的基础上，它是一系列运用计算机科学的基础概念进行求解问题、设计系统和理解人类行为的思维活动。计算思维被认定为每个学生都应掌握的能力，计算思维的培养成为贯穿各个学段的核心思想。也要求大学计算机教学的总体建设目标定位在“普及计算机文化，培养专业应用能力，训练计算思维”上。
“计算思维”是非计算机专业学生进入大学的第一门计算机基础课程，将计算思维与计算机基础教育相结合，根据学生专业类别和知识能力水平精准定位计算思维的学习，已经得到了计算机基础教育工作者的认可。本书作者团队长年扎根计算机基础教学第一线，清楚分析了学生的实际需求，希望能探索出最适合、最有针对性的计算机基础教育新模式。
计算机科学教育是计算思维培养中不可或缺的一部分，不仅包括计算机系统理论知识，还包括计算思维活动的实践。计算思维实践的核心精神在于以问题求解为牵引，以程序设计为载体。如何选择称手的编程语言来进行设计程序呢？大数据时代的市场帮我们选择了Python。Python语言简洁易学、功能强大，跨越各种平台，很适合非计算机专业的学生快速入门。以本书为例，不同于其他Python语言书籍，本书直接利用Python语言第三方库（turtle库）进行编程实践，让学生结合特定编程模式不断拓展思路，层层递进式地更改参数，得到越来越丰富的输出效果，也让学生改变了编程抽象、枯燥的固有观念，对思维实践产生了兴趣，也让其切身体会利用计算工具解决问题的过程。
全书共分上下两篇。上篇主要介绍了计算思维和计算机相关的知识概念，其中包含计算思维的概念、经典的计算机科学知识、最新的计算机科技的发展以及计算机求解问题的基本方法。下篇主要通过Python语言程序的实例分析和语法结构介绍，切实解决了计算思维“落地”问题，还涵盖了Python跨学科应用——第三方库的使用。全书主要特色如下。计算思维与Python编程基础（第2版·微课视频版）第1版前言（1） 内容全面。全书力求涵盖计算机、计算思维、Python 语言等主要知识点，并且与时俱进地融入了现在主流的计算机科学技术的介绍，如人工智能、云计算、物联网等，确保知识体系的完整性、实用性。
（2） 理论与实践结合。上下两篇的侧重点虽各有不同，但是联系紧密。上篇理论部分通俗易懂，简洁朴素；下篇程序语言实践案例简单，极易上手，并在程序解决过程中全程融入“计算思维”理念。
（3） 结构清晰。每章最后都给出本章知识结构的思维导图，图文并茂地帮助读者理清章节脉络，掌握基础知识架构，少走弯路。
（4） 每章都配有习题和微课视频，教材提供配套的课件、例题案例的源代码和习题答案。
本书由黄晓平、方翠、王亿首和吴呈瑜共同编写。其中，黄晓平编写了第2、8、9、11章并统稿，方翠编写了第1、3、6章，王亿首编写了第4、7章，吴呈瑜编写了第5、10章。本书在出版过程中，还得到了清华大学出版社的大力支持，在此表示诚挚的感谢。
由于作者水平有限，书中难免有不妥和疏漏之处，恳请各位专家、同仁和读者不吝赐教。
作者2021年5月
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