清华科技大讲堂计算机科学导论——以Python为舟(第3版)

第1章计算机学什么

1.1探索黑匣子——从一个程序谈起

1.1.1探索黑匣子之计算机硬件

1.1.2探索黑匣子之计算机软件

1.1.3探索黑匣子之操作系统

1.1.4计算机系统的层次

1.2计算机编程的基本概念

1.2.1初窥高级语言

1.2.2乘Python之舟进入计算机语言的世界

1.2.3活学活用——运用Python的基本功能解决数学问题

小结

1.3计算机核心知识——算法

1.3.1算法的重要性

1.3.2解平方根算法一

1.3.3解平方根算法二

1.3.4解平方根算法三

小结

1.4什么是计算机

1.4.1历史上的计算机

1.4.2嵌入式系统

1.4.3未来的计算机

小结

1.5计算机前沿知识——大数据

1.5.1数据

1.5.2大数据

1.5.3大数据的应用

小结

1.5.4对数据和逻辑的正确态度——沙老师的话

1.6计算机科学之美

1.6.1无处不在的计算机

1.6.2计算机学科本身包含的知识面之广

本章总结

习题1

第2章神奇的0与1

2.1进位制的概念

小结

2.2不同进制间的转换

2.2.1二进制数转换为十进制数

2.2.2十进制数转换为二进制数

2.2.3二、八、十六进制的巧妙转换

小结

2.3计算中的二进制四则运算

2.3.1无符号整数与加法

2.3.2乘法与除法

2.3.3带符号整数的减法

2.3.4浮点数

小结

2.4一切都是逻辑

2.4.1什么是逻辑运算

2.4.2电路实现逻辑(课时不足时，可不讲本节)

2.4.3用逻辑做加法

2.4.4加法与控制语句

小结

2.5计算机中的存储

2.5.1数据的存储形式

2.5.2存储设备

小结

2.6谈0与1的美

2.6.1简单开关的无限大用

2.6.2二进制逻辑的神奇妙用

2.6.3“亢龙有悔”和“否极泰来”

2.6.4“若见诸相非相，即见如来”

习题2

第3章程序是如何执行的

3.1引例

3.2a=a+1的执行过程

3.2.1分解a=a+1的执行步骤

3.2.2CPU中的核心部件

3.2.3汇编指令的概念

3.2.4a=a+1的完整执行过程

小结

3.3控制结构的执行

3.3.1ifelse选择语句

3.3.2分支跳转指令

3.3.3ifelse选择语句的执行

3.3.4while循环语句的执行

3.3.5for循环语句的执行

小结

3.4关于Python的函数调用

3.4.1函数的基本概念

3.4.2Python函数入门

3.4.3局部变量与全局变量

小结

3.5函数调用过程的分析

3.5.1返回地址的存储

3.5.2函数调用时栈的管理

3.5.3SEAL中函数调用栈帧的建立

小结

3.6几种通用的编程语言

小结

3.7对计算机程序的领悟

3.7.1清晰的语义

3.7.2严谨的逻辑

3.7.3巧妙的结构

3.7.4智能是程序计算出来的

小结

习题3

第4章学习Python语言

4.1简洁的Python

4.2Python内置数据结构

4.2.1Python基本数据类型

4.2.2列表

4.2.3再谈字符串

4.2.4字典——类似数据库的结构

4.3Python赋值语句

4.3.1基本赋值语句

4.3.2序列赋值

4.3.3扩展序列赋值

4.3.4多目标赋值

4.3.5增强赋值语句

4.4Python控制结构

4.4.1if语句

4.4.2while循环语句

4.4.3for循环语句

4.5Python函数调用

4.6Python自定义数据结构

4.6.1面向过程与面向对象

4.6.2面向对象基本概念——类与对象

4.7基于Python面向对象编程实现数据库功能

4.7.1Python面向对象方式实现数据库的学生类

4.7.2Python面向对象方式实现数据库的课程类

4.7.3Python创建数据库的学生与课程类组

4.7.4Python实例功能模拟

4.8有趣的小乌龟——Python之绘图

4.8.1初识小乌龟

4.8.2小乌龟绘制基础图形

4.8.3小乌龟绘制迷宫

习题4

第5章计算思维的核心——算法

5.1计算思维是什么

小结

5.2递归的基本概念

小结

5.3分治法

小结

5.4贪心算法

小结

5.5动态规划

小结

5.6以老鼠走迷宫为例

小结

5.7谈计算思维的美

5.7.1递归思想的美

5.7.2计算思维求解问题的基本方式的美

5.7.3问题复杂度的研究之美

习题5

第6章操作系统简介

6.1计算机的启动

6.1.1启动自检阶段

6.1.2初始化启动阶段

6.1.3启动加载阶段

6.1.4内核装载阶段

6.1.5登录阶段

6.2认识操作系统

6.3操作系统对硬件资源的管理——硬件中断与异常

6.3.1操作系统对I/O设备的管理——硬件中断

6.3.2操作系统对CPU的管理——硬件中断

6.3.3操作系统对内存的管理——“异常”中断

6.4操作系统对应用程序提供较安全可靠的服务——软件中断

6.4.1内核态与用户态

6.4.2系统调用——软件中断

6.4.3常用系统调用

6.4.4系统调用实例： read系统调用

6.5操作系统对多运行环境的管理

6.5.1进程

6.5.2进程状态

6.5.3进程调度

6.6文件系统

6.6.1文件基本概念

6.6.2目录树结构

6.6.3Python中的文件操作

6.6.4学生实例的扩展

习题6

第7章并行计算

7.1并行计算简介

7.1.1并行计算能加速程序执行

7.1.2并行计算的基本概念

7.1.3并行计算的难点——进程间通信

7.1.4并行计算能模拟现实中的复杂情况

7.2多进程编程

7.2.1多进程编程在Python中的实现

7.2.2牛刀小试——使用多进程加快求解问题的速度

7.3进程通信

7.3.1共享内存的基本概念

7.3.2共享内存的Python实现

7.4多进程编程实例

7.4.1方差计算的多进程实现

7.4.2N阶矩阵与N维向量相乘的多进程实现

7.4.3基于价格波动的生产者决策模拟

7.4.4电梯运行与调度模拟

7.5利用多核进行并行计算的思考

7.5.1没有智慧的计算就是浪费

7.5.2能自己做就自己做，不要总是请示协调

7.5.3让大家共享多核，有福同享就是云计算

7.5.4分布式计算也是多核计算

习题7

第8章计算机网络与物联网

8.1无远弗届的网络

小结

8.1.1物理层(Physical Layer)

小结

8.1.2数据链路层(Data Link Layer)

小结

8.1.3网络层(Network Layer)

小结

8.1.4传输层(Transport Layer)

小结

8.1.5应用层(Application Layer)

小结

8.2Web=?

8.2.1一个简单网页的代码

小结

8.2.2网页访问流程

小结

8.2.3网页的动静之分

8.2.4网站用什么说话

小结

8.2.5关于本地计算机上的一个小网页

8.3对计算机网络的领悟

8.4初窥物联网

8.4.1未来生活中的物联网

8.4.2智能家居

8.4.3智能交通

8.4.4医疗物联网

8.4.5物联网相关技术

小结

习题8

第9章信息安全

9.1引言

9.2常见威胁

9.2.1网络的威胁

9.2.2恶意软件

小结

9.2.3拒绝服务

9.3措施和技术

9.3.1密码学

小结

9.3.2防火墙

9.3.3入侵检测

9.3.4网络安全

9.3.5系统安全

9.3.6杀毒软件

9.4手机病毒

9.5硬件安全： 木马电路与旁道攻击

9.5.1硬件木马

9.5.2旁道攻击

9.6谈信息安全之美

习题9

第10章机器学习概论

10.1人工智能与机器学习简介

10.1.1人工智能简介

10.1.2AlphaBeta剪枝搜索

10.1.3机器学习简介

10.2*小二乘分类器

10.3Logistic分类器

10.4朴素贝叶斯分类器

10.5人工神经网络

10.6深度学习

习题10

参考文献