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第1章 绪论1

1.1 引言1

1.2 学科专业名称的演变、学科描述及培养侧重点2

1.3 学科知识体和核心课程4

1.4 导论课程的构建问题9

1.5 计算思维与计算机科学导论11

1.6 本章小结14

习题114

第2章 学科的基本问题16

2.1 引言16

2.2 对问题进行抽象的一个典型实例：哥尼斯堡七桥问题16

2.3 可计算问题与不可计算问题18

2.3.1 汉诺塔问题18

2.3.2 算法复杂性中的难解性问题20

2.3.3 证比求易算法20

2.3.4 P=N P921

2.3.5 RSA公开密钥密码系统22

2.3.6 停机问题26

2.3.7 旅行商问题与组合爆炸28

2.3.8 找零问题、背包问题与贪婪算法30

2.4 GOTO语句与程序的结构31

2.5 哲学家共餐问题与计算机的资源管理33

2.6 两军问题与计算机网络34

2.6.1 两军问题35

2.6.2 互联网软件的分层结构36

2.7 人工智能中的若干哲学问题37

2.7.1 图灵测试38

2.7.2 西尔勒的“中文屋子”39

2.7.3 计算机中的博弈问题40

2.8 计算机科学各主领域及其基本问题41

2.9 本章小结50

习题250

第3章 3个学科形态53

3.1 引言53

3.2 一个关于“学生选课”的例子53

3.2.1 对例子的感性认识54

3.2.2 对例子的理性认识55

3.2.3 “学生选课”系统的设计56

3.3 抽象形态58

3.4 理论形态58

3.5 设计形态59

3.6 3个学科形态的内在联系60

3.7 计算机语言的发展及其3个学科形态的内在联系62

3.7.1 自然语言与形式语言63

3.7.2 图灵机与冯·诺依曼计算机65

3.7.3 机器指令与汇编语言72

3.7.4 虚拟机74

3.7.5 高级语言77

3.7.6 应用语言78

3.7.7 自然语言79

3.7.8 小结82

3.8 计算机科学各领域3个学科形态的主要内容83

3.9 本章小结89

习题390

第4章 学科中的核心概念97

4.1 引言97

4.2 算法97

4.2.1 算法的历史简介98

4.2.2 算法的定义和特征99

4.2.3 算法实例100

4.2.4 算法的表示方法101

4.2.5 算法分析106

4.2.6 搜索算法与排序算法107

4.3 数据结构113

4.3.1 数据结构的基本概念113

4.3.2 基于Vcomputer机器的数据结构概述115

4.3.3 基于Vcomputer机器的数据的逻辑结构116

4.3.4 基于Vcomputer机器的数据的存储结构120

4.4 程序124

4.5 软件125

4.6 硬件125

4.7 数据的存储和表示126

4.7.1 进位制数及其相互转换126

4.7.2 原码、反码、补码及其转换129

4.7.3 字符、字符串和汉字134

4.7.4 图像137

4.7.5 声音138

4.8 CC1991报告提取的核心概念140

4.9 本章小结142

习题4143

第5章 学科中的数学方法153

5.1 引言153

5.2 数学的基本特征154

5.3 数学方法的作用154

5.4 计算学科中常用的数学概念和术语155

5.4.1 集合155

5.4.2 函数和关系156

5.4.3 代数系统157

5.4.4 字母表、字符串和语言164

5.4.5 定义、定理和证明164

5.4.6 必要条件和充分条件166

5.5 证明方法167

5.5.1 直接证明法和间接证明法167

5.5.2 反证法167

5.5.3 归纳法168

5.5.4 构造性证明169

5.6 递归和迭代169

5.6.1 递归170

5.6.2 迭代172

5.7 随机数和蒙特卡罗方法172

5.7.1 随机数172

5.7.2 蒙特卡罗方法175

5.8 公理化方法176

5.8.1 理论体系176

5.8.2 公理化方法的基本概念177

5.8.3 实例177

5.9 形式化方法179

5.9.1 形式系统的组成、基本特点和局限性179

5.9.2 形式化方法概述180

5.9.3 形式规格181

5.9.4 形式验证182

5.10 本章小结184

习题5185

第6章 学科中的系统科学方法189

6.1 引言189

6.2 系统科学与系统科学方法189

6.2.1 系统科学的基本概念190

6.2.2 系统科学遵循的一般原则191

6.2.3 常用的几种系统科学方法192

6.2.4 实例193

6.3 软件开发中使用系统科学方法的原因194

6.3.1 人固有能力的局限性以及使用工具后产生的力量194

6.3.2 复杂性195

6.3.3 软件系统的复杂性196

6.3.4 软件开发的系统化方法需要遵循的基本原则198

6.4 结构化方法200

6.4.1 结构化方法的产生和发展200

6.4.2 结构化方法遵循的基本原则201

6.4.3 结构化方法的核心问题201

6.4.4 实例：高校信息管理系统202

6.5 面向对象方法203

6.5.1 面向对象方法的产生和发展204

6.5.2 面向对象方法的基本思想204

6.5.3 面向对象方法的核心问题206

6.5.4 实例：图书管理系统207

6.6 本章小结209

习题6211

第7章 社会与职业问题213

7.1 引言213

7.2 计算的历史214

7.2.1 计算机史前史214

7.2.2 计算机硬件的历史215

7.2.3 计算机软件的历史216

7.2.4 计算机网络的历史218

7.2.5 中国计算机事业发展的历程219

7.3 计算的社会背景220

7.3.1 计算的社会内涵220

7.3.2 网络的社会内涵221

7.3.3 因特网的增长、控制和使用221

7.3.4 有关性别的问题223

7.4 道德分析的方法223

7.5 职业和道德责任225

7.5.1 职业化的本质225

7.5.2 软件工程师的伦理规范225

7.5.3 与检举有关的内容227

7.5.4 计算中的“可接受使用”政策229

7.6 基于计算机系统的风险和责任229

7.6.1 历史上软件风险的例子229

7.6.2 软件的正确性、可靠性和安全性230

7.6.3 软件测试230

7.6.4 软件重用中隐藏的问题231

7.6.5 风险评定与风险管理231

7.7 团队工作232

7.7.1 基本概念233

7.7.2 团队目的234

7.7.3 团队机制234

7.7.4 团队激励235

7.7.5 团队僵局236

7.8 知识产权237

7.8.1 知识产权概述237

7.8.2 著作权、商标、专利、集成电路布图设计和商业秘密238

7.8.3 数字千年版权法和TEACH法案241

7.8.4 软件专利242

7.8.5 有关知识产权的国际问题242

7.8.6 我国有关知识产权保护的现状243

7.9 隐私和公民自由244

7.9.1 隐私保护的道德和法律基础244

7.9.2 基于Web的隐私保护技术245

7.9.3 计算机空间的言论自由247

7.9.4 相关的国际问题和文化之间的问题248

7.10 计算机犯罪249

7.10 .1 计算机犯罪及相关立法249

7.10 .2 黑客250

7.10 .3 恶意计算机程序和拒绝服务攻击250

7.10 .4 防止计算机犯罪的策略252

7.11本章小结253

习题7253

第8章 探讨与展望256

8.1 引言256

8.2 若干问题的探讨256

8.2.1 计算本质的认识历史256

8.2.2 第三次数学危机与希尔伯特纲领257

8.2.3 图灵对计算本质的揭示258

8.2.4 如何定义一门学科259

8.2.5 计算学科属“工科”还是“理科”260

8.2.6 程序设计在计算学科中的地位260

8.2.7 计算学科目前的核心课程能否培养学生计算方面的能力260

8.2.8 在计算课程中如何做到理论与实践相结合261

8.2.9 发明与创新261

8.2.10 关于能力的培养263

8.2.11 难度、复杂度与能力264

8.2.12 SOLO分类法与浅层学习、深度学习266

8.2.13 科学素养268

8.2.14 注意力272

8.3 计算学科教育的展望273

8.3.1 技术的变化273

8.3.2 文化的改变275

8.3.3 制定教学计划的原则277

8.3.4 对本科毕业生的期望278

8.3.5 未来的计算学科教育279

8.4 本章小结281

习题8281

第9章 课程实验284

9.1 分支和循环结构的简单程序设计284

9.2 RSA公开密钥密码系统290

9.3 存储程序式计算机的简单程序设计297

9.4 递归算法、迭代算法及其比较303

9.5 数组实验309

9.6 栈的基本操作：push和pop313

9.7 归并排序与折半查找316

9.8 蒙特卡罗方法应用324

9.9 简单的卡通与游戏实验330

9.10 基于Access的简单数据库设计335

附录A Raptor可视化程序设计概述357

A.1 Raptor是什么？357

A.2 为什么要使用Raptor进行程序设计？357

A.3 Raptor的安装358

A.4 几个简单的Raptor程序358

A.4.1 实例1：输出字符串“Hello，world！”359

A.4.2 实例2：求两个整数中的较大值364

A.4.3 实例3：求1＋2＋3＋…＋10的和373

A.5 Raptor和标准流程图的区别与联系375

附录B Vcomputer存储程序式计算机概述376

B.1 Vcomputer存储程序式计算机软件的安装及使用376

B.2 Vcomputer 机器的结构和指令382

B.3 Vcomputer机器上的汇编指令集382

B.4 汇编程序编写过程中的注意事项382

B.5 机器指令（十六进制代码）编写过程中的注意事项383

B.6 存储程序式计算机模拟平台的功能383

B.7 计算机模拟平台的注意事项384

B.8 Vcomputer演示实例的源程序384

附录C Access 2013概述385

C.1 环境搭建385

C.2 建数据库、建表及建立表间关系386

C.3 创建查询391

C.4 创建窗体394

C.5 制作报表396

参考文献397