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，根据教育部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，主要内容为计算思维的理论基础，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，主要内容为Python 编程基础，包括Python绘图、选择结构、循环结构、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。 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。
本书以计算思维为切入点，详细讲解了计算机基础、计算机信息表示、计算机系统、计算网络和计算思维的算法。根据非计算机专业的教学需求，详细讲解了Python编程基础，绘图，选择、循环语句，函数，算法实现和综合实例等，并配有大量应用实例。
配套资源包括教学课件、教学视频和习题答案等，是学习计算机及Python编程入门的好教材。
计算思维与Python编程基础（微课版）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，技术创新强力推进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，而且蕴涵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。教育部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线，清楚分析了学生的实际需求，希望能探索出适合、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。
全书一共分上下两篇。上篇主要介绍了计算思维和计算机相关的知识概念，其中包含了计算思维的概念、经典的计算机科学知识、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（微课版）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。每一章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和11章并统稿，方翠编写了第1、3和6章，王亿首编写了第4章和第7章，吴呈瑜编写了第5章和第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和批评指正，并与笔者讨论。
作者2021年5月
黄晓平，讲师，浙江理工大学信息学院计算机系，一直从事计算机基础教学工作，讲授过大学计算机基础计算机与计算思维C语言程序设计等课程。
上篇计 算 思 维
第1章计算思维与计算机31.1计算思维概述3
1.1.1计算思维的定义3
1.1.2计算思维的过程4
1.1.3计算思维的特征4
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15
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17
1.4.3人工智能时代的挑战22
1.4.4人工智能与计算思维22
1.5本章小结23
1.6习题24
第2章计算机的信息表示25
2.1进位记数制25
2.1.1数制的基本概念25
2.1.2基数25
2.1.3位权25
2.2常见的各种数制及转换26
2.2.1十进制26
2.2.2二进制26
2.2.3八进制和十六进制27
2.2.4不同进制数的转换27
2.3二进制及其运算29
2.3.1计算机中的数据单位30
2.3.2二进制的算术运算30
2.3.3二进制的逻辑运算31
2.4数值在计算机中的表示31
2.4.1整数在计算机中的表示31
2.4.2实数在计算机中的表示32
2.5文本在计算机中的表示33
2.5.1键盘上的符号34
2.5.2中文字符35
2.5.3扩展符号Unicode编码37
2.6图像在计算机中的表示37
2.6.1图像的种类38
2.6.2图像的数字化过程38
2.6.3图像的基本属性41
2.6.4图像格式41
2.7声音在计算机中的表示42
2.7.1声音的数字化42
2.7.2音频的技术指标43
2.8本章小结43
2.9习题44
第3章计算机系统46
3.1计算机系统概述46
3.1.1计算机的体系结构46
3.1.2计算机系统的组成48
3.2计算机的硬件系统48
3.2.1中央处理器48
3.2.2主存储器50
3.2.3辅助存储器52
3.2.4主板53
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56
3.3计算机的软件系统57
3.3.1指令和程序57
3.3.2程序设计语言58
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60
3.4.3操作系统的载入64
3.4.4操作系统的分类65
3.5本章小结67
3.6习题68
第4章计算机网络69
4.1计算机网络基础69
4.1.1计算机网络的形成和发展69
4.1.2计算机网络的定义和功能70
4.2计算机网络的分类71
4.2.1按覆盖的地域范围分类72
4.2.2按拓扑结构分类73
4.3网络设备74
4.3.1传输介质74
4.3.2互联设备75
4.4Internet76
4.4.1Internet的发展76
4.4.2Internet的工作原理76
4.4.3IP地址与域名78
4.4.4接入方式80
4.5网络安全81
4.5.1网络安全的定义81
4.5.2网络安全面临的威胁82
4.5.3网络安全防范技术83
4.6计算机网络前沿技术84
4.6.1云计算84
4.6.2物联网87
4.6.3区块链90
4.6.4互联网 92
4.7本章小结93
4.8习题95
第5章计算思维与算法96
5.1算法的概述96
5.1.1算法的定义和由来96
5.1.2算法的特征97
5.1.3算法的描述97
5.1.4算法的评价99
5.2常用经典算法100
5.2.1穷举算法100
5.2.2贪心算法101
5.2.3递推算法102
5.2.4递归算法103
5.2.5回溯算法104
5.2.6动态规划算法105
5.3排序算法106
5.3.1冒泡排序106
5.3.2选择排序107
5.3.3快速排序108
5.4查找算法109
5.4.1顺序查找109
5.4.2二分查找109
5.4.3插值查找110
5.5本章小结111
5.6习题111
下篇Python编程基础
第6章Python绘图1156.1走近Python115
6.1.1认识Python115
6.1.2安装Python116
6.1.3运行Python117
6.2Python绘图120
6.2.1turtle库语法元素分析121
6.2.2绘制正多边形122
6.2.3绘制正多边形花124
6.3Python绘图实例126
6.3.1绘制美丽的螺旋花126
6.3.2绘制多彩花129
6.3.3绘制颜色填充图案130
6.4本章小结131
6.5习题132
第7章选择结构135
7.1数值类型135
7.1.1数值类型概述135
7.1.2整数类型135
7.1.3浮点数类型136
7.1.4复数类型137
7.2数值类型的操作138
7.2.1基本运算138
7.2.2内置数值运算函数141
7.3输入和输出142
7.3.1input()函数142
7.3.2print（）函数144
7.3.3格式化输出145
7.4选择结构149
7.4.1单分支结构149
7.4.2双分支结构150
7.4.3多分支结构151
7.4.4选择结构的嵌套153
7.5本章小结154
7.6习题155
第8章循环结构157
8.1字符串类型157
8.1.1字符串类型的表示157
8.1.2基本的字符串操作159
8.1.3内置字符串处理函数159
8.2组合数据类型160
8.2.1组合数据类型概述160
8.2.2列表类型及其操作162
8.2.3元组类型及其操作163
8.2.4字典类型及其操作164
8.3range()函数165
8.4循环结构166
8.4.1for循环语句166
8.4.2for循环实例168
8.4.3while循环语句169
8.4.4break和continue170
8.4.5猜数游戏171
8.5random库的使用173
8.6本章小结175
8.7习题176
第9章函数178
9.1函数的基本使用178
9.1.1函数的定义178
9.1.2函数的调用过程180
9.1.3函数实例181
9.2函数的参数传递183
9.2.1可选参数和可变参数183
9.2.2参数的位置传递和名称传递183
9.2.3函数的返回值184
9.3datetime库184
9.3.1datetime库概述185
9.3.2datetime库解析185
9.4代码复用和模块化设计186
9.5本章小结187
9.6习题188
第10章算法实现189
10.1猜车牌号问题穷举法189
10.2猜班级人数问题二分法190
10.301背包问题贪心法192
10.4爬楼梯问题递推法195
10.5汉诺塔问题递归法196
10.6凑零钱问题动态规划算法200
10.7短路径问题广度优先搜索算法201
10.8本章小结205
10.9习题206
第11章综合实例207
11.1Python第三方库的安装207
11.1.1pip工具安装207
11.1.2自定义安装209
11.1.3文件安装209
11.2音频处理210
11.2.1pydub库210
11.2.2查看音频文件信息211
11.2.3音频文件剪辑和拼接212
11.2.4pydub的常见用法213
11.3图像处理214
11.3.1图像旋转214
11.3.2图像缩放215
11.3.3图像裁剪215
11.4文本词频统计217
11.4.1英文词汇量统计217
11.4.2英文词频统计217
11.4.3中文词频统计220
11.5网络爬虫222
11.5.1获取网页内容222
11.5.2处理网页内容223
11.6本章小结225
11.7习题226
参考文献227
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