第1章計算與社會1
1.1計算概論1
1.2計算裝置發展簡史4
1.2.1機械式計算裝置4
1.2.2圖靈機和圖靈7
1.2.3現代電子計算機10
1.2.4計算機的發展趨勢12
1.3計算技術的應用14
1.4信息化社會與人19
1.5計算思維概論21
1.6小結23
1.7習題23
第2章Python簡介25
2.1引言25
2.2Pytho素26
2.2.1對像、表達式和數值類型27
2.2.2變量和賦值28
2.2.3str類型與輸入29
2.3內置數據結構31
2.3.1列表31
2.組33
2.3.3字典34
2.4控制語句35
2.4.1分支語句35
2.4.2循環36
2.5函數37
2.6遞歸及遞歸函數40
2.7使用模塊42
2.8面向對像基礎43
2.9Python編程示例——打印月歷47
2.10小結51
2.11習題51
大學計算機基礎(第4版)目錄第3章計算思維54
3.1概述55
3.2邏輯思維與算法思維58
3.2.1邏輯思維58
3.2.2算法思維62
3.2.3小結64
3.3問題求解策略64
3.3.1基本步驟65
3.3.2分解法66
3.3.3關注點分離68
3.3.4模式與歸納70
3.3.5小結73
3.4抽像與建模73
3.4.1抽像74
3.4.2建模77
3.5評價解決方案79
3.5.1解是否正確80
3.5.2解的效率如何81
3.5.3小結83
3.6應對錯誤83
3.6.1避免錯誤84
3.6.2減緩錯誤危害86
3.6.3測試與調試88
3.7“捉狐狸”問題求解示例92
3.8小結95
3.9習題95
第4章信息、編碼及數據表示97
4.1信息論基礎97
4.2編碼及其解釋100
4.3數值的數字化104
4.4計算機數值表示106
4.4.1計算機碼制106
4.4.2定點數和浮點數109
4.5字符的數字化111
4.5.1漢字編碼112
4.5.2Ｕｎｉｃｏｄｅ碼113
4.6聲音的數字化114
4.7圖像的數字化116
4.8用Python設計數字電路120
4.9信息處理示例123
4.9.1數據壓縮示例及Python實現123
4.9.2生成圖像驗證碼及Python實現126
4.9.3利用Python繪制分形圖形127
4.10小結129
4.11習題129
第5章計算機繫統133
5.1概述134
5.2計算機硬件繫統136
5.2.1中央處理器137
5.2.2存儲繫統141
5.2.3總線144
5.2.4輸入輸出繫統145
5.3操作繫統146
5.3.1概述147
5.3.2進程管理148
5.3.3存儲管理152
5.3.4文件管理153
5.3.5設備管理155
5.3.6用戶接口156
5.3.7操作繫統的加載158
5.4利用Python構建馮·諾依曼體繫結構模擬器159
5.5利用Python設計微處理器核162
5.6利用Python模擬進程調度164
5.7利用Python訪問操作繫統167
5.7.1利用Python查看進程信息167
5.7.2利用Python查看繫統存儲信息169
5.7.3Python文件操作171
5.8小結173
5.9習題173
第6章計算機網絡及應用177
6.1計算機網絡基礎177
6.1.1計算機網絡的發展歷史178
6.1.2計算機網絡的分類180
6.1.3計算機網絡協議與體繫結構182
6.1.4計算機網絡傳輸介質及設備186
6.2Internet基礎188
6.2.1Internet概述188
6.2.2TCP/IP191
6.2.3Python TCP/IP網絡編程195
6.3Internet應用199
6.3.1萬維網200
6.3.2電子郵件202
6.3.3文件傳輸203
6.3.4搜索引擎205
6.3.5Python編程示例205
6.4無線網絡207
6.5物聯網210
6.6小結212
6.7習題212
第7章數據庫技術應用基礎213
7.1概述213
7.1.1數據管理發展簡史215
7.1.2數據庫的基本概念215
7.1.3數據庫技術管理數據的主要特征217
7.1.4數據庫的應用218
7.2數據模型220
7.2.1概念模型221
7.2.2邏輯模型225
7.2.3ER模型到關繫模型的轉換230
7.3數據庫管理繫統231
7.3.1數據庫管理繫統的功能231
7.3.2常見數據庫管理繫統軟件233
7.4Python構建數據庫管理繫統示例234
7.5Python訪問MySQL數據庫示例239
7.6小結241
7.7習題241
第8章科學計算243
8.1泰勒級數244
8.1.1泰勒級數的主項244
8.1.2餘項及誤差246
8.2插值及擬合248
8.2.1拉格朗日插值248
8.2.2牛頓插值249
8.2.3埃爾米特插值251
8.2.4函數擬合252
8.3數值微積分254
8.3.1數值微分254
8.3.2數值積分256
8.4非線性方程數值解259
8.4.1二分法求根259
8.4.2函數迭代法求根260
8.4.3牛頓迭代法求根261
8.5線性方程組求解262
8.5.1直接法求解262
8.5.2迭代法求解265
8.6符號計算267
8.7小結272
8.8習題272
第9章計算機發展新技術274
9.1高性能計算275
9.1.1高性能計算的含義及意義275
9.1.2高性能計算的關鍵技術276
9.1.3高性能計算的典型應用280
9.1.4高性能計算的發展挑戰280
9.1.5Python高性能編程——計算π282
9.2雲計算與大數據284
9.2.1雲計算284
9.2.2大數據286
9.3人工智能288
9.3.1人工智能的基本概念與發展歷程288
9.3.2搜索290
9.3.3知識表示與推理291
9.3.4機器學習293
9.3.5智能控制295
9.3.6Python機器學習示例——預測外賣配送時間296
9.4新型計算技術299
9.4.1量子計算299
9.4.2光計算300
9.4.3生物計算301
9.5小結302
9.6習題302
參考文獻304

大學計算機基礎(第4版)習近平總書記在黨的二十大報告中指出: 教育、科技、人纔是全面建設社會主義現代化國家的基礎性、戰略性支撐。必須堅持科技是第一生產力、人纔是第一資源、創新是第一動力，深入實施科教興國戰略、人纔強國戰略、創新驅動發展戰略，這三大戰略共同服務於創新型國家的建設。報告同時強調: 推動戰略性新興產業融合集群發展，構建新一代信息技術、人工智能、生物技術、新能源、新材料、高端裝備、綠色環保等一批新的增長引擎。
人要成功融入社會所 的思維能力，是由其所處時代能夠獲得的工具決定的。計算機是推動戰略性新興產業融合集群發展，構建新一代信息技術、人工智能、生物技術、新能源、新材料、高端裝備、綠色環保等一批新的增長引擎的 工具之一，有效利用計算機分析和解決問題，將與閱讀、寫作和算術一樣，成為 21 世紀每個人的基本技能，而這不僅僅屬於計算機專業人員。計算機正在對人們的生活、工作，甚至思維產生深刻的影響。 
“大學計算機基礎”是大學本科教育的第一門計算機公共基礎課程，它的改革越來越受到人們的關注。本課程的主要目的是從使用計算機、理解計算機繫統和計算思維3個方面培養學生的計算機應用能力。從2008年開始，以“計算思維”的培養為主線開展計算科學通識教育，逐漸成為國內外計算機基礎教育界的共識。
基於這種認識，第4版對第3版教材進行了較大幅度的修改，增加了計算思維所占的比重。指導思想是兼顧計算機基礎知識和計算思維，選擇Python作為實踐語言，將信息表示與處理、計算機繫統、計算機網絡、數據庫、多媒體等知識既作為教學內容，又作為計算思維求解問題的研究對像，加以實踐，教材內容更偏重於如何將計算思維應用於各領域求解問題。最終，通過這種問題求解的學習和實踐，希望學生在理解計算機基礎知識的同時，能主動在各自的專業學習中利用計算思維的方法和技能，進行問題求解，能動手解決具有一定難度的實際問題。
經過近4年的實踐，綜合各方面的反饋，對第3版教材進行了改版，目標是使教材內容更貼近實際，能落地。
(1) 對計算思維內容進行了重新梳理，去除了第3版中難以深入闡述的算法設計、程序語言等內容，調整為運用計算思維進行問題求解時，如何預防、減緩、發現和修正錯誤，這對初學者來說更有意義。
(2) 對Python基礎知識進行了微調，引入了遞歸與遞歸函數，介紹了數學歸納法與遞歸的關繫，以及如何用數學歸納法設計遞歸算法的原理。
(3) 在第3版利用Python模擬馮·諾依曼體繫結構來理解其工作原理的基礎上，在橫向與縱向上進行了擴展。在橫向上，通過模擬操作繫統進程調度策略、構建簡單的數據庫管理繫統，展示了以計算機繫統知識為研究對像時，計算思維的運用方法。在縱向上，向底層延伸，結合敏捷微處理器設計研究進展，展現了實際數字電路、微處理器核的設計描述與實現。
第4版教材包含9章內容，大致可分為如下部分: 計算與社會(第1章);Python簡介(第2章);計算思維(第3章);信息、編碼及數據表示(第4章);計算機繫統、計算機網絡及應用、數據庫技術應用基礎(第5、6、7章);科學計算(第8章);以及計算機發展新技術(第9章)。
本書內容涉及計算機專業多門課程的知識，概念龐雜，術語繁多。表面上看，章與章之間的聯繫松散。對於初學者來說，學好這門課程不容易，融會貫通就更加困難。如何把握全書的脈絡?作者建議以 “信息表示和信息處理”“計算思維與計算機問題求解”作為理解章節內容聯繫的兩條主要線索。
計算機繫統是信息處理的工具，而信息處理依賴於某種形式的信息表示。本書中主要介紹了用01符號串表示數值信息、字符信息、聲音信息和圖像信息的方法；介紹了以文件和數據庫形式組織信息的技術；介紹了計算機繫統處理信息的工作原理。每個計算機繫統功能都涉及某類或某幾類信息，每個計算機繫統功能都可以轉換為信息處理過程。讀者應該思考: 這些信息是怎樣表示的?為什麼要使用這種表示方法?計算機繫統的功能由哪些信息處理過程組成?這些處理過程包含哪些步驟?處理步驟是如何(自動)實現的?
在理解信息表示和信息處理的基礎上，學習計算思維，是為了更好地發揮計算機的作用，解決具體問題。讀者在學習計算思維時，應該考慮: 以計算機基礎知識為研究內容，用計算思維如何思考問題和解決問題?如何類比其他領域的問題?踫到具體問題時，可以思考該問題是否有計算的解?解是什麼?如何實現解?如何讓計算機幫助求解?
同時，這兩條線索又是統一的，本書的案例以計算機繫統本身作為對像，展示了用計算思維與計算機問題求解來研究計算機繫統的方法。為讀者將計算思維擴展到其他學科領域做了良好的示範。
如果這些問題都明晰了，對融會貫通全書內容有很大幫助。
本書適用於計算機專業和非計算機專業一年級新生，不要求有計算機程序設計經驗，並且也不是以程序設計為主要內容，而是要求學生專注於理解計算思維求解問題的方法和技能。一些Python語言基礎知識的介紹，是幫助讀者閱讀和理解教材中給出的Python程序。希望讀者能在理解的基礎上，對這些程序進行小修改，來實踐自己的問題求解方法。同時建議與本書配套的《大學計算機基礎實驗教程》（第2版）配合使用，效果更好。
本書的第 1～7章主要由李暾編寫或在前兩版基礎上進行了更新，第8章由劉萬偉編寫，第9章由陳立前編寫。各章案例及新增內容由李暾、毛曉光、劉萬偉、周海芳、周競文等編寫。全書由李暾、毛曉光負責統稿。王志英、寧洪、陳懷義、王保恆等教授對本書的編寫給予了許多指導，陳立前、周競文為本書的文字整理和校對做了大量工作。此外，本書還參考了很多文獻資料和網絡素材，在此一並表示衷心的感謝。 
本書的寫作集體根據多年的教學實踐，在內容的甄選、全書組織形式等方面，既借鋻了同類書的成功經驗，也做出了自己的努力。但是改進的空間還很大，熱切希望廣大讀者能夠予以斧正。

編者
2023年1月