本书通过讲授计算机科学中最基本的内容，来介绍有关计算思维的基础概念，不仅帮助学生了解数字交互，更着力于一般问题的有效求解。希望通过学习和实践，提升学生的信息素养，增强问题分析能力、问题求解思路的描述能力、初级系统设计的认知能力和初级计算思维跨学科应用能力。全书分为5章，包括计算与计算思维、信息的数字化表示、可计算问题求解、计算机科学中的系统与设计和计算思维的跨学科应用案例。本书在编写内容上，注重热点内容更新，基础内容覆盖广，实用性强；在编写形式上，力求阐述透彻，深入浅出。
本书适合作为高等学校计算机公共基础课程的教材及计算思维基础知识培训教材，也可以作为计算机初学者、计算机等级考试、工程技术人员和管理人员的参考资料。

第1章 计算与计算思维
1.1 计算与计算机科学
1.1.1 计算与计算机
1.1.2 计算科学、计算学科和计算机科学
1.2 计算思维
1.2.1 计算思维的概念
1.2.2 计算思维的本质
1.2.3 计算过程和计算思维
1.2.4 学科交叉与融合
小结
习题1
第2章 信息的数字化表示
2.1 符号化、计算化与自动化
2.1.1 符号化与计算化
2.1.2 逻辑与自动化
2.2 存储数据的组织方式
2.3 数制与运算
2.3.1 数制及其表示
2.3.2 数制间的转换
2.4 数据类型和数据编码
2.4.1 数值
2.4.2 字符
2.4.3 数字图像
2.4.4 数字音频
2.4.5 数字视频
2.5 数据压缩
2.5.1 数据压缩概要
2.5.2 行程编码
2.5.3 LZ编码
小结
习题2
第3章 可计算问题求解
3.1 计算学科的基本问题
3.1.1 可计算与算法复杂性问题
3.1.2 并发控制问题
3.1.3 计算机智能问题
3.2 问题求解模型
3.2.1 解决客观世界问题的思维过程
3.2.2 通用的问题求解策略
3.2.3 计算机的问题求解过程
3.2.4 计算思维中的问题求解方式
3.3 算法类问题求解框架
3.3.1 算法的概念和特征
3.3.2 计算机求解算法类问题过程
3.3.3 抽象与建模
3.3.4 数据结构的设计
3.3.5 算法的实现——程序设计
3.3.6 算法分析
3.4 算法设计
3.4.1 穷举法
3.4.2 回溯法
3.4.3 递推法与递归法
3.4.4 分治法
3.4.5 贪心法
3.4.6 动态规划法
3.4.7 搜索问题与查找算法
3.4.8 排序问题与排序算法
3.5 数据结构
3.5.1 数据结构及其表示
3.5.2 线性表与线性链表
3.5.3 栈和队列
3.5.4 树与二叉树
3.5.5 图
小结
习题3
第4章 计算机科学中的系统与设计
4.1 系统科学与系统科学方法
4.1.1 系统科学术语
4.1.2 系统科学方法要解决的问题
4.2 硬件系统
4.2.1 图灵测试与图灵机
4.2.2 冯·诺依曼机
4.2.3 计算机工作原理
4.2.4 微型计算机的系统层次
4.2.5 子系统
4.3 软件系统
4.3.1 指令、程序和软件
4.3.2 不同层级计算机语言及语言处理程序
4.3.3 操作系统对设备的分层控制
4.3.4 软件系统的生命周期
4.3.5 软件系统的测试、部署与运行
4.3.6 系统结构性问题
4.3.7 系统的可靠性和安全性问题
4.4 数据库系统
4.4.1 数据库系统的基本术语
4.4.2 数据库系统的结构
4.4.3 数据模型
4.4.4 数据集合运算与关系运算
4.4.5 数据的查询
4.4.6 数据的维度
4.4.7 数据的挖掘
4.5 网络系统
4.5.1 计算机网络的概念
4.5.2 典型的网络结构
4.5.3 网络协议与TCP/IP网络模型
4.5.4 网络连接
4.5.5 因特网
4.5.6 网络搜索引擎
4.5.7 云计算、大数据与人工智能
4.5.8 网络安全
4.6 系统设计
4.6.1 系统设计的原则
4.6.2 可利用的系统设计方法
小结
习题4
第5章 计算思维的跨学科应用案例
5.1 科赫雪花的分形问题
5.1.1 科赫雪花的形式化描述
5.1.2 科赫雪花的问题模型
5.1.3 科赫雪花的进一步优化
5.1.4 科赫雪花的算法描述
5.1.5 使用Raptor软件模拟科赫雪花
5.2 小世界网络模型的计算问题
5.2.1 小世界网络的形式化描述
5.2.2 小世界网络的问题模型
5.2.3 小世界网络模型的进一步优化
5.2.4 小世界网络的算法描述
5.2.5 小世界网络的实例
5.3 俄罗斯方块游戏
5.3.1 俄罗斯方块的形式化描述
5.3.2 俄罗斯方块的问题模型
5.3.3 俄罗斯方块模型的进一步优化
5.3.4 俄罗斯方块模型的算法描述
小结
习题5
参考文献

在物联网、大数据、云计算、人工智能快速发展的
今天，计算机越来越深入地融入社会与生活的各个方面
，深刻地改变着社会的运行模式和人们的生活方式。在
这一进程中，计算思维成为人们认识和解决问题的基本
能力之一。同时，计算已被确立为人类知识的核心之一
，科学上最重要、经济上最有前途的前沿研究都有可能
通过先进的计算技术和计算科学而得到解决。对于计算
与计算思维的理解和认知已经成为信息时代人们必备的
基本能力。
“大学计算机基础”是大学本科教育的第一门计算
机公共基础课程，这门课程的教学改革越来越受到人们
的关注。从2008年开始，以“计算思维”的培养为主线
开展计算科学通识教育，逐渐成为国内外计算机基础教
育界的共识。其目标是培养学生的计算思维能力，提升
计算机应用水平，将计算机解决问题的思想和方法应用
到专业领域中，培养适应新时期各个领域信息化与专业
化融合的合格人才。
本书从计算思维的角度，重点讲授与计算思维相关
的基本概念、信息的数字化表示、可计算问题求解的思
维过程和概念模型、算法类问题求解策略、计算机科学
中运用系统科学解决问题的典型应用和方法、计算思维
的跨学科应用案例。本书在第一版的基础上所作的修改
主要体现在以下3个方面。
1）增加计算学科基本问题的描述，完善问题求解
模型和算法类问题求解框架。
2）重新整合硬件系统、软件系统、数据库系统和
网络系统的基础知识，重点描述如何在计算机科学中应
用系统科学方法，以及系统科学在计算机科学中辅助解
决问题的途径和典型应用。
3）重点描述计算机科学与其他学科的交叉融合，
给出如何将其他学科的问题转化为计算问题的思路与方
法，从计算的角度揭示跨学科问题的本质，较好地解决
这些问题，从而实现一系列新的科学发现与技术创新。
本书的素材资源可从科学出版社职教技术出版中心
网站www.abook.cn下载。
本书由杨俊、郭丹、金一宁担任主编，关绍云、韩
雪娜、高祥担任副主编。全书包含5章，第1章1.1由高
祥编写，第1章1.2和第2、3章由杨俊编写，第3章的流
程图和Python程序由韩雪娜编写，第4章4.1～4.4、
4.6和第5章由郭丹编写，第4章4.5.1～4.5.7和附录由
金一宁编写，第4章4.5.8由关绍云编写。本书配有《大
学计算机基础实验教程（第二版）》（杨俊等主编，科
学出版社出版）可供上机实验使用。
在本书的编写过程中，得到了哈尔滨商业大学各级
领导的帮助和支持，同时也得到了哈尔滨商业大学计算
机学院教师们和张洪瀚教授的支持和关心，在此表示衷
心感谢。
书中难免有不足之处，衷心希望读者给予批评指正
。